XXèmes Olympiades Nationales de la chimie 2004 Chimie et beauté Au fil de la chimie

Sommaire Introduction 1- Les fibres textiles 2- L’ennoblissement traditionnel 3- Les textiles innovants Perspectives : Les textiles du futur

Introduction

1- LES FIBRES : Classification, propriétés et exemple de fabrication Fibres naturelles : fibres cellulosiques (principalement coton), laine, soie,… Fibres artificielles : viscose, acétate, Fibres synthétiques : polyamide (PA), polyester (PET), fibres acryliques

1- LES FIBRES : Classification, propriétés et exemple de fabrication Formule chimique / Structure Cellulose PA 6 PET

1- LES FIBRES : Classification, propriétés et exemple de fabrication Relation structure/propriétés : fibres naturelles Hydrophiles Bon confort Entretien délicat (froissabilité du coton et du lin, détachage, stabilité dimensionnelle / feutrage de la laine)

1- LES FIBRES : Classification, propriétés et exemple de fabrication Relation structure/propriétés : fibres artificielles Hydrophiles Confort correct Entretien proche de celui des fibres naturelles, Exception : l’acétate

1- LES FIBRES : Classification, propriétés et exemple de fabrication Relation structure/propriétés : fibres synthétiques Plutôt hydrophobes Peu de confort Entretien facilité

1- LES FIBRES : Classification, propriétés et exemple de fabrication Fibres cellulosiques : phénomène de la froissabilité Froissabilité Critère négatif pour le consommateur et défaut du produit Recherche des produits qui simplifient la vie de tous les jours (entretien facilité), études depuis 40 ans

1- LES FIBRES : Classification, propriétés et exemple de fabrication Formation des plis Formation d’un pli sous une contrainte de pression ou de flexion et en présence d’humidité Exemple : cas du conducteur assis - Position quasi-statique - Augmentation de l’humidité relative à proximité de l’étoffe (pas de ventilation due au mouvement du corps)

1- LES FIBRES : Classification, propriétés et exemple de fabrication Structure de la cellulose (1/2) Cellulose : Enchaînement de motifs cellobioses

1- LES FIBRES : Classification, propriétés et exemple de fabrication Structure de la cellulose (2/2) Liaisons hydrogène entre les chaînes de cellulose Cohésion et stabilité entre les chaînes macromoléculaires

1- LES FIBRES : Classification, propriétés et exemple de fabrication Mécanisme de formation des plis Trois étapes successives : 1°) Gonflement de la fibre de cellulose en présence d’eau 2°) Formation du pli 3°) Séchage qui permet de fixer le pli

1- LES FIBRES : Classification, propriétés et exemple de fabrication 1°) Gonflement (1/2) En présence d’eau => Gonflement de la fibre Rupture de toutes les liaisons hydrogène de la zone amorphe

1- LES FIBRES : Classification, propriétés et exemple de fabrication 1°) Gonflement (2/2) Eau = gonflant de l’eau - Rupture des liaisons hydrogène de la cellulose - Formation de nouvelles liaisons hydrogène entre eau et cellulose Possibilité de déformer les chaînes (glissement des chaînes) et de faire varier la structure

1- LES FIBRES : Classification, propriétés et exemple de fabrication 2°) Formation du pli application d’une contrainte de pression ou de flexion variation de la structure

1- LES FIBRES : Classification, propriétés et exemple de fabrication 3°) Séchage Séchage : Elimination de l’eau Les liaisons hydrogène entre les chaînes de cellulose se reforment mais différemment de l’état initial Fixation du pli / Le pli est formé

1- LES FIBRES : Classification, propriétés et exemple de fabrication Comment éliminer le pli ? 1°) Gonflement à nouveau de la fibre de cellulose en présence d’eau 2°) Eliminer le pli et étape de séchage Repassage à la vapeur Formation / Élimination des plis : Phénomène réversible

1- LES FIBRES : Classification, propriétés et exemple de fabrication Exemple de la fabrication d’un polyester le PET obtenu à partir d’éthylène glycol et d’acide téréphtalique Réaction de pré-polymérisation :

2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES L’ennoblissement - Définition Avant l'opération d'ennoblissement, ces textiles sont généralement appelés « écrus » L'ennoblissement est l'ensemble des opérations permettant d'ajouter des caractéristiques particulières aux textiles tissés, tricotés, tressés et non-tissés.

2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES Les grandes étapes Pré-traitements Teinture ou impression Finitions mécaniques ou chimiques

2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES Pré-traitements Objectifs Eliminer les impuretés naturelles et/ou les substances chimiques déposées au préalable Réduire la coloration naturelle de la fibre Modifier la chimie de la surface => Préparation à la teinture et aux finitions

2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES Pré-traitements Lavage (nettoyage, désensimage, désencollage) Flambage Blanchiment Ces opérations sont nécessaires afin de réaliser la teinture ou l'impression et la finition dans les meilleures conditions.

