Préparation des textiles et du sol-gel

Plusieurs étapes sont nécessaires à la synthèse des matériaux textiles enduits de sol- gel : le prétraitement des étoffes, la préparation du sol-gel puis son dépôt et enfin le séchage des étoffes. Ces étapes, décrites sur la Figure 74, sont très importantes pour obtenir des fibres textiles bien recouvertes avec un dépôt homogène qui puissent être utilisées par la suite pour des tests de dopage et de relargage avec les polluants cibles.

Figure 74 : Description des étapes de préparation pour la synthèse des textiles enduits.

B.1.1. Prétraitement des étoffes

Avant le dépôt d’une ou plusieurs couches de sol-gel sur une étoffe, il est important de s’assurer que les teneurs résiduelles en polluants chimiques tels que des solvants résiduels de la synthèse, des polluants organiques volatils adsorbés durant le stockage ou encore la poussière soient les plus faibles possibles.

Les matériaux textiles que nous avons utilisés se présentent sous la forme de grands formats conservés dans des sachets en matière plastique. Selon l’usage, ces étoffes sont ensuite découpées aux dimensions requises (format A4, carrés de 7*7 cm2).

Une étude préliminaire a concerné le dopage du feutre (1) par pression de vapeur saturante en toluène et pendant des durées différentes (3h, 4h et 15h). Il s’agissait de vérifier l’absorption du toluène par le feutre (1) seul et son potentiel relargage. L’échantillonnage a été réalisé en utilisant les cellules passives décrites dans le Chapitre I (Figure 11, PFS : Passive Flux Sampler) et avec une durée de prélèvement de 2h. Les masses adsorbées sur le tube pendant ces 2h ont ensuite été converties en taux d’émission en chambre à l’aide des

139 courbes d’étalonnage présentées également dans le chapitre I. Les cartouches sont analysées en TD-GC-FID au département SAGE (Figure 75).

Figure 75 : TD-GC-FID pour la quantification des COV et la détermination des taux d’émission

(source IMT Lille Douai).

Les taux d’émission obtenus sont présentés dans le Tableau 68. Les écarts relatifs sur les taux d’émission mesurés proviennent de l’incertitude sur les coefficients d’étalonnage extraits des travaux de Poulhet (2014). Ils sont de 34,8% pour le benzène, 14,2% pour le toluène, 24,7% pour le 1,3-diméthybenzène.

Tableau 68 : Taux d’émission en différents COV émis par des feutres (1) dopés sous pression de vapeur saturante

en toluène. Sur les chromatogrammes, l’axe des abscisses correspond au temps de rétention du polluant (min) et l’axe des ordonnées à l’intensité des pics chromatographique (détection FID) ; nd = non déterminé.

Les taux d’émission déterminés selon cette procédure apparaissent incohérents étant donné qu’ils ne semblent pas être corrélés avec la durée de dopage en toluène. De plus, nous notons la présence d’autres composés dans les émissions. Ainsi, quelle que soit la durée de dopage, le benzène est omniprésent dans les émissions des échantillons de feutres (1) dopés au toluène. Par ailleurs, nous remarquons la présence d’autres composés de façon aléatoire. C’est le cas par exemple du feutre (1) dopé 4h qui émet du 1,3-diméthylbenzène, du feutre (1) dopé 15h qui émet un phtalate et un composé non-identifié avec un temps de rétention chromatographique de 30,5 min. Ces premiers résultats démontrent l’existence d’émissions de co-polluants sans lien avec la phase de dopage au toluène mais probablement plutôt en lien

140 avec le vécu des supports textiles avant d’être dopés (conservation notamment).

Afin d’optimiser le dépôt de sol-gel et le gainage des fibres textiles et surtout pour s’affranchir des polluants et autres résidus potentiellement présents dans les textiles, une phase de prétraitement des étoffes a été développée. Des tests de prétraitement ont été effectués sur des feutres (1) provenant du même lot de tissu. Nous avons étudié l’influence de la durée de chauffage et du nombre de pompage sous vide sur les taux d’émission des polluants pouvant être émis par le feutre (1) dans trois cas différents. Les taux d’émission déterminés à l’aide du préleveur passif sont présentés dans le Tableau 69.

Tableau 69 : Étude de l’influence des conditions de prétraitement des feutres (1) vierges sur les taux

d’émission en polluants ; nd = non déterminé. Les écarts relatifs sur les taux d’émission sont de 34,8% pour le benzène, 14,2% pour le toluène.

Ces tests démontrent encore de la présence de nombreux co-polluants pouvant être émis par les feutres (1) tels du cyclopentane, du benzène, de l’éthylbenzène mais aussi des xylènes. Les taux d’émission obtenus, notamment dans le cas du toluène, montrent que le feutre vierge non traité émet une grande quantité de toluène et qu’un traitement thermique à 80°C et sous 48h de pompage sous vide (avec une remise de l’étuve en atmosphère propre après chaque pompage) conduit à une diminution des taux d’émission en toluène d’un facteur supérieur à 20 et à ce que les émissions des autres co-polluants soient non mesurables. Dans la suite des travaux, cette procédure de préparation des supports textiles vierges a été appliquée à l’ensemble des échantillons préparés.

