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

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 1800 1900 2000 Valeur Ajoutée des Produits Textiles Chanvre Coton Lin Laine Soie Fibres Naturelles Viscose Polypropylène Polyéthylène Polyamide Microfibre Aramides Fibre de Carbone Fibre Céramique Fibres Chimiques à Hautes Performances et Fonctionnalité Fibres à Haut Contenu de Connaissance ère Industrielle ère de la Chimie ère du Savoir Smartex Biotex Biomimétex Mémoire de Forme Fibres Intelligentes Nouvelles Technologies Nano/Biotechnologies Optique/Electronique Nouvelles technologies de l'information et de la communication Information + Consommateur au coeur du produit 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 OH HO O H H H H H O CH2 OH HO OH n C C O O O CH2 CH2 O n n C O NH [CH 2]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 OH HO O H H H H H O CH2 OH HO OH 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 O H O H O H O H O H O H O H H 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 O H 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 H H2O 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’eau 2°) Eliminer le pli et étape de séchage Repassage à la vapeur Formation / Élimination des plis : Phénomène réversible + 2 H2O C C O O O O H H + 2 CH2 CH2 OH HO = C C O O O O CH2 CH2 OH CH2 CH2 HO 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 : 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) • 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 La teinture 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 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 N N HO SO2 N C2H5 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 électrostatique En 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 uploads/Industriel/ diapo-onc2004.pdf