2.7 Teinture

Les sections suivantes décrivent les principes généraux de la teinture et des techniques de teinture le plus couramment utilisées pour les différentes fibres. Pour des raisons pratiques, les informations détaillées concernant les produits auxiliaires de teinture, les colorants et le matériel de teinture sont fournies dans des annexes spécifiques (à savoir, sections 8.6, 9 et 10).

2.7.1 Principes généraux de la teinture

La teinture est une technique pour colorer une matière textile dans laquelle un colorant est appliqué au support de manière uniforme, afin d'obtenir une nuance homogène, avec un rendement et des solidités appropriées à son usage final. Un colorant est une molécule, qui contient un groupe chromophore (système conjugué) capable d'avoir une interaction avec la lumière, donnant ainsi la perception de couleur.

La teinture des textiles implique l'usage d'un certain nombre de produits chimiques et de produits auxiliaires différents pour favoriser le procédé de teinture. Certains sont spécifiques à un procédé, tandis que d'autres peuvent être utilisés dans plusieurs procédés. Certains produits auxiliaires (par exemple, les dispersants) sont déjà contenus dans la formulation du colorant, mais plus souvent, les produits auxiliaires sont ajoutés au bain de teinture en cours de procédé. Etant donné que les produits auxiliaires, en général, ne restent pas sur le support après teinture, ils se retrouvent dans les rejets.

Il existe différentes techniques de teinture :

Ce dernier groupe de procédés est celui qui fera l'objet d'un exposé plus détaillé dans les sections suivantes. D'un point de vue moléculaire, quatre phases différentes sont concernées :

  1. en premier lieu, le colorant dissout ou dispersé au préalable dans le bain de teinture diffuse à partir du bain vers le support ;
  2. la deuxième phase consiste en l'adsorption du colorant sur la surface de la matière textile. Ce procédé est contrôlé par l'affinité (substantivité) du colorant pour la fibre ;
  3. le colorant diffuse/migre à l'intérieur de la fibre jusqu'à ce qu'elle soit teinte de façon uniforme. Cette phase est beaucoup plus lente que le transport du colorant dissout à l'intérieur du bain de teinture. La pénétration du colorant dans la fibre exige que la fibre elle-même soit accessible. Dans le cas de fibres hydrophiles, le colorant pénètre à travers les micropores disponibles tandis que, dans le cas des fibres hydrophobes, dont la structure moléculaire n’est pas accessible en phase aqueuse, des sites doivent être ouverts afin de permettre la pénétration du colorant. En général, l'accès à la fibre est facilité par la température. Les fibres hydrophobes ne sont accessibles au colorant qu'au-delà de la température de transition vitreuse qui, parfois, se situe au-dessus de 100°C. Pendant la diffusion dans les micropores, la barrière électrostatique qui se développe à la surface de la fibre, doit encore être surmontée. Dans certains cas, de grandes quantités de sel doivent être ajoutées au bain de teinture, afin de réduire les forces électrostatiques à la surface de la fibre et pour favoriser une pénétration uniforme du colorant.
  4. le colorant doit être fixé dans des sites appropriés à l'intérieur du support. Différents mécanismes de fixation sont connus, qui vont de la réaction chimique du colorant avec la fibre pour former une liaison covalente (colorants réactifs), à la formation de liaisons plus faibles dues aux forces de Van der Waals et aux autres forces de faible intensité entre la fibre et le colorant (colorants directs). Un rôle important est également joué par la liaison hydrogène, responsable des interactions de longue, moyenne et courte distance entre la fibre et le colorant, du colorant au colorant, de l'eau à la fibre et de l'eau aux substances solubles présentes dans la solution, tels que les tensioactifs. De plus amples explications sont données à ce sujet à la section 9.

2.7.2 Procédés de teinture

Les textiles peuvent être teints au cours de n'importe quelle phase du procédé de fabrication de sorte que les procédés de coloration suivants sont possibles :

La teinture peut être réalisée en discontinu, ou à la continu ou semi-continu. Le choix entre ces deux procédés dépend du type de produit, de la classe de colorant choisi, du matériel disponible et des coûts de procédé. Les procédés de teinture discontinus et à la continu nécessitent tous les deux les phases suivantes :

Teinture en discontinu

Dans la teinture en discontinu (également appelée teinture par épuisement), une certaine quantité de matière textile est chargée dans une machine de teinture et amenée à l'équilibre avec une solution contenant le colorant et les produits auxiliaires pendant une période allant de quelques minutes à quelques heures.

Le procédé de teinture commence par l'absorption du colorant à la surface de la fibre, puis le colorant diffuse et migre dans la fibre. L'utilisation de produits chimiques et de températures contrôlées accélère et optimise l'épuisement et la fixation (respectivement vitesse et taux) du colorant. Lorsque que l'on juge que la teinture a atteint la bonne nuance, le bain de teinture épuisé est vidangé et la matière textile est lavée, afin d'éliminer les colorants et les produits chimiques non fixés. Le lavage est habituellement effectué dans le même équipement. Toutefois, des laveuses séparées peuvent également être utilisées dans le cas du tissu.

Toutes ces opérations peuvent être réalisées avec différents degrés d'automatisation. Dans les usines de teinture totalement automatisées, toutes les phases depuis la préparation des recettes et les essais en laboratoire jusqu'à l'alimentation en colorants et produits chimiques, le transport des matières, le chargement et déchargement des machines et le contrôle des paramètres de teinture (par exemple, niveau, chauffage, injection à des vitesses sélectionnées, pH, température, etc.) sont pilotées informatiquement.

Dans des unités non automatisées, le dosage et l'alimentation des machines en colorants et produits chimiques se font manuellement. Une approche de teinture manuelle utilisée pour la laine consiste à réaliser une teinture d'essai en laboratoire sur un échantillon d'une fibre particulière et ensuite d'appliquer 5 à 10% de colorant en moins lors de la teinture en vraie grandeur. La couleur finale est obtenue en ajoutant du colorant supplémentaire en petites quantités, afin de parvenir à la nuance finale. Selon les colorants, il peut s'avérer nécessaire de refroidir le bain de teinture pour chacune de ces additions, afin de favoriser une répartition uniforme du colorant ajouté. La conformité de la couleur se contrôle à l'œil nu, l'ouvrier teinturier comparant la matière teinte avec un modèle de référence sous éclairage normalisé.

Les teintures qui sont "trop foncées" peuvent être corrigées par élimination du colorant de la fibre, en utilisant un excédent d'agent d'unisson ou en modifiant les conditions de traitement, et en ajoutant ensuite du colorant pour arriver à la nuance exacte. Il s'agit d'une méthode très coûteuse et polluante et dans la plupart des usines de teinture elle n'est utilisée qu'en dernier ressort.

Un paramètre important en teinture discontinue est le rapport de bain . Il s'agit du rapport de poids entre la matière sèche totale et la solution totale. Ainsi, par exemple un rapport de bain de 1:10 signifie 10 litres d'eau pour 1 kg de matière textile.

Ce paramètre non seulement influence la quantité d'eau et d'énergie consommée dans le procédé de teinture, mais il joue également un rôle important dans le taux d'épuisement du colorant ainsi que dans la consommation de produits chimiques et de produits auxiliaires.

Le rapport de bain est fonction du niveau d'épuisement du bain par l'intermédiaire de l'équation : E = K /(K + L), où :

K (affinité) = 50 à 1000 pour les différentes combinaisons de colorant/fibre
L (rapport de bain) = 5 à 50 pour les différentes machines
E (épuisement) = 0,5 à 1 (50 à 100 % d'épuisement)

Sur la base de cette équation, on peut retenir que lorsque L augmente, E diminue et une moindre quantité de colorant est absorbée par la fibre lorsque l'équilibre est atteint. L'effet est plus prononcé pour les colorants à faible affinité.

Comme indiqué auparavant, le rapport de bain exerce également une influence sur les niveaux de consommation des produits chimiques et produits auxiliaires. La plupart sont dosés sur la base de la quantité de bain plutôt que sur le poids de la fibre. Par exemple, dans un rapport de bain de 1:5, 50 g/l de sel signifiera 250 g/kg de fibre, mais avec un rapport de bain de 1:40, les mêmes 50 g/l de sel correspondront à 2 kg/kg de fibre.

Les rapports de bain varient grandement selon les machines de teinture, le type de support à teindre et son caractère hydrophile. Les fabricants de matériels fournissent une gamme de rapports de bain nominaux pour chaque type de machine. Il s'agit de la plage des rapports de bain, auxquels la machine peut fonctionner lorsqu'elle est chargée à sa capacité optimale/maximale. Dans chaque plage, les valeurs les plus faibles concernent normalement les fibres synthétiques (le polyester est habituellement pris comme référence), tandis que les chiffres les plus élevés s'appliquent au coton. Ceci est dû au fait que les fibres synthétiques absorbent moins d’eau que le coton.

Le tableau 2.2 indique les plages typiques des rapports de bain nominaux pour chaque type de machine. Il convient également de noter que chaque type de machine possède ses propres limitations et plages d'application.

Les caractéristiques d'un certain nombre de machines typiques sont décrites de manière plus détaillée aux sections 10.1 à 10.4.1.2, tandis que les derniers développements sur certains types de machines figurent aux sections 4.6.19 à 4.6.21.3.

Montage

Procédé

Matériel

Rapport de bain

Fibre en bourre (également ruban de carde et câble)

Teinture en bourre

Autoclave (teinture en bourre)

1:4 à 1:12 (1)

Fil

Bobines / cônes

Teinture sur fil

Autoclave (teinture sur bobine)

1:8 à 1:15 (2)

Echeveau

Teinture sur écheveau

machines de teinture sur écheveaux

1:12 à 1:25 (3)

Tissu, tricot, non tissés

Boyau

Teinture en pièce en boyau

Barque à tourniquet

1:15 à 1:40 (4)

Overflow

1:12 à 1:20 (2)

Jet

  • pour tissu
  • pour tapis

1:4 à 1:10 (4)

1:6 à 1:20 (4)

Airflow

1:2 à 1:5 (5)

Au large

Teinture en pièce au large

Tourniquet (pour tapis seulement)

1:15 à 1:30 (4)

Teinture sur ensouple

Teinture sur ensouple + laveuse

1:8 à 1:10 (6)

1:10 à 1:15 (7)

Teinture sur jigger

Jigger + laveuse au large

1:3 à 1:6 (6)

1:10 (7)

Produits finis (par exemple, vêtements, tapis, ensembles de salle de bain, etc.)