2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES Blanchiment (fibres naturelles) (1/2) Détruire les colorants naturels Rendre hydrophile la surface => préparation à la teinture et aux finitions Traitement par oxydation Hypochlorite de sodium (eau de javel) : Na+ + ClO- Chlorite de sodium : Na+ + ClO2- Peroxyde d’hydrogène (eau oxygénée) : H2O2

2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES Exemple : Blanchiment à l ’eau de javel (2/2) Oxydation par les ions hypochlorites (attention à l’oxydation de la cellulose) pH = 9-11 / Température ambiante Neutralisation par l’hydrogénosulfite de sodium : Na+ + HSO3-

2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES La teinture Objectif Donner à une fibre, un fil ou une étoffe, dans toute sa longueur et dans toute son épaisseur, une couleur unie. Paramètres pour le choix du colorant : nature du support application visée technique de mise en œuvre

2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES Colorants Directs- Cellulose (1/2) Premier colorant : Le Rouge du Congo Colorant soluble dans l’eau (groupes sulfonates -SO3-) Affinité pour les fibres cellulosiques et animales

2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES Colorants Directs- Cellulose (2/2) Egalement appelés « substantifs » Pas besoin de mordant (teinture en bain neutre) Avantages principaux : grande variété de coloris, facilité d’application et prix modique Inconvénient : manque de solidité au lavage Alternative : traiter la teinture avec un produit cationique formant avec le colorant anionique un complexe moins soluble

2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES Colorants acides- Polyamide (1/2) Teinture de certaines fibres (animales, PA) en milieu acide - Groupe chromophore + groupes sulfonates pour la solubilisation

2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES attraction électrostatique Colorants acides- Polyamide (2/2) - Exemple de liaisons : attraction électrostatique PA NH3+ -O3S Colorant En milieu acide (pH = 5) Cas du PA : NH2 seulement en bouts de chaîne + [NH2] peut varier en fonction d’une fabrication, d’un traitement thermique (thermofixation) ou chimique Variation des propriétés tinctoriales Largement utilisés aujourd’hui Palette des nuances la plus complète Seul inconvénient : faible solidité à tous les facteurs de dégradation

2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES Les apprêts chimiques - Définition Principe général : application d’une formulation pour conférer une propriété spécifique. Principaux apprêts : Protection : hydrofugation, oléofugation, ignifugation, action biocide Tenue à l’usage : infroissabilité, stabilité dimensionnelle, solidité des teintures Organoleptiques : modification du toucher, adoucissant

2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES Exemples de formulation Produits en suspension, émulsion, dispersion Produits réactifs ou/et pré-polymères réticulables pour former un film macromoléculaire autour des fibres (étape de chauffage pour fixer)

2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES Infroissabilité des fibres cellulosiques (1/2) Principe : réduire, sinon annuler, l’aptitude de la cellulose (en particulier du coton) à se froisser au porter Démarche : bloquer les groupes hydroxyles pour éviter le gonflement en présence d’eau et par conséquent la formation des plis

2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES Infroissabilité des fibres cellulosiques (2/2) Exemples d’apprêts : réactifs polyfonctionnels (aldéhydes, alcools, acides) susceptibles de réagir avec les groupes hydroxyles -OH de la cellulose pour conduire à sa réticulation – Traitement « non Iron » R = réticulant

2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES Exemple de traitement « non iron » (1/2) Utilisation d’acides polycarboxyliques (développement depuis 15-20 ans) HOOC - (CH2)n – COOH : au minimum 2 fonctions acides Le plus étudié : l’acide butane-1,1,4,4-tétracarboxylique (BCTA)

2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES Exemple de traitement « non iron » (2/2) Réticulation : réaction d’estérification, en catalyse acide, entre les groupes -OH de la cellulose et les groupes -COOH du polyacide carboxylique Cellulose –OH + HOOC – (CH2)n – COOH + OH - Cellulose Cellulose –O- OC – (CH2)n – CO - O- Cellulose + 2 H2O

3- LES TEXTILES INNOVANTS Principales voies d’obtention  Nouvelles fibres  Structure du textile (fonctionnalités mécaniques) Traitements de finition Microencapsulation

3- LES TEXTILES INNOVANTS Microencapsulation - définition  La microencapsulation consiste à isoler une substance active du milieu extérieur en l’enveloppant d’une membrane (aminoplaste par exemple) formant une capsule sphéroïdale (quelques m à 500 m) Système réservoir  Existence de différents types de microcapsules

3- LES TEXTILES INNOVANTS Exemple de technique de fabrication : la polymérisation inter faciale 1- Chlorure de diacyle en solvant organique dans phase dispersée 2- Polymérisation Inter faciale par ajout d ’une diamine

3- LES TEXTILES INNOVANTS Exemple de développement : les Cosméto-textiles Rencontre du textile et des cosmétiques : immobilisation d’actifs cosmétiques microencapsulés sur des textiles

3- LES TEXTILES INNOVANTS Mise en oeuvre des capsules Etat initial Au porter : destruction de la paroi sous contrainte (frottement)

3- LES TEXTILES INNOVANTS Exemples d’applications commerciales dans l’habillement Chaussant (Collants, bas, mis-bas, chaussettes) Lingerie Vêtements de sport (fuseau, caleçon, panty) Article de mode (foulard)

Textiles autonettoyants LES TEXTILES DU FUTUR Textiles autonettoyants Greffage d’enzymes (très gloutons) TiO2 + UV + H2O = oxydation