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XX èmes Olympiades Nationales de la chimie 2004 Chimie et beauté Au fil de la chimie

XX èmes 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.

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XX èmes Olympiades Nationales de la chimie 2004 Chimie et beauté Au fil de la chimie

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Presentation Transcript

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

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

  3. Introduction

  4. 1- LES FIBRES : Classification, propriétés et exemple de fabrication Classification • Fibres naturelles : fibres cellulosiques (principalement coton), laine, soie,… • Fibres artificielles : viscose, acétate, • Fibres synthétiques : polyamide (PA), polyester (PET), fibres acryliques

  5. 1- LES FIBRES : Classification, propriétés et exemple de fabrication Formule chimique / Structure Cellulose PA 6 PET

  6. 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)

  7. 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

  8. 1- LES FIBRES : Classification, propriétés et exemple de fabrication Relation structure/propriétés : fibres synthétiques • Plutôt hydrophobes • Peu de confort • Entretien facilité

  9. 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

  10. 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)

  11. 1- LES FIBRES : Classification, propriétés et exemple de fabrication Structure de la cellulose (1/2) Cellulose : Enchaînement de motifs cellobioses

  12. 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

  13. 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

  14. 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

  15. 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

  16. 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

  17. 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

  18. 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

  19. 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 :

  20. 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.

  21. 2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES • Pré-traitements • Teinture ou impression • Finitions mécaniques ou chimiques Les grandes étapes

  22. 2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES • 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 Pré-traitements

  23. 2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES • 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. Pré-traitements

  24. 2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES • 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 Blanchiment (fibres naturelles) (1/2)

  25. 2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES • 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- Exemple : Blanchiment à l ’eau de javel (2/2)

  26. 2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES • ObjectifDonner 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 La teinture

  27. 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

  28. 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

  29. 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

  30. 2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES 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

  31. 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

  32. 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)

  33. 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

  34. 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

  35. 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)

  36. 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

  37. 3- LES TEXTILES INNOVANTS Principales voies d’obtention  Nouvelles fibres  Structure du textile (fonctionnalités mécaniques) • Traitements de finition • Microencapsulation

  38. 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

  39. 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

  40. 3- LES TEXTILES INNOVANTS Exemple de développement : les Cosméto-textiles Rencontre du textile et des cosmétiques : immobilisation d’actifs cosmétiques microencapsulés sur des textiles

  41. 3- LES TEXTILES INNOVANTS Mise en oeuvre des capsules Etat initial Au porter : destruction de la paroi sous contrainte (frottement)

  42. 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)

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

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