Teinture en pièce

Barque à palette

1:60 (non- exceptionnel)

Machine à Tambour

Très variable

Source:

(1) [32, ENco, 2001]
(2) [294, ETAD, 2001]
(3) La plage typique est de 1:15 à 1:25 comme indiqué dans les observations de BCMA [208, ENco, 2001] . Un rapport de bain de 1:12 a été signalé pour la laine de tapis en écheveaux (mi-peignée) [281, Belgique, 2002]
(4) [171, GuT, 2001]
(5) Selon un fournisseur majeur (THEN) et des sociétés d'ennoblissement de textiles [209, Allemagne, 2001]
(6) [3, RIZA, 1998]
(7) [293, Espagne, 2002]

Tableau 2.2 : Matériels de teinture en discontinu et rapports de bain.

Teinture à la continu et en semi-continu

Dans les procédés de teinture à la continu et en semi-continu, le bain de teinture est appliqué au textile, soit par imprégnation (au moyen de foulards), soit en utilisant d'autres systèmes d'application. Plus couramment, les textiles sont introduits en continu au large à travers une bacholle contenant la solution de colorant. Le support absorbe une certaine quantité de colorant avant de quitter la bacholle puis est exprimé à travers des rouleaux pour contrôler le taux d’emport. L'excédent de colorant éliminé coule en retour dans le bain de teinture. Dans l'industrie du tapis (et pour des produits ouverts qui doivent absorber et retenir de grands volumes de solution), des épaississants sont ajoutés à la solution de foulardage pour empêcher la migration du colorant. En outre, il existe également des systèmes d'application spéciale, dans lesquels le colorant est versé, pulvérisé, injecté ou appliqué sous forme de mousse (Voir la section 10.4.2).

La fixation du colorant est habituellement obtenue dans la phase suivante, en utilisant des produits chimiques ou de la chaleur (chaleur sèche ou vapeur). Le lavage constitue l'opération finale et il est habituellement effectué dans des machines à laver installées en ligne.

La seule différence entre les procédés de teinture à la continu et en semi-continu réside pour cette dernière dans l'application du colorant en continu par foulardage tandis que la fixation et le lavage sont discontinus.

En général, les colorants à faible affinité sont préférables dans la teinture à la continu afin d'empêcher les risques de queutage ("tailing": écart de nuance de teinture entre le début et la fin de la pièce attribuable à l'épuisement non désiré de la solution de foulardage) et faciliter le lavage du colorant non fixé.

Dans les procédés de teinture à la continu et en semi-continu, le rapport de bain n'a pas d'importance pratique et il n'est pas utilisé comme paramètre. Dans ces procédés, le facteur dont il faut tenir compte est le taux d’emport ou taux d’exprimage (masse en grammes de solution absorbée pour 100 grammes d'étoffe sèche) et la concentration du colorant.

Un aperçu des techniques et des machines le plus couramment utilisées dans les procédés de teinture à la continu et en semi-continu est donné dans le tableau 2.3 :

Montage

Procédé

Matériel

Tissu, tricot, non tissé

En Boyau

Continu

Exprimage en boyau + J box ou vaporiseur à tapis + laveuse

Au large

Semi-continu

Pad-Batch (ou Carp-O-Roll pour tapis)

Foulard + laveuse

Pad-Roll (ou Carp-O-Roll pour tapis)

Foulard + laveuse

Pad-Jig

Foulard + jigger + laveuse

Continu

Pad-Steam

Foulard (1) + vaporiseur + laveuse

Pad-Dry

Foulard (1)+ rame + laveuse

Thermosol

Notes:

(1) Des applicateurs différents sont utilisés pour teindre les tapis sur des rames continues (voir également la section 10.4.2)

Tableau 2.3 : Procédés et matériels de teinture à la continu et en semi-continu

2.7.3 Teinture des fibres cellulosiques

Les fibres cellulosiques peuvent être teintes au moyen d'une large gamme de colorants, à savoir :

Colorants réactifs

Un tiers des colorants utilisés pour les fibres cellulosiques sont aujourd'hui des colorants réactifs. Ils sont pour la plupart appliqués selon les procédés Pad-Batch et continus pour les tissus, tandis que le traitement en discontinu est le plus courant pour les tricots, la bourre et le fil.

En teinture par épuisement, le colorant, l'alcali (hydroxyde de sodium ou carbonate ou bicarbonate de sodium) et le sel peuvent être ajoutés au bain de colorant en une seule fois, au début du procédé, ou en plusieurs fois au cours de la teinture. Dans ce dernier cas, l'alcali n'est ajouté qu'après l'absorption du colorant par la fibre. Sa quantité est déterminée par la réactivité du système et la hauteur de ton désirée (les colorants à froid sont appliqués à des pH plus alcalins que les colorants à chauds et à haute température). Le sel est ajouté pour améliorer l'épuisement du bain : la concentration utilisée dépend de la substantivité du colorant et de l'intensité de la nuance. De plus fortes concentrations sont exigées pour les nuances foncées et les colorants à faible affinité comme indiqué dans tableau ci-dessous.

Concentration en sel pour :

Concentration en colorant

Colorants à haute affinité

Colorants à faible affinité

Nuance claire < 0,5 %

10 à 30 g/l NaCl

jusqu'à 60 g/l NaCl

Nuance foncée > 4 %

~ 50 g/l NaCl

jusqu'à 80 à 100 g/l NaCl

Source: [186, Ullmann's, 2000] , [11, US EPA, 1995]

Tableau 2.4 : Concentrations de sel exigées pour les colorants réactifs

Après teinture, le bain est vidé et la matière est rincée puis lavée avec addition de produits auxiliaires.

Dans les procédés de teinture par foulardage, le colorant et l'alcali peuvent être appliqués ensemble ou en deux phases dans deux foulards séparés (ou autres systèmes d'application). Lorsque tous les produits chimiques sont appliqués en une seule phase, la stabilité de la solution dans le foulard est importante. En fait, quand la réactivité du colorant augmente, il existe un risque que le colorant après un long temps de séjour dans la cuve du foulard soit hydrolysé par l'alcali avant de réagir avec la fibre. Pour cette raison, le colorant et l'alcali sont couramment introduits séparément dans la bacholle. Les cuves de foulard sont construites à présent de sorte que le volume de bain soit aussi faible que possible et qu'il soit renouvelé en moyenne toutes les 5 minutes [186, Ullmann's, 2000] .

Parmi les procédés de teinture en semi-continu, le procédé Pad-Batch à froid est de loin le plus important pour les colorants réactifs. Après que le textile ait été fourlardé avec le colorant et l'alcali, il est stocké sur roules. La fixation a lieu pendant le stockage.

Dans les procédés de teinture continue, le foulardage, la fixation, le lavage et le séchage sont effectués sur la même ligne. La fixation est couramment effectuée soit par chaleur sèche soit par vapeur. Les procédés suivants sont couramment utilisés :

Dans tous les cas, après fixation, le textile est toujours soigneusement lavé dans une laveuse au large ou en boyau afin d'éliminer complètement le colorant hydrolysé, puis ensuite séché.

Dans les procédés Pad-Dry Thermofix, de l'urée est habituellement ajoutée à la solution de foulardage afin d'agir comme solvant du colorant pendant la fixation. L'urée se dissout à 115°C et se mélange à l'eau au-delà de 100°C. En conséquence, elle peut être utilisée comme solvant pour le colorant  en chaleur sèche. Un procédé de teinture récemment mis au point est à présent disponible et ne nécessite pas l'addition d'urée (voir la section 4.6.13).

L'urée est parfois utilisée également dans les procédés Pad-Batch afin d'accroître la solubilité du colorant. Dès 1992, l'utilisation de l'urée dans ce but, était en nette diminution [61, L. Bettens, 1999] . De nouveaux colorants réactifs hautement solubles ont été introduits sur le marché et ils ne nécessitent pas d'urée même dans les solutions de colorant très concentrées pour les nuances foncées.

Colorants directs

Les colorants directs sont également très importants dans la teinture des fibres cellulosiques : 75 % de la consommation totale de ces colorants sont utilisés pour teindre les supports en coton ou en viscose [186, Ullmann's, 2000] .

Les colorants directs sont appliqués directement dans le bain contenant également le sel (chlorure de sodium ou sulfate de sodium) et les produits auxiliaires qui facilitent la mouillabilité du support et l'effet de dispersion. Les mélanges de tensio-actifs non ioniques et anioniques sont utilisés à cette fin.

En teinture par épuisement, le colorant est d’abord empâté, puis dissous dans de l'eau chaude et ajouté au bain de colorant. L'électrolyte est ensuite ajouté au bain de colorant. Après vidange du bain de colorant, l'étoffe est lavée à l'eau froide et généralement soumise à un post-traitement.

Les procédés par foulardage englobent les techniques suivantes :

Dans tous les procédés, la matière est rincée à l'eau froide en fin de procédé.

Pour les nuances foncées, la solidité au mouillé peut diminuer dans une proportion nécessitant un post-traitement. Il existe deux méthodes :

  1. élimination du colorant non fixé par lavage avec des agents complexants ou des tensio-actifs ayant un effet de dispersion ;
  2. réduction de la solubilité du colorant par blocage des groupes hydrophiles ("augmentation de l'encombrement de la molécule").

Plusieurs techniques peuvent être appliquées pour augmenter l'encombrement de la molécule. Le textile teint peut être traité notamment avec :

Des difficultés environnementales se posent lorsque le post-traitement s'effectue avec des produits de condensation du formaldéhyde ou des sels métalliques. La méthode utilisant des agents cationiques de fixation est, en conséquence, la plus couramment appliquée. Toutefois, les composés de type ammonium quaternaire utilisés sont souvent non biodégradables, toxiques pour les poissons et contiennent de l'azote.

Colorants de cuve

Les colorants de cuve possèdent d'excellentes propriétés de solidité lorsqu'ils sont choisis de manière appropriée et ils sont souvent utilisés pour des tissus qui seront soumis à de sévères conditions de lavage et de blanchiment (serviettes de toilette, vêtements industriels et militaires, etc.)

