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

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

Classification


Formule chimique / Structure

Cellulose

PA 6

PET

O

O

H

H

H

H

H

CH2

OH

OHHO O

H

H

H

H

H

O

CH2

OH

HOOH

n

C CO O

O

CH2 CH2

O

n

n

CO

NH[CH2]5


Relation structure/propriétés : fibres naturelles

– Hydrophiles – Bon confort– Entretien délicat (froissabilité du coton et du

lin, détachage, stabilité dimensionnelle / feutrage de la laine)


Relation structure/propriétés : fibres artificielles

– Hydrophiles – Confort correct– Entretien proche de celui des fibres

naturelles, – Exception : l’acétate


Relation structure/propriétés : fibres synthétiques

– Plutôt hydrophobes – Peu de confort– Entretien facilité


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


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)


Structure de la cellulose (1/2)

Cellulose : Enchaînement de motifs cellobioses

O

O

H

H

H

H

H

CH2

OH

OHHO O

H

H

H

H

H

O

CH2

OH

HOOH

n


Structure de la cellulose (2/2)

Liaisons hydrogène entre les chaînes de cellulose

Cohésion et stabilité entre les chaînes macromoléculaires

OH

OH

OH

O

H

O

H

O

H

O

HH

O

H

O

H

O

H


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°) Gonflement (1/2)

En présence d’eau => Gonflement de la fibre

Rupture de toutes les liaisons hydrogène de la zone amorphe


1°) Gonflement (2/2)

- Formation de nouvelles liaisons hydrogène entre eau et cellulose

- Rupture des liaisons hydrogène de la cellulose

Eau = gonflant de l’eau

- Possibilité de déformer les chaînes (glissement des chaînes) et de faire varier la structure

O

H

O

H

O

H

H

O

O

H

H

O

O

H

H

O

O

H

O

H

O

H

O

H

H

O

H

O

H

OH

O

H

O

H

O

H O

H

O

H

O

H

O

H O

H

O

H

H

O

H

O

H

O

H

O

H

O

H

O

HH2O


2°) Formation du pli

– application d’une contrainte de pression ou de flexion

– variation de la structure


3°) Séchage

Fixation du pli / Le pli est formé

– Séchage : Elimination de l’eau

– Les liaisons hydrogène entre les chaînes de cellulose se reforment mais différemment de l’état initial


Comment éliminer le pli ?

1°) Gonflement à nouveau de la fibre de cellulose en présence d’eau2°) Eliminer le pli et étape de séchage

Repassage à la vapeur

Formation / Élimination des plis : Phénomène réversible

+2 H2O

C CO

O

O

O

H

H+ 2 CH2 CH2 OHHO =

C CO

O

O

O

CH2 CH2 OH

CH2CH2HO


Exemple de la fabrication d’un polyesterle PET obtenu à partir

d’éthylène glycolet

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.

– Pré-traitements

– Teinture ou impression

– Finitions mécaniques ou chimiques


Les grandes étapes

• 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

• 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

– 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)

• 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)

• 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


Colorants Directs- Cellulose (1/2)

Premier colorant : Le Rouge du CongoColorant soluble dans l’eau (groupes sulfonates -SO3

-)Affinité pour les fibres cellulosiques et animales

NH2

SO3Na

N N

N N

H2N

SO3Na


- 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

Colorants Directs- Cellulose (2/2)


Colorants acides- Polyamide (1/2)

-Teinture de certaines fibres (animales, PA) en milieu acide

- Groupe chromophore + groupes sulfonates pour la solubilisation

SO3Na

NN

HO

SO2

NC2H5

NH2


Colorants acides- Polyamide (2/2)

- 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

- Exemple de liaisons :

NH3+PA -O3S Colorant attraction

électrostatiqueEn milieu acide (pH = 5)


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


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)


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


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

RRR

OHOOOOH

OH

R = réticulant


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)

CH CH2 CH2 CHCOOH

COOH

HOOC

HOOC


Exemple de traitement « non iron » (2/2)

Réticulation : réaction d’estérification, en catalyse acide, entre les groupes -OH de la celluloseet 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


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


Exemple de technique de fabrication : la polymérisation inter faciale

1- Chlorure de diacyleen solvant organiquedans phase dispersée

2- PolymérisationInter faciale par ajout d ’une diamine


Exemple de développement : les Cosméto-textiles

Rencontre du textile et des cosmétiques : immobilisation d’actifs cosmétiques microencapsulés sur des textiles


Mise en oeuvre des capsules

Etat initial Au porter : destruction de la paroi sous contrainte (frottement)


Chaussant (Collants, bas, mis-bas, chaussettes) Lingerie Vêtements de sport (fuseau, caleçon, panty) Article de mode (foulard)

Exemples d’applications commerciales dans l’habillement

LES TEXTILES DU FUTUR

Greffage d’enzymes(très gloutons)

TiO2 + UV + H2O =oxydation

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