Pr�sentation PowerPoint - PowerPoint 12 by qfAcYv

VIEWS: 23 PAGES: 44

									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


                                                                                                                      Fibres à Haut Contenu
                                                                                                                      de Connaissance
                                                                    Fibres Chimiques                                                Fibres
                                                                    à Hautes Performances                                           Intelligentes
                                                                    et Fonctionnalité
                                                                                                                               Information + Consommateur
des Produits Textiles




                                                                                                Nouvelles                           au coeur du produit
                             Fibres Naturelles                                                  Technologies
   Valeur Ajoutée




                                                                      Fibre Céramique           Nano/Biotechnologies
                                                                                                Optique/Electronique




                                                                                                                                                    de l'information et de la communication
                                                                 Aramides           Fibre de Carbone




                                                                                                                                                              Nouvelles technologies
                                          Soie
                          Laine                                                                        Mémoire de
                                                                              Microfibre
                                                                                                         Forme
                                                        Polyamide
                                    Lin

                        Coton                                                                                         Biomimétex

                                                                           Polyéthylène
                                                 Polypropylène
                                                                                                Biotex
                          Chanvre
                                                                                                            Smartex
                                                                 Viscose
               00




                                                          00




                                                                                                   00
             18




                                                        19




                                                                                                 20




                        ère Industrielle                         ère de la Chimie                                     ère du Savoir
                          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
                       1- LES FIBRES :
                  Classification, propriétés
                  et exemple de fabrication
      Formule chimique / Structure
                  H                      H           H        OH
                                OH
            HO                                                CH2          O
                       H                         O                    H
                            H
Cellulose                        O                   HO           H
                                                                                   O
                      CH2                                                 OH
            H
                      OH                                  H                    H
                                                                                       n



                                 O
                [CH 2 ]5    C
  PA 6                           NH
                                             n

            O                            O CH2       CH2
                 C                   C
  PET       O                            O
                                                              n
                       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)



            H                  H       H        OH
                          OH
                                                CH2        O
       HO        H                 O                  H
                      H
                                       HO       H
                           O                                           O
                CH2                                       OH
        H                                   H                    H
                OH
                                                                           n




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


                        O                   O
        H                   H                   H
                H                   H                    H
            O                   O                   O


                        O                   O
                    H                   H

    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
                                                    O            - Rupture des liaisons
                        H2O         O
                                                            H

                                                                 hydrogène de la cellulose
        O                                       H
            H                           H               O
                                            O
                O               O
    O                                           H
H
            H
                    O
                        H
                            H
                                        H           O            - Formation de nouvelles
        O                           O
                                        H
                                                H
                                                            H
                                                                 liaisons hydrogène entre
            H
                                                                 eau et cellulose
                                                        O
                O                           O
    O                           O               H
H           H
                        H
                            H
                                        H           O             - Possibilité de déformer
                    O
                                                                  les chaînes (glissement
                                    O                       H
        O                                       H
            H                           H               O
                O
                                O
                                            O                     des chaînes) et de faire
    O                                           H

H
            H
                        H
                            H
                                        H           O             varier la structure
                    O
        O                           O
            H                           H
                        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 :

       O                      O H
           C              C           + 2 HO   CH2   CH2     OH =
   H O                        O


                                  O                      O CH2   CH2   OH
   2 H2 O +                           C              C
               HO   CH2   CH2     O                      O
                        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-)      H2 N
Affinité pour les fibres cellulosiques et animales
                                                           N N     SO3 Na



                                     NH2
                                           N N



                                     SO3 Na
                         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)



       C2 H 5                    -Teinture de certaines
   N
                                 fibres (animales, PA) en
   SO 2
                NH 2             milieu acide
       N
           N                     - Groupe chromophore +
                                 groupes sulfonates pour la
       HO                        solubilisation

                       SO 3 Na
                          2- L’ENNOBLISSEMENT
                               DES TEXTILES
 Colorants acides- Polyamide                        (2/2)

- Exemple de liaisons :
                        -O                        attraction
 PA      NH3+                3S   Colorant     électrostatique
      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 »


                           HO    O   O       O       OH

                                R        R       R
                                 O   O       O        OH
                          OH
         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)

                HOOC                     COOH
                       CH CH2 CH2 CH
                HOOC                     COOH
                              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)
                     LES TEXTILES DU FUTUR




Greffage d’enzymes        TiO2 + UV + H2O =
  (très gloutons)             oxydation

								
To top