Les colorants de cuve sont normalement insolubles dans l'eau, mais ils deviennent solubles et substantifs pour la fibre après réduction dans des conditions alcalines (mise en cuve). Ils sont ensuite réinsolubilisés par oxydation et, de cette façon, ils demeurent fixés dans la fibre.

Lorsque l'on applique des colorants de cuve dans des procédés discontinus, le support textile risque d’être teint très rapidement et irrégulièrement en raison de la forte affinité du colorant. Toutefois, une teinture unie peut être obtenue en :

Dans tous les cas, l'oxydation et un post-traitement s'ensuivent. Le post-traitement consiste à savonner la matière textile dans un bain faiblement alcalin avec un détergent à la température d'ébullition.

Les procédés continus sont presque exclusivement utilisés pour la teinture de tissus et dans une faible mesure seulement pour les articles tricotés. Le procédé continu le plus couramment utilisé est le procédé Pad-Steam. Le textile est foulardé avec la dispersion aqueuse de colorant en présence d'un anti-migrant (polyacrylates, alginates, etc.) et des agents de dispersion / mouillage, si nécessaire. Après séchage, l'étoffe passe dans un foulard chimique qui contient la quantité nécessaire d'alcali et d'agent de réduction puis elle est immédiatement transférée vers une chambre de vaporisage. Le textile est finalement rincé, oxydé et savonné dans une laveuse au large.

Un procédé en une phase plus rapide est également possible (voir la section 4.6.4), mais uniquement pour les nuances allant de pastel à claires.

Les tissus lourds peuvent être teints au large selon le procédé Wet Pad-Steam. Contrairement au procédé Pad-Steam, l'étoffe n’est pas séchée entre le foulardage avec le colorant et le foulardage chimique avant vaporisage.

Les produits chimiques et produits auxiliaires suivants sont utilisés dans la teinture en colorant de cuve :

Colorants au soufre

Les colorants au soufre sont utilisés pour la teinture en pièces (fibres cellulosiques et mélanges cellulosiques /polyester), la teinture sur fil (fil à coudre, fils de chaîne pour tissu denim, fil pour articles tissés teints), la teinture en floc, ruban de carde (mélanges de laine et fibres artificielles) [186, Ullmann's, 2000] .

Comme les colorants de cuve, les colorants au soufre sont insolubles dans l'eau et, dans des conditions alcalines, ils sont convertis en leuco-dérivés qui sont solubles dans l'eau et possèdent une forte affinité pour la fibre. Après adsorption dans la fibre, le colorant est oxydé et retrouve son état d’origine insoluble. L'agent de réduction, les sels, l'alcali et le colorant non fixé sont finalement éliminés de la fibre par rinçage et lavage.

La plupart des méthodes appliquées sont des méthodes de teinture à la continu bien que la teinture en discontinu (en jigger, sur jet et en barque à tourniquet) soit également possible.

Dans les procédés continus, la matière textile est imprégnée avec les colorants, l'agent de réduction et l'agent mouillant en un ou deux bains. Avec la procédure à un bain (procédé Pad-Steam), l'agent de réduction et le colorant sont ajoutés en même temps. Avec la procédure à deux bains (Pad-Dry/Pad-Steam), la matière est foulardée dans la solution contenant le colorant et l'agent mouillant, tandis que l'agent de réduction est appliqué, si nécessaire, au cours d'une deuxième phase après séchage intermédiaire. La matière est alors soumise à un vaporisage en absence d’air. Ensuite, le rinçage, l'oxydation et un nouveau rinçage sont effectués.

Etant donné que l'épuisement n'est pas très élevé, il est possible d'utiliser à nouveau les bains de teinture dans les procédés continus.

Les produits chimiques et les produits auxiliaires appliqués au support pendant le procédé de teinture sont :

Colorants azoïques (naphtols)

Les colorants de type Naphtol AS donnent des couleurs ayant une solidité exceptionnelle, mais leur utilisation a diminué en raison des coûts d'application et de la complexité du procédé de préparation du colorant [77, EURATEX, 2000] .

La teinture avec des colorants azoïques est un procédé complexe qui implique un certain nombre de phases délicates :

Colorant

Conditions d'application typiques des produits chimiques et produits auxiliaires

Technique

Réactif

  • pH 9,5 - 11,5 par addition de carbonate de sodium et / ou d'hydroxyde de sodium
  • le sel est utilisé pour augmenter l'épuisement du bain de colorant : des concentrations plus fortes sont utilisées pour les colorants à faible affinité et les couleurs foncées
  • les températures d'application varient de 40 ºC à  80 ºC selon la catégorie du colorant
  • dans les procédés par foulardage, l'urée ou le cyanoguanidine sont habituellement ajoutés à la solution de foulardage (le procédé Econtrol® décrit à la section 4.6.13 n'exige pas d'urée)
  • après teinture, le textile est savonné et lavé  avec addition de tensio-actifs pour éliminer le colorant non fixé

Discontinu : par épuisement

Pad-Batch

Pad-Steam

Pad-Dry

Direct

  • le sel est utilisé pour augmenter l'épuisement du bain
  • les mélanges de tensio-actifs anioniques et non ioniques sont utilisés comme agents de mouillage / dispersion
  • un post-traitement est habituellement nécessaire pour améliorer la solidité au mouillé (utilisation éventuelle d'agents cationiques de fixation, produits de condensation du formaldéhyde)

Discontinu : par épuisement

Pad-Batch

Pad-Jig

Pad-Steam

De cuve

  • l'alcali et les agents de réduction (dithionite de sodium, dérivés de l'acide sulfoxylique, dioxyde de thio-urée et autres agents organiques de réduction) sont appliqués pour réduire le colorant sous forme du sel de sodium du leuco-dérivé
  • des dispersants faiblement dégradables sont présents dans la formulation du colorant et sont ajoutés ultérieurement au cours des autres phases du procédé.
  • des agents d'unisson sont parfois nécessaires
  • la température et la quantité de sel et d'alcali nécessaires varient selon la nature du colorant (IK, IW, IN)
  • le colorant est fixé sur la fibre par oxydation, en utilisant en général l'eau oxygénée, mais des agents d'oxydation halogénés peuvent également être utilisés
  • le savonnage a lieu dans une solution détergente faiblement alcaline à température d'ébullition
  • dans les procédés continus, des agents anti-migrants et de mouillage sont utilisés

Discontinu : par épuisement

Pad-Steam

Soufre

  • les agents de réduction (Na2S, NaHS, combinaison d'agents de réduction à base de glucose) et l'alcali sont appliqués pour réduire le colorant sous forme soluble à moins que des colorants prê-réduits ne soient utilisés.
  • des agents complexants et dispersants sont utilisés dans la teinture en discontinu.
  • dans la teinture en discontinu, le colorant est en général absorbé à 60 - 110 ºC, tandis que, dans le procédé de Pad-Steam, la matière est foulardée à 20 - 30 ºC puis vaporisée102 - 105 ºC
  • l'oxydation est réalisée principalement avec de l'eau oxygénée, du bromate et de l'iodate

Discontinu : par épuisement

Pad-Steam

Pad-Dry / Pad-Steam

Azoïque

  • la préparation du naphtolate (la soude caustique et, dans certains cas, une addition de formaldéhyde, sont nécessaires pour stabiliser le naphtol sur la fibre)
  • Imprégnation du naphtolate par épuisement ou par foulardage
  • Préparation de la base diazotée (avec NaNO2 et HCl)
  • Phase de développement (le textile passe à travers un bain froid de développement où la solution circule à travers le textile stationnaire dans la machine de teinture)

Discontinu : par épuisement

Par foulardage

Tableau 2.5: Résumé des colorants et des techniques de teinture les plus couramment appliqués aux fibres cellulosiques

2.7.4 Teinture de la laine

La laine peut être teinte avec les colorants suivants :

Colorants acides

Les colorants acides sont habituellement appliqués à des pH acides, mais la plage de pH utilisée varie selon le type de colorant. Plus l'affinité du colorant pour la fibre est grande, plus l'interaction hydrophobe doit être réduite en appliquant le colorant à un pH plus élevé.

Les colorants à bon pouvoir d'unisson sont appliqués dans des conditions fortement acides (1 à 3 % d'acide formique) en présence d'ions sulfate (5 à 10 % de sulfate de sodium) pour aider la migration et l'égalisation. HCOOH et SO4-H concurrencent les colorants sulfonés agissant comme agents d'unisson. Il en résulte que d'autres agents d'unisson ne sont généralement pas nécessaires et la vitesse de montée du colorant est contrôlée au départ par la lente augmentation de la température du bain de teinture (1 ºC/min.) et en augmentant ensuite la durée au moment de l'ébullition afin de permettre au colorant de migrer à partir des zones de forte montée initiale.

Les colorants acides rapides (également connus sous le nom de colorants semi-foulons ou colorants à migration rapide) possèdent des propriétés de solidité supérieures à celles des colorants acides à bon pouvoir d'unisson tout en conservant certaines des propriétés de migration. L'application se fait à partir d'un bain de colorant modérément acide (1 à 3 % d'acide acétique) en présence de sulfate de sodium (5 à 10 %) et d'agent d'unisson pour favoriser la migration.

Les colorants acides foulons (y compris les colorants à complexes métalliques 1:2 mentionnés ci-après) possèdent une bonne affinité pour la fibre et ne migrent pas bien à l'ébullition. En conséquence, ils sont appliqués à un pH plus neutre (5 à 7,5 avec l'acide acétique) en présence d'acétate de sodium (2 g/l) ou de sulfate d'ammonium (4 %) et d'agent d'unisson (1 à 2 %). On évite habituellement le sulfate de sodium étant donné qu'il a très peu d'effet sur la migration et peut favoriser une adsorption inégale du colorant.

Les agents d'unisson jouent un rôle important dans la teinture en colorants acides. Un certain nombre de tensio-actifs non ioniques, cationiques, anioniques et amphotères appartiennent à cette catégorie.

