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
1- LES FIBRES : Classification, propriétés et exemple de fabrication
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
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
O
O
H
H
H
H
H
CH2
OH
OHHO O
H
H
H
H
H
O
CH2
OH
HOOH
n
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
OH
OH
OH
O
H
O
H
O
H
O
HH
O
H
O
H
O
H
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)
- 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
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
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
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’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
1- LES FIBRES : Classification, propriétés et exemple de fabrication
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
2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES
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
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
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
2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES
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-
2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES
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
2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES
La teinture
2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES
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
2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES
- 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)
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
SO3Na
NN
HO
SO2
NC2H5
NH2
2- L’ENNOBLISSEMENT DES TEXTILES
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)
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
RRR
OHOOOOH
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)
CH CH2 CH2 CHCOOH
COOH
HOOC
HOOC
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 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
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 diacyleen solvant organiquedans phase dispersée
2- PolymérisationInter 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
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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