Chapitre 1 : Contexte de l’étude
4. Les nanoparticules dans le milieu du textile
Les nanotechnologies se développent à grande vitesse dans tous les créneaux industriels. Elles sont déjà présentes aujourd’hui dans bon nombre de produits commerciaux mais elles seront aussi un moteur puissant d’innovation. Que peuvent-elles apporter au secteur du textile ?
Grâce aux propriétés particulières dues à leur taille, les nanoparticules peuvent améliorer ou apporter de nouvelles fonctionnalités aux textiles. Les buts les plus recherchés sont [49] :
- Améliorer la stabilité contre la destruction mécanique, chimique, photochimique et thermique.
- Améliorer la résistance au mouillage contre l’eau, l’huile et les salissures : cela conduit par exemple à des textiles antitaches, dits « autonettoyants ».
- Changer les propriétés d’absorption et d’émission de la région des UV vers l’infrarouge : cela permet de réaliser des textiles qui protègent des rayonnements UV.
- Améliorer la conductivité électrique, pour des effets de protection antistatique et électromagnétique.
- Immobilisation et libération contrôlée d’espèces actives pour des effets biocides, thérapeutiques et de bien être : cela conduit à des textiles avec des propriétés antibactériennes par exemple.
La fonctionnalisation de textile par des revêtements à base de nanoparticules permet donc d’accéder à un panel de propriétés particulières.
Parmi ces propriétés particulières, certaines peuvent être obtenues grâce à des nanoparticules d’or et d’argent, qui font l’objet de notre étude. Il s’agit notamment : des propriétés antibactériennes pour lesquelles il est bien connu que les nanoparticules d’argent sont de bonnes candidates ; et également des teintures sur textiles pour lesquelles une équipe de l’université de chercheurs néo-zélandais de l’université de Victoria de Wellington a fait des études sur la coloration de laine et de coton à base de nanoparticules d’or et d’argent.
Les propriétés de l’argent pour combattre les infections sont connues depuis la plus haute antiquité. Si ce métal a été un peu oublié dans le monde moderne, il connaît aujourd’hui un regain d’intérêt avec la sensibilité accrue du public aux problèmes d’hygiène en parallèle à l’apparition de micro-organismes résistants. En effet, l’argent a la capacité de détruire un large spectre de bactéries et moisissures. Sa mise en œuvre sous forme de nanoparticules ou de nanofibres en très petites quantités ne modifie pas les propriétés du textile traité. L’argent est introduit pour éviter aux vêtements les problèmes de dégradation liés aux micro-organismes, comme les odeurs de transpiration, la décoloration… Il limite aussi la prolifération des acariens dans les oreillers, les matelas ou les tapis. Il entre enfin dans la composition de textiles médicaux pour lutter contre les infections nosocomiales, provoquées par les agents pathogènes présents en milieu hospitalier [50]. Toutes les publications existantes à ce sujet ne seront pas détaillées ici car il y en a un nombre considérable. De plus, cette application ne fait pas l’objet de notre étude. Mais nous avons choisi de décrire les travaux de Hong Dong et al. qui ont mis au point une méthode pour assembler uniformément des nanoparticules d’argent à la surface du nylon 6 via des liaisons hydrogènes interfaciales [51]. Pour cela, une solution aqueuse de nanoparticules d’argent est préparée via la réduction du nitrate d’argent par le borohydrure de sodium, en présence de citrate de sodium comme agent stabilisant; les nanoparticules d’argent sont ensuite assemblées sur les fibres de nylon 6 par immersion dans cette solution de nanoparticules d’argent, avec différentes valeurs de pH. Après 3 heures d’immersion, selon le pH de la solution d’argent, le nylon prend une coloration marron foncé (pH = 3 à 6), marron clair (pH = 7) ou reste blanc (pH d’origine = 9,7). Des images TEM de ces nanoparticules d’argent greffées sur du nylon 6 (Figure 1 - 29) montrent des tailles d’environ 8 nm de diamètre, uniformément réparties sur les fibres. Le nylon 6 greffé avec des nanoparticules d’argent présente des propriétés antibactériennes que nous ne développerons pas ici.
Figure 1 - 29 : Images TEM de nanoparticules d’argent sur des fibres de nylon 6 obtenues via l’immersion du nylon 6 dans une solution de nanoparticules d’argent avec un pH de 5.