Colorants au chrome

Un certain nombre de techniques ont été développées pour l'application de colorants au chrome. Le procédé de mordançage préalable consiste à traiter la fibre avec un sel de chrome avant teinture avec un colorant pouvant former un complexe avec le chrome ; le procédé par mordançage simultané consiste à  appliquer le colorant et le sel de chrome simultanément. Les deux procédés ont été en grande partie remplacés par le procédé par mordançage subséquent comportant deux phase: la première où le colorant est appliqué et la seconde dans laquelle la fibre est traitée avec le sel de chrome en utilisant le bain de colorant épuisé, ce qui permet d'économiser l'eau.

L'application du colorant a lieu dans un bain de colorant modérément acide (1 % d'acide acétique) souvent avec addition d'acide formique vers la fin du pallier d'ébullition afin de favoriser l'épuisement du colorant. Le bain de colorant est alors refroidi de 100°C à environ 80 ºC, le pH est diminué jusqu'à environ 3,5 avec de l'acide formique et le sel de chrome pré-dissous est ajouté. Le bain de colorant est alors porté à nouveau à ébullition pendant 20 à 30 minutes. Le chrome est ajouté au bain de colorant sous forme de dichromate soit de sodium soit de potassium. En solution, les espèces de chromage présentes varient selon le pH, l'anion dichromate Cr2O72- prédomine à un pH entre 3 et 7. Bien que ce soit l'anion de chrome (VI) qui est adsorbé initialement par la laine, le complexe de colorant est formé par du chrome (III) formé sous l'action des groupes réducteurs dans la fibre elle-même. Les acides forts ont un effet d'activation sur ce procédé ; les acides organiques (acide tartrique, lactique, formique) ou le thiosulfate peuvent également être utilisés pour améliorer le degré de conversion du chrome (VI) (voir également la section 4.6.15).

Colorants métallifères

L'application de colorants métallifères 1:1 s'effectue à un pH de 1,8 à 2,5 avec de l'acide sulfurique ou à un pH de 3 - 4 avec de l'acide formique en présence de sulfate de sodium (5 à 10 %) et autres agents organiques d'unisson. En raison de ces conditions opérationnelles spéciales, cette classe de colorants est particulièrement appropriée pour la teinture en pièce de laine carbonisée.

Les colorants métallifères 1:2 constituent le groupe le plus important de cette catégorie et ils peuvent être divisés en deux sous-groupes : complexes 1:2 faiblement polaires et fortement polaires. L'application est habituellement effectuée dans des conditions modérément acides :

L'emploi d'agents d'unisson est très courant lors des teintures avec les colorants à complexes métallifères. On peut utiliser les mêmes agents d'unisson que pour les colorants acides.

Colorants réactifs

Les colorants réactifs sont généralement appliqués à des valeurs de pH entre 5 et 6 selon que la nuance est plus ou moins foncée, en présence de sulfate d'ammonium et d'agents d'unisson spécifiques (substances amphotères qui forment des complexes avec le colorant à basse température et se dégradent à mesure que la température de la teinture augmente).

La méthode de teinture peut inclure une phase de maintien de température à 65 – 70 ºC pendant laquelle le bain de colorant est maintenu à cette température pendant 30 minutes afin de permettre au colorant de migrer sans réaction de la fibre. Lorsqu'on souhaite une teinture à très haute solidité, la fibre est rincée dans des conditions alcalines (pH 8–9 avec de l'ammoniaque) pour éliminer le colorant qui n'a pas réagi.

Colorant

Conditions d'applications typiques des produits chimiques et produits auxiliaires

Technique

Colorants acides (sans métaux)

  • conditions fortement acides pour épuiser les colorants (par l'acide formique)
  • conditions modérément acides pour colorants semi-foulons (par l'acide acétique)
  • conditions plus neutres pour les colorants foulons (par l'acide acétique et l'acétate de sodium ou le sulfate d'ammonium)
  • sel : sulfate de sodium ou sulfate d'ammonium
  • les agents d'unisson autres que le sulfate et l'acide formique ne sont pas nécessaires pour les colorants à bon pouvoir d'unisson

Teinture par épuisement (en discontinu)

Colorants au chrome (mordant)

  • pH 3 à 4,5
  • sulfate de sodium
  • acides organiques : acide acétique et acide formique (les acides tartrique et lactique peuvent être également utilisés)
  • agent de réduction : thiosulfate de sodium
  • post-chromage avec dichromate de Na ou de K

Teinture par épuisement (en discontinu) (méthode post-chrome)

Colorants métallifères 1:1

  • pH 1,8 à 2,5 (pH 2,5 en présence de produits auxiliaires tels que les éthoxylates d'alcanol)
  • acide sulfurique ou acide formique
  • sel : sulfate de sodium
  • de l'ammoniaque ou de l'acétate de sodium peuvent être ajoutés au dernier bain de rinçage

Teinture par épuisement (en discontinu)

Colorants métallifères 1:2

  • pH 4.,5 à 7
  • sulfate ou acétate d'ammonium
  • agents d'unisson (non ioniques, ioniques et tensio-actifs amphotères)

Teinture par épuisement (en discontinu)

Colorants réactifs

  • pH 4,5 à 7
  • acide formique ou acétique
  • agent d'unisson
  • post-traitement à l'ammoniaque pour une plus haute solidité

Teinture par épuisement (en discontinu)

Tableau 2.6 : Résumé des colorants et des techniques de teinture des fibres de laine les plus courants

2.7.5 Teinture de la soie

La soie est teinte avec les mêmes colorants que la laine, à l'exception des colorants métallifères 1:1. En outre, on pourra utiliser des colorants directs. Le pH de teinture est légèrement supérieur à celui de la laine. Pour la teinture en colorants réactifs, 20 à 60 g/l de sel et 2 à 5 g/l de carbonate de soude sont nécessaires au fixage [294, ETAD, 2001] .

Pour une description plus détaillée, il convient de se référer à la section "Teinture de la laine".

2.7.6 Teinture des fibres synthétiques

2.7.6.1 Fibres de polyamide

Les fibres de polyamide (polyamide 6 et polyamide 6.6) sont facilement teintes avec divers types de colorants. En raison de leur caractère hydrophobe, elles peuvent être teintes avec des colorants dispersés (non ioniques) alors que, grâce à la présence de groupes NH-CO- et NH2- dans la chaîne du polymère, les colorants acides, basiques, réactifs et métallifères 1:2 (ioniques) peuvent également être utilisés. Toutefois, en pratique, les colorants acides sont de plus en plus utilisés.

Avant teinture, les étoffes doivent, en général, être préfixées afin de compenser les différences d'affinités des matières et pour réduire les risques de formation de cassures pendant le procédé de teinture. La préfixation peut être effectuée sur une rame.

Colorants dispersés

Les colorants dispersés utilisés pour les fibres de polyamide sont principalement des composés azoïques et anthraquinoniques. Ils sont utilisés, en particulier, pour les nuances les claires.

L'étoffe est teinte à pH acide (pH 5) par l'acide acétique. Un agent dispersant est toujours ajouté à la solution.

Colorants acides

Comme pour la teinture en colorants acides de la laine, plus l'affinité du colorant augmente, plus il est nécessaire de réduire les interactions hydrophobes dans la phase initiale de teinture afin d'assurer une absorption uniforme. Cela signifie que pour les colorants à forte affinité, la solution doit être légèrement alcaline au départ et on diminuera ensuite progressivement le pH pour optimiser l'épuisement. Le niveau d'acidité de la solution est régulé soit par dosage avec des acides pendant la teinture soit par addition de générateurs d'acides (par exemple, sulfate d'ammonium, pyrophosphate de sodium ou esters d'acides organiques) en début du procédé (voir également la section 4.6.14)

L'épuisement optimal et la teinture uniforme peuvent également être obtenus en contrôlant le profil de température.

Des produits auxiliaires (tensio-actifs anioniques, cationiques et non ioniques) sont normalement utilisés pour améliorer l'unisson.

La solidité au mouillé de la teinture avec des colorants acides sur les fibres de polyamide est souvent insuffisante. Un post traitement avec un fixateur (tanin synthétique) est souvent nécessaire. Les fixateurs sont ajoutés au bain épuisé ou dans un nouveau bain à un pH de 4,5 par de l'acide formique ou acétique. Le textile est traité à 70 - 80 ºC, puis il est rincé.

Colorants métallifères

Parmi les colorants métallifères 1:2, les molécules contenant des groupes sulfoniques sont les mieux adaptées aux fibres de polyamide.

L'absorption du colorant augmente à mesure que le pH décroît. Les conditions de teinture varient de faiblement acides par addition de sulfate d'ammonium et d'acide acétique à neutre ou modérément alcalines pour les colorants à haute affinité. Pour les colorants à haute affinité, des agents d'unisson non ioniques ou amphotères sont habituellement ajoutés.

Colorants réactifs

En principe, les colorants réactifs utilisés pour la laine sont également adaptés au polyamide. Le procédé de teinture est réalisé dans des conditions faiblement acides (pH 4,5 -  5). Le procédé commence à 20 – 45 ºC ; puis la température augmente jusqu'à un point proche de l'ébullition. Des tensio-actifs non ioniques et du bicarbonate de sodium ou d'ammoniaque sont utilisés en fin de traitement.

Colorants

Conditions d'application typiques des produits chimiques et produits auxiliaires

Technique

Dispersé

  • pH 5 par l'acide acétique
  • agents de dispersion (produits de condensation aromatiques sulfonés et tensio-actifs non ioniques)
  • la teinture est réalisée à une température proche de l'ébullition

Discontinu : par épuisement

Colorants acides

  • conditions du pH d'acide à neutre selon l'affinité du colorant
  • l'épuisement optimal du bain et l'unisson sont obtenus par le contrôle soit du pH soit de la température (des agents d'unisson sont aussi utilisés)
  • à pH acide, les électrolytes retardent l'épuisement
  • avec les colorants à bon pouvoir d'unisson, la solidité au mouillé est souvent insuffisante et un post-traitement avec un fixateur peut s'avérer nécessaire

Discontinu : par épuisement

Colorants métallifères 1:2

  • les colorants contenant des groupes sulfoniques ont la préférence parce qu'ils sont plus solubles dans l'eau et permettent d’obtenir une meilleure solidité au mouillé
  • pour améliorer l'absorption des colorants à faible affinité (en particulier pour les colorants bi-sulfonés), la teinture est réalisée dans des conditions faiblement acides en utilisant de l'acide acétique
  • les colorants à haute affinité sont appliqués dans un milieu neutre ou faiblement alcalin en utilisant des agents d'unisson non ioniques ou amphotères.

