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

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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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Presentation Transcript
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XXèmes Olympiades Nationales

de la chimie 2004

Chimie et beauté

Au fil de la chimie

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Sommaire

  • Introduction
  • 1- Les fibres textiles
  • 2- L’ennoblissement traditionnel
  • 3- Les textiles innovants
  • Perspectives : Les textiles du futur
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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
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1- LES FIBRES : Classification, propriétés et exemple de fabrication

Formule chimique / Structure

Cellulose

PA 6

PET

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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)
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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
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1- LES FIBRES : Classification, propriétés et exemple de fabrication

Relation structure/propriétés :

fibres synthétiques

  • Plutôt hydrophobes
  • Peu de confort
  • Entretien facilité
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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
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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)

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1- LES FIBRES : Classification, propriétés et exemple de fabrication

Structure de la cellulose (1/2)

Cellulose : Enchaînement de motifs cellobioses

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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

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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
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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

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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
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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
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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

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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

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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 :

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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.
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2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES

  • Pré-traitements
  • Teinture ou impression
  • Finitions mécaniques ou chimiques

Les grandes étapes

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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

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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

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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)

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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)

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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

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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

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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
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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
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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
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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
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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)

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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
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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

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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)

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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

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3- LES TEXTILES INNOVANTS

Principales voies d’obtention

 Nouvelles fibres

 Structure du textile

(fonctionnalités mécaniques)

  • Traitements de finition
  • Microencapsulation
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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

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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

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3- LES TEXTILES INNOVANTS

Exemple de développement : les Cosméto-textiles

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

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3- LES TEXTILES INNOVANTS

Mise en oeuvre des capsules

Etat initial

Au porter : destruction de la paroi

sous contrainte (frottement)

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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)

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LES TEXTILES DU FUTUR

Textiles autonettoyants

Greffage d’enzymes

(très gloutons)

TiO2 + UV + H2O =

oxydation