B.1.2. Préparation du sol-gel

L’étape 2 consiste en la préparation du sol-gel pour imprégner les textiles. Une étude en amont de la variation de la viscosité en fonction du temps a été réalisée pour étudier le vieillissement ou maturation du sol. En effet, dans un premier temps, il est nécessaire de déterminer la durée au bout de laquelle le sol se transforme en gel. Celle-ci doit être

141 suffisamment longue à la fois pour la maturation du sol mais aussi pour permettre l’imprégnation des étoffes. Pour la synthèse des matériaux textiles émissifs, nous avons utilisé les deux co-précurseurs organosilylés TMOS et PhTMOS. Pour l’étude préliminaire de la viscosité du sol, un volume de 5 mL de sol est préparé à température ambiante. La synthèse du sol correspond à celle décrite dans le Chapitre I (Figure 37). Elle a été réalisée à 60°C afin d’accélérer le vieillissement du sol et l’étape de maturation. Lors du séchage des textiles enduits, ces derniers sont mis à l’étuve chauffée à 120°C. Pour optimiser l’imprégnation du sol sur les étoffes et éviter son évaporation dans l’étuve, nous avons choisi d’attendre une heure avant l’enduction de l’étoffe. La quantité de sol à préparer est fonction de la taille des échantillons textiles à imprégner. Deux méthodes de dépôts ont été testées et sont détaillées ci-après.

B.1.3. Dépôt du sol-gel et séchage des textiles enduits

Deux méthodes d’enduction ont été utilisées pour déposer du matériau sol-gel sur des matières souples textiles : un premier dispositif de laboratoire avec dépôt manuel appelé la Jeannette et un second dispositif semi-industriel en utilisant un foulard de laboratoire. Les premiers dépôts sol-gel sur les fibres textiles ont été réalisés à la Jeannette. Le dispositif est présenté en Figure 76 premièrement puis en Figure 78.

Figure 76 : La Jeannette, dispositif manuel de dépôt de sol-gel sur les textiles.

L’étoffe à traiter est tout d’abord pesée et le sera de nouveau après dépôt du sol et séchage pour la détermination de la masse surfacique déposée et du taux d’emport. Le textile est plongé dans un bac contenant le sol et est retourné plusieurs fois à l’aide d’une pince pour parfaire l’imprégnation. Il est ensuite sorti du bac d’imprégnation puis placé sur la tablette. À l’aide d’un rouleau massique, le surplus de sol est enlevé et récupéré dans un second bac prévu à cet effet.

La Jeannette est facile d’utilisation car cela ne nécessite pas d’installation importante. Cependant, elle présente un inconvénient majeur du fait que les dépôts manuels successifs sont difficilement reproductibles. En effet, la force appliquée sur le rouleau pour enlever le surplus de sol n’est pas toujours identique d’un dépôt à l’autre.

L’imprégnation de sol a été aussi réalisée avec la technique de foulardage. Le foulard de laboratoire est composé de deux rouleaux cylindriques « exprimeurs » qui tournent sous

142 l’action d’une pédale. À l’aide d’un système mécanique, les rouleaux sont pressés l’un contre l’autre formant un creux dans lequel le sol est versé. Le tissu est ensuite placé entre les deux rouleaux et le roulement de ces derniers entraîne le tissu qui est alors enduit et pressé : c’est l’exprimage. Cette étape dure quelques secondes. Le tissu enduit est récupéré sur le rouleau cylindrique (n°1). Le surplus de sol retombe dans le bac situé en dessous des rouleaux. La vitesse de roulement des rouleaux est fixée à 2 m.min-1 _{et la pression appliquée est de 5 bars.}

Le foulard de laboratoire est présenté sur la Figure 77.

Figure 77 : Foulard de laboratoire pour le dépôt sol-gel sur les textiles.

Comparé à la Jeannette, cette technique de dépôt présente un avantage dans la mesure où en appliquant une même pression continue sur les deux rouleaux, le dépôt sol-gel devrait être plus homogène et plus reproductible. Ce même procédé est utilisé en industrie où quelques centaines de kms de tissu sont enduits en quelques heures à la vitesse de 1 m.s-1. Dans ce cas, le tissu passe dans un bac d’imprégnation avant d’être exprimé au foulard (Figure 78). Après avoir déposé le sol sur le textile, ce dernier doit-être séché. Quelle que soit la technique de dépôt employée, le textile enduit est placé sur une grille dans une étuve pendant 5 min à 120°C.

Le textile sec recouvert de matériau sol-gel est alors caractérisé (étude de la topographie des textiles enduits, détermination des masses surfaciques de sol-gel). Lorsque plusieurs dépôts sont réalisés successivement pour l’obtention d’une plus grande masse surfacique, l’étoffe est séchée entre deux étapes d’enduction, toujours durant 5 min à 120°C. La Figure 78 permet de comparer les deux dispositifs utilisés et présente également le dispositif utilisé en industrie.

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