Discontinu : par épuisement

Colorants réactifs

  • en principe, les colorants réactifs utilisés pour la laine sont également adaptés au polyamide
  • la teinture est réalisée à une température proche de l'ébullition dans des conditions faiblement acides
  • Un post-traitement est effectué à 95 ºC en utilisant un tensio-actif non ionique et du bicarbonate de sodium ou de l'ammoniaque.

Discontinu : par épuisement

Tableau 2.7 : Résumé des colorants et techniques de teinture les plus courants pour les fibres de polyamide

2.7.6.2 Fibres de polyester

Les articles fabriqués en polyester 100 % sont teints presque exclusivement en utilisant des techniques de teinture en discontinu et parmi celles-ci, c'est la teinture à haute température qui est la plus couramment appliquée.

La teinture de fibres de polyester dans des conditions atmosphériques (au-dessous de 100 ºC) était également fréquemment réalisée dans le passé avec l'aide de véhiculeurs. Etant donné que ces substances sont dangereuses pour l'environnement (voir les sections 2.7.8.1 et 8.6.7), la teinture au-dessous de 100 ºC n'est plus en usage aujourd'hui pour les fibres polyester 100 % sauf si on utilise des fibres particulières qui peuvent être teintes à ces températures sans véhiculeur (voir la section 4.6.2).

En ce qui concerne la teinture à haute température, le procédé est habituellement réalisé dans des conditions acides (pH 4 à 5) avec addition d'acide acétique à 125 – 135 ºC sous pression. Dans ces conditions, des agents d'unisson sont nécessaires pour empêcher une absorption trop rapide.

Sous réserve que des colorants stables à l'alcali soient utilisés, la teinture en milieu alcalin (pH 9 à 9,5) est également possible. Cette technique a été développée afin de réduire la migration et le dépôt des oligomères typiques des fibres polyester (voir la section 2.1.1.1). En fait, les oligomères (les trimères cycliques du téréphtalate d'éthylène sont particulièrement gênants) ont tendance à migrer hors de la fibre pendant la teinture, formant ainsi avec le colorant des agglomérats qui peuvent se déposer sur le textile ou sur le matériel de teinture.

Pour améliorer l'unisson, des produits éthoxylatés sont utilisés comme agents d'unisson.

Le procédé de thermosolage fait également partie des techniques appliquées, bien qu'elle soit utilisée principalement pour les mélanges de fibres polyester / cellulosiques. Le bain de colorant est foulardé sur le textile en même temps qu'un agent anti-migrant. Une phase de séchage à 100 – 140 ºC est effectuée. Ensuite le colorant est fixé (200 à 225 ºC pendant 12 à 25 secondes).

Pour les nuances claires, la matière textile n'a besoin que de rinçage ou de savonnage après teinture. Pour les nuances foncées, afin d'assurer une haute solidité à la lumière, une phase de dépouillement est en principe nécessaire. Elle consiste habituellement en un traitement réducteur en milieu alcalin suivi d'un rinçage dans des conditions faiblement acides. Pour des renseignements sur les procédés alternatifs, reportez-vous à la section 4.6.5.

Les fibres de polyester peuvent être teintes avec des colorants cationiques sous réserve que les composants acides (par exemple, le sulfate d'acide poly-carboxylique aromatique) soient utilisés comme co-monomères pendant la fabrication de la fibre (création de sites anioniques).

Colorant

Conditions d'application typiques des produits chimiques et des produits auxiliaires

Technique

Dispersé

  • pH 4 - 5 par l'acide acétique
  • agents d'unisson (esters carboxyliques aliphatiques, produits éthoxylatés, combinaisons d'alcools, esters ou cétones avec agents émulsifiants)
  • addition éventuelle d'agents complexants (EDTA) pour les colorants sensibles aux métaux lourds

Teinture en discontinu à 125 - 135 ºC sous pression (HT)

  • cette technique exige l'emploi de véhiculeurs à moins d'utiliser des fibres de polyester modifiées

Teinture en discontinu au-dessous de 100 ºC

  • pH 4 à 5 par l'acide acétique
  • des anti migrants, tels que les polyacrylates et alginates sont ajoutés à la solution de foulardage afin d'empêcher la migration du colorant pendant le séchage
  • dépouillement avec une solution contenant de l'hydrosulfite de sodium et de l'hydroxyde de sodium (des agents de dispersion sont ajoutés au dernier bain de lavage)

Procédé de thermosolage

Tableau 2.8 : Résumé des colorants et techniques de teinture les plus courants pour les fibres de polyester

2.7.6.3 Fibres acryliques

Les fibres appelées polyacryliques sont hydrophobes et contiennent des groupes anioniques dans leur molécule. Il en résulte qu'elles peuvent être teintes avec des colorants dispersés et cationiques. Avec l'introduction de co-monomères cationiques dans le polymère, la fibre peut également être teinte avec des colorants acides.

La teinture par épuisement est couramment utilisée pour les câbles ou la bourre (teinture en bobine), le fil en écheveaux ou sur bobines et pour les étoffes. La teinture en pièce peut être effectuée sur ensouples, sur Overflow, sur barques à palettes (pour les articles tricotés, les ensembles de salle de bain ) ou sur machine à tambour (pour les chaussettes).

Les bourres, câbles et rubans peuvent également être teints sur des machines spéciales selon un procédé Pad-Steam, de préférence avec de la vapeur sous pression afin d'obtenir des temps de fixation plus courts. Les articles en pièces, en particulier les textiles d'ameublement (velours) sont également teints selon le procédé Pad-Steam, mais dans ce cas, la fixation est réalisée avec de la vapeur saturée. Ceci implique des temps de fixation plus longs qui rendent obligatoire l’utilisation de colorants cationiques à diffusion rapide et de solvants de colorant.

Colorants dispersés

Les colorants dispersés sont utilisés pour les nuances claires à moyennes . Les techniques de teinture correspondent à celles utilisées pour les fibres de polyester. Toutefois, la teinture peut être effectuée à des températures inférieures à 100 ºC sans véhiculeurs. En outre, en raison des bonnes propriétés de migration des colorants dispersés, des agents d'unisson ne sont pas nécessaires.

Colorants cationiques

Les recettes utilisées en teinture par épuisement incluent un électrolyte (acétate de sodium ou sulfate de sodium), de l'acide acétique, un dispersant non ionique et un retardateur. La teinture s'effectue en maintenant la température dans la plage optimale pour la fibre traitée. Finalement, le bain est refroidi et le textile est rincé et soumis à un post traitement.

Les procédés continus couramment appliqués sont :

Lors de la teinture avec des colorants cationiques, des agents d'unisson spéciaux (également appelés produits retardateurs ) sont très fréquemment utilisés pour contrôler la vitesse d'absorption du colorant sur la fibre, en améliorant ainsi l’unisson de teinture.

Colorant

Conditions d'application typiques des produits chimiques et des produits auxiliaires

Technique

Dispersé

  • les conditions de teinture correspondent à celles utilisées pour le polyester
  • l'addition de véhiculeurs n'est pas nécessaire

Cationique

  • acide acétique (pH 3,6 - 4,5)
  • sel (sulfate de sodium ou acétate de sodium)
  • agents  retardateurs (habituellement des agents cationiques)
  • agents de dispersion non ioniques

Discontinu : par épuisement

  • acide acétique (pH 4,5)
  • agent de solubilisation du colorant
  • des colorants aisément solubles, résistants à la vapeur (habituellement sous forme liquide) sont nécessaires

Procédé Pad-Steam avec vapeur sous pression

  • agent de solubilisation du colorant
  • des colorants à diffusion rapide sont nécessaires

Procédé Pad-Steam avec vapeur saturée

Tableau 2.9 : Résumé des colorants et techniques de teinture les plus courants pour les fibres polyacryliques.

2.7.6.4 Acétate de cellulose et triacétate de cellulose

Contrairement aux autres fibres cellulosiques régénérées, les acétates et triacétates de cellulose sont hydrophobes et, en conséquence, elles peuvent être teintes avec des colorants dispersés dans des conditions qui sont très semblables à celles s'appliquant aux fibres polyester.

L'acétate de cellulose est teinte par épuisement avec des colorants dispersés en présence d'agents de dispersion non ioniques ou anioniques dans des conditions faiblement acides (pH 5 à 6). La teinture est normalement réalisée à 80 – 85 ºC. Toutefois, une série de colorants moins résistants au mouillé sont déjà absorbés sur la fibre à 50 - 60 ºC, alors que les colorants plus résistants au mouillé exigent des températures allant jusqu'à 90 ºC.

En comparaison avec le acétates de cellulose, les caractéristiques de teinture et de finition des triacétates de cellulose ressemblent plus à celles des fibres purement synthétiques. Le triacétate de cellulose, comme l'acétate de cellulose, est teint avec des colorants dispersés dans un milieu faiblement acide en présence de produits auxiliaires d'unisson. Les techniques de teinture appliquées au triacétate de cellulose sont :

2.7.7 Teinture de mélanges de fibres

Les mélanges de fibres naturelles/synthétiques deviennent de plus en plus importants dans l'industrie textile parce qu'ils permettent de combiner les performances des fibres synthétiques au toucher agréable des fibres naturelles.

55 à 60 % de la consommation mondiale de fibres polyester sont utilisés en mélange avec des fibres cellulosiques ou de laine. Environ 40 % du polyamide sont utilisés dans des mélanges, tandis que 50 % des fibres polyacryliques sont utilisés en particulier avec la laine pour les articles tricotés [186, Ullmann's, 2000] .

Les mélanges de fibres peuvent être produits selon trois méthodes différentes :

La teinture des mélanges prend toujours plus de temps et c'est une opération plus difficile que la teinture de fibres pures. Malgré ces inconvénients, la teinture a tendance à se situer aussi près que possible de la fin du cycle d'ennoblissement. En fait, cela permet au teinturier de satisfaire les demandes du marché sans avoir besoin de stocker de grandes quantités de matières textiles déjà teintes sous forme de flocs ou de fils dans toutes les nuances disponibles.