La même étude a été réalisée avec des nanoparticules d’or synthétisées par la méthode de Turkevich, avec un pH ajusté à 5. Le nylon prend alors une teinte violette. Des photos TEM (Figure 1 - 30) montrent des particules un peu plus grosses que les particules d’argent, d’environ 12 nm de diamètre, uniformément réparties sur les fibres de nylon 6.
Figure 1 - 30 : Images TEM de nanoparticules d’or sur des fibres de nylon 6 obtenues via l’immersion du nylon 6 dans une solution de nanoparticules d’or avec un pH de 5.
L’or est également beaucoup utilisé en catalyse. Pour cette application, l’équipe de Hong Dong et Juan P. Hinestroza a utilisé deux méthodes dans le but de greffer des nanoparticules d’or à la surface de fibres naturelles de cellulose (coton) : la première méthode résulte de l’interaction électrostatique entre les charges positives sur la surface de la cellulose rendue cationique via le greffage d’ion ammonium, et les charges négatives des nanoparticules d’or stabilisées par du citrate de sodium ou des ions métalliques AuCl4- ; la seconde méthode est liée à l’adsorption d’ions métalliques négatifs AuCl4- sur les fibres de cellulose rendues cationiques, suivie d’une réaction de réduction in situ.
Pour la première méthode, les nanoparticules d’or sont synthétisées par la méthode de Turkevich. Un échantillon de coton est immergé dans une solution de nanoparticules d’or stabilisées par du citrate de sodium et après 24 heures il est retiré de la solution, rincé à l’eau déionisée et séché. Le coton est alors passé de blanc à une coloration violette, due à l’absorption plasmon des nanoparticules d’or accrochées à sa surface. Des images TEM montre la formation d’une ligne sombre de nanoparticules de 10 à 15 nm de diamètre autour de la fibre (Figure 1 - 31).
Figure 1 - 31 : Images TEM d’une fibre couverte de nanoparticules d’or par interactions électrostatiques
Pour la seconde méthode, c'est-à-dire la synthèse in situ de nanoparticules d’or sur du coton, les ions métalliques négatifs sont adsorbés sur la surface de la cellulose rendue cationique via l’immersion d’un échantillon de coton dans une solution de NaAuCl4 pendant 24 heures. Il en résulte une coloration jaune du coton, indiquant l’adsorption des ions AuCl4 -sur la -surface. Une fois rincé à l’eau déionisée, l’échantillon de coton est trempé dans une solution de NaBH4 pendant 10 minutes, pour réduire les ions métalliques. Le coton est ensuite rincé abondamment à l’eau déionisée et séché. On est alors passé du jaune au violet marron à cause de la formation d’agrégats de nanoparticules d’or sur le coton. Des images TEM montrent la formation de particules d’environ 8 à 10 nm de taille moyenne autour de la fibre avec cependant une large distribution en taille (Figure 1 - 32).
Figure 1 - 32 : Images TEM d’une fibre couverte de nanoparticules d’or par réduction in situ
Enfin, l’or a déjà été utilisé comme colorant pour la laine. Il s’agit des travaux réalisés par des chercheurs de Wellington [52]. En effet, ces derniers ont monté une unité pilote et produisent des fils de laine mérinos de démonstration. Les nanoparticules d’or, chimiquement liées aux fibres, servent de colorants grâce à leur résonance plasmon de surface : rouge, pour des particules de 10 à 20 nm ; violet pour les particules de 50 à 70 nm ; et bleu, pour les particules de 80 à 100 nm. Les couleurs ainsi obtenues sont inaltérables. Leur méthode est la suivante : les nanoparticules d’or sont synthétisées dans du poly(éthylenimine) pour des particules rouges et dans de la diéthylamine pour des particules bleues [53]. Un échantillon de laine Mérinos préalablement lavé avec une solution de HCl pendant 10 minutes, puis rincé à l’eau déionisée, est immergé dans les différentes solutions de nanoparticules d’or, puis rincé et séché. Les fibres de laine prennent une coloration rouge ou bleue respectivement. L’amine, agit comme réducteur et comme lien d’attache entre les nanoparticules et la laine via le soufre des acides aminés de la laine (cystéine). La photo MEB de la Figure 1 - 33 montre que les nanoparticules d’or s’accrochent préférentiellement sur les bords des cuticules de la kératine de la laine. Elles ont une taille d’environ 10 nm, avec quelques agglomérats de 50 nm.
Cette méthode a également été appliquée sur du coton. Les résultats de coloration de la laine et du coton par cette technique sont montrés en Figure 1 - 34.