Une alternative « verte » potentielle au formaldéhyde et aux PFAS dans l’ennoblissement des tissus

Plus de la moitié des 7,5 millions de balles de coton produites chaque année aux États-Unis seront utilisées dans la fabrication de vêtements. Les techniques de finition utilisées pour rendre le tissu en coton lisse, hydrofuge et résistant aux plis peuvent être nocives pour l’environnement et pour les personnes qui portent ces vêtements. Aujourd’hui, des chercheurs proposent une méthode utilisant l’huile de coton comme alternative « plus verte » et plus sûre au formaldéhyde et aux substances per- et polyfluoroalkylées (PFAS), souvent appelées « produits chimiques éternels », pour la finition des tissus en coton.

Le processus de récolte du coton et de création de tissus textiles comprend la collecte des fibres de cellulose vaporeuses de la capsule de coton, l’élimination des graines de coton dispersées dans les fibres, le filage du coton en fil, le tissage du fil en tissu, puis la finition du tissu à l’aide de divers produits chimiques qui modifient ses propriétés physiques, par exemple en le rendant plus doux ou résistant aux plis.

Les résines à base de formaldéhyde sont traditionnellement utilisées comme agents de finition des tissus. La résine collante se lie facilement aux fibres de cellulose du coton, formant des ponts chimiques qui rendent les longues fibres de cellulose résistantes aux plis et à l’étirement. Bien que le formaldéhyde soit bon marché, facile à utiliser et très réactif, il est considéré comme un cancérigène de classe 1 à forte concentration. Le formaldéhyde peut également provoquer des irritations cutanées et respiratoires. Les revêtements hydrofuges contenant du fluor créent une surface hydrophobe qui rend le tissu en coton résistant à l’eau. Cependant, ces revêtements contiennent des PFAS, tels que le sulfonate de perfluorooctane et l’acide perfluorooctanoïque, et sont progressivement supprimés en raison de leur nature persistante et de leur lien potentiel avec des problèmes de santé.

Afin d’éliminer le recours aux résines à base de formaldéhyde et aux PFAS dans la finition des tissus en coton, un groupe dirigé par Richard Venditti, professeur en biomatériaux forestiers, science et ingénierie du papier à la NC State, s’est lancé dans la création d’une alternative écologique en modifiant chimiquement l’huile de graines provenant du cotonnier lui-même. S’appuyant sur des recherches antérieures menées à la NC State, Kanipe, Venditti et leurs collègues ont tiré parti des propriétés chimiques spécifiques de l’huile de coton pour insérer des groupes époxy le long des longues chaînes de carbone qui composent les molécules d’huile.

Le groupe époxy permet aux molécules d’huile de coton époxydée (ECSO) de créer des liaisons chimiques solides avec les fibres de cellulose du tissu de coton et entre elles, formant ainsi un polymère et rendant le tissu hydrophobe. Les groupes époxy créent également des ponts moléculaires entre les fibres de cellulose, rendant le tissu résistant aux plis.

Outre la finition des tissus, l’ECSO pourrait permettre d’utiliser l’huile de coton récoltée avec les fibres de coton, la rendant aussi peu coûteuse, facile à utiliser et efficace que les résines de formaldéhyde.

« Les huiles végétales époxydées ont de nombreuses applications », indique M. Kanipe. « Si l’huile de coton native n’a pas la réactivité des résines à base de formaldéhyde, ce simple processus d’époxydation produit une alternative plus sûre et plus facile à utiliser pour des applications telles que les finitions pressées durables. »

Les chercheurs ont pesé et analysé chimiquement le tissu traité à l’ECSO à l’aide d’un type de spectroscopie infrarouge afin de s’assurer que les molécules d’ECSO s’étaient bien liées à la surface du tissu. Pour évaluer les qualités hydrofuges du tissu fini, les chercheurs ont utilisé une caméra haute vitesse afin de mesurer l’angle de contact auquel les gouttelettes d’eau interagissaient avec la surface du coton. Plus l’angle entre la gouttelette d’eau et la surface du tissu est grand, plus la résistance à l’eau est importante. Le tissu non traité ne présentait aucun angle de contact (en d’autres termes, l’eau était entièrement absorbée par le tissu), tandis que le tissu traité à l’ECSO présentait un angle de contact de 125 degrés, ce qui indique une augmentation significative de la capacité hydrofuge.

De futures études mesureront d’autres facteurs de performance du tissu en coton traité à l’ECSO, notamment la résistance à la déchirure, la durabilité et la résistance aux plis. L’objectif ultime de l’équipe est de mettre au point un procédé de traitement du coton à l’aide d’une émulsion aqueuse d’ECSO, un procédé écologique qui ne nécessite pas de substances de finition dangereuses.

« Si nous parvenons à atteindre notre objectif de modifier les propriétés du tissu en coton — en le rendant infroissable, anti-taches et résistant à l’eau — à l’aide d’un procédé à base d’eau, nous disposerons d’un procédé écologique pour appliquer un matériau biologique sur le coton en remplacement des finitions à base de formaldéhyde et de PFAS », conclut M. Venditti.

Taylor Kanipe, étudiante diplômée de l’université d’État de Caroline du Nord (NC State), présentera ses résultats lors de la réunion d’automne de l’American Chemical Society (ACS). L’ACS Fall 2025 se tiendra du 17 au 21 août et proposera plus de 9 000 présentations sur divers sujets scientifiques.