Lors de la teinture de mélanges, les méthodes suivantes peuvent être appliquées :

Pour la teinture "ton sur ton", il est quelquefois possible d'utiliser le même colorant pour les différentes fibres. Lorsque des colorants de différentes classes doivent être employés, il est plus facile de contrôler le procédé de teinture lorsque les colorants choisis ont de l'affinité pour une seule fibre. Cette situation est cependant exceptionnelle et la teinture de fibres mélangées demeure une opération complexe.

La teinture de mélanges peut se faire selon des procédés de teinture en discontinu, à la continu et semi-continu. Les procédés discontinus incluent :

Les mélanges de fibres les plus courants seront abordés dans les sections suivantes.

Mélanges de fibres polyester / cellulosiques

Une grande partie de la production de polyester (près de 45 %) est utilisée sous cette forme. Les mélanges polyester/cellulose sont utilisés pour tous les types d’articles pour l’habillement et pour le linge de maison. La fibre cellulosique est habituellement le coton, mais des fibres discontinues de viscose et occasionnellement de lin sont également utilisées. Les pourcentages de polyester/fibres cellulosiques rencontrés les plus fréquemment sont : 67/33 (pour les textiles portés près de la peau), 50/50 et 20/80 [186, Ullmann's, 2000] .

Lors de la teinture des mélanges polyester/fibres cellulosiques, des colorants dispersés sont utilisés pour la composante polyester tandis que la partie cellulosique est habituellement teinte avec des colorants réactifs, de cuve ou directs. La teinture pigmentaire est également couramment utilisée pour les nuances claires.

Les colorants dispersés ne colorent les fibres cellulosiques que légèrement et ils peuvent être aisément éliminés par lavage ultérieur ou, si nécessaire, par un dépouillement réducteur. La plupart des colorants utilisés pour la cellulose ne colorent le polyester que légèrement ou pas du tout.

Les mélanges polyester / fibres cellulosiques sont couramment teints à l'aide de procédés de teinture continus. Toutefois, pour les fils et les tricots, la teinture en discontinu a une importance majeure.

Dans la teinture en discontinu, l'application des colorants peut se faire en une ou deux phases dans un seul bain ou dans deux bains différents dans des phases successives. Le colorant dispersé est généralement appliqué à haute température (HT) sans utilisation de véhiculeurs.

Dans le procédé un bain / une phase, des produits auxiliaires spéciaux, appelés générateurs d’acide, sont utilisés. Leur décomposition conduit à une diminution du pH lorsqu'on augmente la température. De cette manière, il est possible de fixer les colorants réactifs dans des conditions alcalines et d'atteindre ensuite des conditions optimales de teinture (pH 5 à 6) pour les colorants dispersés en augmentant la température. Comme alternative, il est avantageux d'opérer à un pH 8 -  10 en utilisant des colorants dispersés stables en milieu alcalin, ce qui évite également les problèmes d'oligomères.

Les procédés un bain / une phase ont la préférence parce qu'ils sont plus économiques, mais ils soulèvent plus de difficultés. Par exemple, la présence de sel augmente la tendance des colorants dispersés à colorer la fibre de coton du mélange. Récemment, des colorants réactifs à faible teneur en sel ont été développés et ils sont présentés comme performant et offrant une haute reproductibilité dans cette application (voir la section 4.6.11).

Dans les procédés continus, les colorants sont habituellement appliqués en un seul bain. L'étoffe est ensuite séchée et le colorant dispersé est fixé sur le polyester par thermosolage. Puis, le deuxième colorant est développé selon la procédure typique de chaque catégorie en utilisant, en général, des procédés Pad-Steam, Pad-Jig ou Pad-Batch.

Le tableau 2.10 présente un résumé des procédés les plus fréquemment appliqués. Les colorants sont appliqués conformément aux conditions d'application typiques de leur classe. Pour de plus amples détails sur une classe donnée de colorant, voir la section spécifique.

Technique

Dispersé/ cuve

Dispersé / réactif

Dispersé/ direct

Pigment

Discontinue

Procédé en un bain

   

F M

T (1)

Procédé en deux bains

 

F M

   

Procédé en un bain et deux phases

F M

F M

F M

 

Continue

Phase I

Phase II

       

Application de tous les colorants en un seul bain par foulardage + séchage suivi de :

Thermosolage + Pad-Jig

T

     

Thermosolage + Pad-Batch

 

T

   

Thermosolage + Pad-Steam

T

T

T

 

F = fil
T = Tissu
M = Tricot (maille)
(1)    La teinture pigmentaire inclut le foulardage avec le pigment, un liant et des produits auxiliaires, le séchage et la polymérisation à 140 ºC pendant 5 min.

Tableau 2.10 : Résumé des colorants et techniques de teinture pour les mélanges polyester / cellulose.

Mélanges polyester / laine

Les mélanges polyester / laine sont largement utilisés, en particulier pour les articles tissés et tricotés. Le pourcentage de mélange rencontré les plus fréquemment est 55/45 polyester/laine.

La laine ne peut pas être teinte aux hautes températures typiques du procédé de teinture HT pour les fibres polyester et les mélanges polyester/cellulose. La durée de la teinture doit également être aussi courte que possible pour que la laine ne soit pas endommagée. Pour les productions importantes, il est en conséquence préférable de teindre la laine et le polyester séparément en ruban, en mélangeant les deux fibres au stade de la fabrication du fil. Toutefois, il est fréquent que des changements rapides dans la mode et la planification à court terme ne permettent pas des teintures séparées.

Lors de la teinture de mélanges de polyester / laine, des colorants dispersés sont utilisés pour le polyester et des colorants anioniques (colorants métallifères et colorants acides) pour la laine.

Seuls les colorants dispersés n'ayant pratiquement pas d'affinité pour la laine ("réservant" la laine) ou facilement éliminables par lavage peuvent être utilisés pour la teinture des mélanges polyester/laine. En fait, les colorants dispersés ont tendance à tacher la laine et un dépouillement réducteur n'est pas toujours possible (des colorants à stabilité appropriée sont exigés).

Les mélanges polyester / laine sont habituellement teints conformément aux procédés discontinus suivants :

En raison des préoccupations de protection de l'environnement associées à l'utilisation des véhiculeurs (voir les sections 8.6.7 et 2.7.8.1), la première technique de teinture sera évitée si possible. A cet égard, des fibres aptes à la teinture sans véhiculeur sont également disponibles et peuvent être teintes à la température d'ébullition sans emploi de véhiculeurs (voir la section 4.6.2 pour de plus amples informations sur les fibres aptes à la teinture sans véhiculeur et la section 4.6.1 pour les véhiculeurs optimisés du point de vue environnemental).

En pratique, la méthode du procédé à bain unique est préférée, le procédé à deux bains est appliqué lorsque des nuances foncées et une haute solidité sont exigées. La matière textile est en premier lieu teinte avec des colorants dispersés. Un traitement réducteur intermédiaire peut être appliqué avant de teindre la partie laine. Dans les deux méthodes de teinture, après teinture, un post-traitement est appliqué pour éliminer tout colorant dispersé lié à la laine si le colorant utilisé pour la laine est en mesure de le tolérer. La matière textile est traitée à 60°C avec une solution faiblement acide d’amine gras ethoxylaté.

Mélanges polyamide / fibres cellulosiques

Etant donné que les fibres polyamide ont une affinité pour la plupart des colorants utilisés pour les fibres cellulosiques, différentes possibilités sont disponibles pour teindre ce mélange :

Les conditions d'application sont celles correspondant à chaque classe de colorant. Elles ont déjà été décrites dans les sections spécifiques.

Mélanges polyamide / laine

Des mélanges avec des compositions polyamide / laine variant de 20/80 à 60/40 sont utilisés. Ce dernier est particulièrement important dans le secteur des tapis. Des informations plus détaillées sont donc fournies dans la section spécifique consacrée à ce secteur (voir la section 2.14.5).

En ce qui concerne les informations générales relatives aux procédés de teinture adaptés à ce type de mélange, les deux fibres ont une affinité pour les colorants acides et les colorants métallifères 1:2. Toutefois, étant donné que le polyamide est plus accessible au colorant que la laine, il est teint plus foncé, en particulier dans le cas de nuances claires. Pour contrer cet effet, des agents d'unisson spéciaux (également appelés agents de réserve / blocage de polyamide) sont utilisés (principalement des sulfonates aromatiques). Ces produits auxiliaires ont une affinité relativement élevée pour la fibre de polyamide et retardent l'absorption du colorant dans cette fibre.

La teinture est réalisée en présence d'acide acétique et de sulfate de sodium. Etant donné la solidité limitée des colorants acides, des colorants métallifères 1:2 sont nécessaires pour les nuances foncées [186, Ullmann's, 2000] .

Mélanges acrylique / cellulose

Les mélanges polyacryliques / cellulose sont utilisés pour les textiles d'ameublement (rideaux et linge de table) et l'imitation de fourrure ("peluche" dans laquelle le poil est en fibres polyacrylique et où l'envers est en coton). Le pourcentage de polyacrylique dans les mélanges varie entre 30 et 80 %.

Le polyacrylique peut être teint avec des colorants cationiques ou dispersés tandis que les colorants directs, de cuve ou réactifs peuvent être utilisés pour la composante cellulosique.

Les méthodes suivantes sont celles le plus couramment utilisées pour teindre ce mélange :

Mélanges acrylique / laine

Parmi les fibres synthétiques, les fibres de polyacrylique sont les mieux adaptées pour obtenir des mélanges avec la laine qui conservent leur caractère laineux. C'est la raison pour laquelle ce mélange est largement utilisé, en particulier pour les articles tricotés et les textiles d'ameublement. La proportion de polyacrylique avec la laine varie de 20/80 à 80/20.

Les colorants métallifères, acides et réactifs sont les colorants habituellement utilisés pour la partie laine, tandis que le polyacrylique est teint avec des colorants cationiques.

Les colorants cationiques teignent la fibre de laine. En fait, les colorants cationiques se lient en premier à la laine et migrent ensuite vers la fibre de polyacrylique à température plus élevée. Même si des colorants à forte réserve sont choisis, la teinture doit être réalisée pendant une durée suffisamment longue (de 60 à 90 minutes) afin d'obtenir une bonne réserve de la laine [186, Ullmann's, 2000] .

Les mélanges polyacrylique / laine peuvent être teints par épuisement dans les conditions suivantes :

La première méthode permet des temps de teinture plus courts et une consommation d'eau plus faible. Toutefois, elle n'est pas toujours applicable parce que la présence simultanée dans le bain de colorant de composés anioniques et cationiques peut entraîner une précipitation des additifs sur la fibre. Cette précipitation peut être évitée en utilisant des agents de dispersion et en choisissant des colorants adéquats.

Lorsque l'on utilise la méthode d'un bain, deux phases, l'emploi d'agents de réserve n'est pas nécessaire. En fait, la laine absorbe le colorant cationique et le libère lentement en agissant comme produit retardateur (en exerçant un effet retardateur sur le polyacrylique).

2.7.8 Questions environnementales

Le tableau suivant présente un résumé des sources potentielles et des types d'émissions associées aux procédés de teinture.

Opérations

Sources d'émission

Type d'émission

Opérations dans la cuisine à couleur

Préparation du colorant

Discontinue, rejets aqueux peu concentrés à la fin de chaque lot (phase de nettoyage)

Préparation des produits auxiliaires

Discontinue, rejets aqueux peu concentrés à la fin de chaque lot (phase de nettoyage)

Distribution des colorants et produits auxiliaires (manuelle)

Pollution indirecte due à un dosage incorrect (reprises de teinture, etc.) et à des incidents lors manutention des produits chimiques (renversements…)

Distribution des colorants et produits auxiliaires (automatique)

Pas d'émission sous réserve que le système soit régulièrement étalonné et que sa précision soit vérifiée

Teinture en discontinu

Teinture

Discontinue, rejet aqueux peu concentrés à la fin de chaque cycle

Opérations de lavage et rinçage après teinture

Discontinue, rejet aqueux peu concentrés à la fin de chaque cycle

Nettoyage du matériel

Discontinue, rejet aqueux peu concentrés

Teinture à la continu et en semi-continu

Application du colorant

Pas de rejets à moins que le bain de colorant ne soit vidangé

Fixation par vapeur ou chaleur sèche

Emission continue dans l'air (en général peu significative, sauf dans des situations spécifiques telles que, par exemple, le procédé de thermosolage, le séchage des étoffes teintes avec véhiculeurs, etc.)

Opérations de lavage et rinçage après teinture

Continue, rejets aqueux peu concentrés

Vidange des bacholles et des cuves d'alimentation

Discontinue, rejets aqueux concentrés à la fin de chaque lot

Nettoyage du matériel

Discontinue, rejet aqueux peu concentrés (ils peuvent contenir des substances dangereuses quand des agents de réduction et de l'hypochlorite sont appliqués)

Tableau 2.11 : Aperçu des émissions générées par les procédés de teinture

Comme l'indique le tableau, la plupart des émissions sont des rejets aqueux. En raison du caractère peu volatil des substances contenues dans le bain de teinture, les émissions dans l'air sont, en général, peu importantes et peuvent être considérées plutôt comme des problèmes  d’air ambiant sur le lieu de travail (émissions fugaces lors du dosage / distribution des produits chimiques et des procédés de teinture en machines "ouvertes"). Quelques exceptions peu nombreuses comprennent le procédé de thermosolage, la teinture pigmentaire et les procédés de teinture dans lesquels on utilise des véhiculeurs. Dans la teinture pigmentaire, le support n'est pas lavé après l'application du pigment et, en conséquence, les polluants sont rejetés en quantité dans l'air pendant le séchage. Les émissions des véhiculeurs peuvent avoir lieu dans l'air et dans l'eau.

Les questions environnementales relatives aux substances employées seront abordées dans la première partie de la présentation suivante, tandis que la deuxième partie traitera des questions environnementales relatives au procédé.

2.7.8.1 Questions environnementales relatives aux substances utilisées

Les substances polluantes pour l'eau dans les émissions citées précédemment peuvent provenir :

Colorants

Les bains de teinture épuisés (teinture en discontinu), les bains de teinture résiduels et l'eau provenant des opérations de lavage contiennent toujours un certain pourcentage de colorant non fixé. Les taux de fixation varient considérablement entre les différentes classes de colorants et ils peuvent être particulièrement faibles pour les colorants réactifs (dans le cas du coton) et pour les colorants au soufre. En outre, de grandes variations existent même au sein d'une classe donnée de colorants. Ceci est particulièrement significatif dans le cas des colorants réactifs. Des taux de fixation de plus de 60 % ne peuvent être obtenus, par exemple, dans le cas des colorants réactifs au phtalocyanine de cuivre (parfois de nickel) spécialement utilisés pour les nuances vert turquoise et quelques nuances bleu marine. Au contraire, les colorants bi-réactifs peuvent donner des taux de fixation extrêmement élevés (voir les sections 4.6.10 et 4.6.11).

Le degré de fixation d'un colorant varie selon le type de fibre, la nuance et les paramètres de teinture. En conséquence, les valeurs des taux de fixation ne peuvent être données qu'approximativement. Toutefois, elles sont utiles pour donner une idée de la quantité de colorants non fixés que l'on peut trouver dans les eaux résiduaires. Des informations sur les pourcentages de colorant non fixé provenant de différents auteurs apparaissent dans le tableau ci-dessous.

Colorants

EPA

OCDE

ATV

Bayer (1)

Euratex

Espagne

Colorants acides :

  • pour la laine
  • pour le polyamide

10
20

} 7 à 20

} 7 à 20

-

} 5 à 15

5 à 15

Colorants basiques

1

2 à 3

2 à 3

2

-

0 à 2

Colorants directs

30

5 à 20

5 à 30

10

5 à 35

5 à 20

Colorants dispersés :

  • pour l'acétate
  • pour le polyester (1 bar)
  • pour le polyester (HT)

25
15
5

} 8 à 20

} 8 à 20

}5

} 1 à 15

} 0 à 10

Colorants azoïques

25

5 à 10

5 à 10

-

10 à 25

10 à 25

Colorants réactifs (2)

  • pour le coton
  • pour la laine

} 50 à 60

} 20 à 50

} 5 à 50

} 5 à 50

20 à 45
3 à 10

} 10 à 35

Colorants métallifères

10

2 à 5

2 à 5

5

2 à 15

5 à 15

Colorants au chrome

-

-

1 à 2

-

-

5 à 10

Colorants de cuve

25

5 à 20

5 à 20

-

5 à 30

5 à 30

Colorants au soufre

25

30 à 40

30 à 40

-

10 à 40

15 à 40

Source : [11, EPA US, 1995], [77, EURATEX, 2000] et [293, Espagne, 2002]

EPA : Agence de protection de l'environnement des Etats-Unis
OCDE : Organisation de coopération et développement économiques
ATV : Abwasser Technische Vereinigung (Association technique des eaux résiduaires)

Notes :
(1)
à présent Dystar (comprenant BASF)
(2) De nouveaux colorants réactifs avec des taux de fixation plus élevés sont à présent disponibles (voir les sections 4.6.10 et 4.6.11)

Tableau 2.12 : Pourcentage de colorant non fixé pouvant être rejeté dans les effluents pour les principales classes de colorant

Comme indiqué auparavant, un pourcentage de colorant utilisé dans le procédé se retrouve dans les eaux résiduaires en raison d'une fixation incomplète.

Les colorants ne sont pas biodégradables dans des conditions oxydantes bien que certains d'entre-eux puissent se dégrader dans d'autres conditions (par exemple, les colorants azoïques peuvent faire l'objet de clivages dans des conditions anoxies et anaérobies). Les molécules de colorants moins solubles dans l'eau (par exemple, les colorants dispersés, de cuve, au soufre, certains colorants directs et les pigments) peuvent être en grande partie éliminés biologiquement des eaux résiduaires par coagulation / précipitation ou absorption / adsorption sur les boues activées. La quantité de boues activées dans l'unité de traitement des eaux et la quantité de colorant à éliminer constituent les facteurs clés pour déterminer l'efficacité de l'élimination d'un colorant de l'effluent.

Un autre facteur dont il faut tenir compte est la force colorante du colorant. Par exemple, avec les colorants réactifs, une plus petite quantité de colorant est nécessaire pour obtenir une nuance donnée en comparaison d'autres catégories de colorants (par exemple, les colorants directs, de cuve et au soufre). Il en résulte qu'une quantité plus faible de colorant devra être éliminée des eaux résiduaires.

Les colorants qui sont très peu bio-éliminables (à moins qu'ils ne soient soumis à des techniques de traitement destructif) passeront à travers l'unité de traitement biologique des eaux résiduaires et resteront dans l'effluent évacué. Le premier effet que l'on peut observer dans le milieu récepteur est la coloration. De fortes doses de couleur non seulement ont un impact esthétique, mais elles peuvent également interrompre la photosynthèse et affecter ainsi la vie aquatique. D'autres effets ont trait à la teneur organique du colorant (normalement exprimée en DCO ou DBO, mais qui pourraient être mieux exprimés en tant que carbone organique en utilisant comme paramètres COT ou COD), sa toxicité aquatique et la présence dans la molécule de métaux ou d'halogènes qui peuvent entraîner des émissions d'AOX.

Ces questions sont abordées avec plus de détails pour chaque classe de colorant dans la section 9. Seules quelques questions clés générales sont examinées dans la présente section.

Emissions d'AOX

Les colorants de cuve, dispersés et réactifs sont les plus susceptibles de contenir des halogènes dans leur molécule.

La teneur en halogène organiquement fixé peut atteindre 12 % en poids pour certains colorants de cuve. Les colorants de cuve, toutefois, montrent habituellement un très haut degré de fixation. En outre, ils sont insolubles dans l'eau et la partie présente dans les rejets peut être éliminée très efficacement dans la station d'épuration des eaux résiduaires par absorption sur les boues activées.

Au contraire, les colorants réactifs peuvent avoir des degrés de fixation faibles (le niveau de fixation le plus bas est observé avec les phtalocyanines en teinture par épuisement) et leur élimination des eaux résiduaires est difficile en raison de leur faible biodégradabilité et / ou du faible niveau d'absorption du colorant sur les boues activées pendant le traitement. L'halogène dans les groupes réactifs MCT (monochlorotriazines) est converti en chlorure inoffensif pendant le procédé de teinture. Pour calculer la charge des eaux résiduaires, on prend comme hypothèse par conséquent, que les groupes réactifs MCT réagissent complètement par fixation ou par hydrolyse de sorte qu'ils ne contribuent pas aux émissions d'AOX. Toutefois, de nombreux colorants réactifs polyhalogénés couramment utilisés, tels que le DCT (dichlorotriazine), le DFCP (difluorochloropyrimidine) et le TCP (trichloropyrimidine) contiennent des halogènes organiquement fixés même après fixation et hydrolyse. Les halogènes fixés se trouvent dans les rejets concentrés en colorants (foulard, cuisine) et dans les bains de colorant non épuisés qui peuvent encore contenir des colorants n’ayant pas réagis.

Pour les autres catégories de colorants, la question des AOX ne se pose pas car, à part quelques exceptions, la teneur en halogène se situe habituellement au-dessous de 0,1 %.

PARCOM 97/1 recommande des limites strictes pour les AOX. Des limites encore plus strictes ont été fixées par l'Ecolabel européen et la législation allemande. Des recherches systématiques des AOX dans les effluents textiles ont été réalisées, mais la teneur en AOX en tant qu'indicateur demeure une question sujette à discussion.

Les colorants contenant des halogènes organiquement fixés (sauf le fluor) sont mesurés comme AOX. La seule manière de limiter les AOX dans les rejets de teinture consiste à sélectionner les colorants, optimiser les taux de fixation des colorants ou à traiter l'effluent résultant par décoloration. La décoloration de l'effluent peut être obtenue par l'usage de techniques destructives, telles que l'oxydation par des radicaux libres, ou non destructives (par exemple, coagulation, adsorption).

Toutefois, il convient de noter que les AOX provenant des colorants n'ont pas le même effet que les AOX provenant de réactions de produits chlorés (réaction haloforme, en particulier) découlant de procédés textile tels que le blanchiment, les traitements infeutrables de la laine, etc.

Les colorants ne sont pas des composés biodégradables et les halogènes dans leur molécule ne devraient pas donner lieu à une réaction haloforme (principale cause de l'AOX nocif).

A cet égard, il est intéressant de considérer que PARCOM 97/1 ne fixe pas de valeur limite de rejets d’AOX, mais qu'elle fait plutôt une discrimination entre l'AOX nocif et l'AOX inoffensif  [50, OSPAR, 1997] .

Emission de métaux lourds

Des métaux peuvent être présents dans les colorants pour deux raisons. En premier lieu, les métaux sont utilisés comme catalyseurs pendant la fabrication de certains colorants et peuvent se présenter sous forme d'impuretés. En deuxième lieu, dans certains colorants, le métal est chélaté avec la molécule du colorant en formant un complexe métallifère.

Les fabricants de colorants font à présent de plus grands efforts pour réduire la quantité de métaux présents en tant qu'impuretés. Ceci peut se faire par sélection des produits de départ, l'élimination des métaux lourds et le remplacement du solvant pendant la réaction.

L'ETAD a fixé des limites pour la teneur en métaux lourds des colorants. Les valeurs fixées assurent que des niveaux d'émission pour une teinture à 2 % et une dilution totale du colorant de 1:2500 respecteront les prescriptions connues pour les eaux résiduaires [64, BASF, 1994] .

Les métaux liés les plus couramment rencontrés dans les colorants sont le cuivre et le nickel dans les groupes de phtalocyanine, le cuivre dans les colorants réactifs complexes azoïques à base de cuivre et le chrome dans les colorants métallifères utilisés pour la laine, la soie et le polyamide. La quantité totale de colorants contenant des métaux utilisés est en baisse, mais il existe encore certains domaines (certaines nuances tels que les verts, certains niveaux de solidité à la lumière) pour lesquels les colorants de type phtalocyanine, par exemple, ne peuvent pas être facilement remplacés.

La présence de métaux dans ces colorants métallifères peut être considéré comme un problème moins important que la présence d'impuretés de métaux libres. Sous réserve que des niveaux élevés d'épuisement et de fixation soient obtenus et que des mesures soient prises pour minimiser les pertes lors des manipulations, pesée, nettoyage de tambour, etc., seule une petite quantité de colorant non consommée devrait finir dans les eaux résiduaires. En outre, étant donné que le métal fait partie intégrante de la molécule du colorant qui est elle-même non biodégradable, il n'y a qu'un très faible risque pour qu'il devienne bio-disponible.

Il est également important de tenir compte des méthodes de traitement, telles que filtration et adsorption sur boues activées qui éliminent le colorant des eaux résiduaires, réduisent presque proportionnellement la quantité de métal lié dans l'effluent final. Inversement, d'autres méthodes, telles que l'oxydation avancée, peuvent libérer le métal.

Toxicité

Les colorants qui ont une toxicité aquatique et/ou des effets allergéniques sont soulignés dans la section 9. Il est également important de signaler ici qu'environ 60 % à 70 % des colorants utilisés à l'heure actuelle sont des colorants azoïques [77, EURATEX, 2000] . Dans des conditions de réduction, ces colorants peuvent produire des amines et certaines d'entre elles sont cancérigènes. Une liste des amines cancérigènes qui peuvent se former par clivage de certains colorants azoïques figure au tableau 2.13.

1

4-amino-diphényle

2

Benzidine

3

4 chloro-o-toluidine

4

2 naphthylamine

5

o-amino-azo-toluène

6

2-amino-4-nitrotoluène

7

p-chloro-aniline

8

2,4-di-amino-anisol

9

4,4´-di-amino-diphényl-méthane

10

3,3´-di-chlorobenzidine

11

3,3´-di-méthoxybenzidine

12

3,3´-di-méthylbenzidine

13

3,3´-di-methyl-4,4´-di-amino-diphényl-méthane

14

p-crésidine

15

4,4´-méthylène-bis-(2-chloraniline)

16

4,4´-oxydianiline

17

4,4´-thio-dianiline

18

o-toluydine

19

2,4-di-amino-toluène

20

2,4,5-tri-méthyl-aniline

21

4-amino-azo-benzène

22

o-anisidine

Tableau 2.13 : Liste des amines cancérigènes et potentiellement cancérigènes

L'utilisation de colorants azoïques qui peuvent subir un clivage en l'une des 22 amines aromatiques potentiellement cancérigènes énumérées dans la liste ci-dessus est interdite par le 19ème amendement de la directive 76/769/GTE sur les substances dangereuses.

Toutefois, plus de 100 colorants ayant un potentiel pour former des amines cancérigènes sont encore disponibles sur le marché [77, EURATEX, 2000] .

Produits auxiliaires contenus dans les recettes de teinture

Selon la catégorie de colorants et la méthode d'application qu'on utilise (par exemple, teinture en discontinu ou à la continu, impression), des additifs différents sont présents dans les formulations de colorants. Etant donné que ces substances ne sont pas absorbées ou fixées par les fibres, elles sont évacuées en totalité dans les eaux résiduaires. Des additifs types figurent dans la liste du tableau ci-dessous :

Additif

Composition chimique

DCO

mg O2/kg

DBO5

mg O2/kg

élimination COT (1)

Dispersants

  • sulfonates de lignine
  • produits de condensation des sulfonates de naphtalène avec du formaldéhyde
  • Copolymères d'oxyde d'éthylène /oxyde de propylène

1 200

650

50

50

15 %

15 %

Sels

Sulfate de sodium, chlorure de sodium

     

Agents liant pour les poudres

Huiles minérales ou paraffine (+ additifs)

     

Agents anti-mousse

Glycols d'acétyl

     

Agents antigel

  • Glycérine
  • Glycols

1 200

1 600

780

10

90 %

95 %

Epaississants

  • Carboxy methyl cellulose
  • Polyacrylates

1 000

0

30 %

Systèmes tampons

Phosphate, acétate

     

Source [18, VITO, 1998]

Notes:
(1) Essai d'élimination statistique (Test Zahn-Tellens)

Les cases vierges signifient qu'il n'y a pas de données disponibles

Tableau 2.14 : Paramètres environnementaux des additifs dans les recettes de teinture

Ces additifs ne sont pas toxiques pour la vie aquatique, ils sont en général très peu biodégradables et ne sont pas facilement bio-éliminables. Ceci s'applique en particulier aux dispersants présents dans les formulations de colorants de cuve, dispersés et au soufre. Ces colorants sont non-solubles dans l'eau et ont besoin de ces produits auxiliaires spéciaux pour être appliqués sur le textile sous forme de dispersions aqueuses. Ces dispersants consistent principalement en des produits de condensation de sulfonates de naphtalène - formaldéhyde et de sulfonates de lignine, mais des produits de sulfo-méthylation dérivés de la condensation des phénols avec le formaldéhyde et le sulfite de sodium peuvent également être présents. Parmi les autres additifs qui ne sont pas rapidement éliminables, on compte les épaississants à base d'acrylate et de CMC et les agents anti-mousse.

La différence entre les formulations liquides et en poudre doit également être mentionnée. Les colorants fournis sous forme liquide ne contiennent qu'un tiers de la quantité d'agent dispersant normalement contenu dans les colorants en poudre (voir le tableau 2.15). La raison de cette différence réside dans le procédé de fabrication des colorants en poudre : les très petites particules générées pendant le broyage doivent être protégées pendant le procédé ultérieur de séchage et cela n'est possible qu'en ajoutant de fortes proportions d'agents dispersants.

Composant de la formulation de colorant

Formulation en poudre

Formulation liquide

Colorant

30 à 50 %

20 à 40 %

Dispersant

40 à 60 %

10 à 30 %

Sel

0 à 20 %

-

Agents liants de la poudre

0 à 5 %

-

Agents anti-mousse

0 à 5 %

0 à 5 %

Agent antigel

-

10 à 15 %

Epaississant

-

0 à 5 %

Eau

5 à 10 %

40 à 60 %

Source [18, VITO, 1998]

Tableau 2.15 : Proportion d'additifs et de colorants dans les formulations de colorants en poudre et liquides

A noter que les formulations liquides sont soit des dispersions soit des solutions vraies (solutions ne contenant pas de produits solubilisants), tandis que les poudres peuvent être livrées sous forme libres, plus ou moins pulvérulente, compactes ou granulés.

Produits chimiques de base et produits auxiliaires utilisés dans le procédé de teinture

En ce qui concerne les préoccupations environnementales associées aux produits chimiques et produits auxiliaires utilisés dans les procédés de teinture, il convient de mentionner les questions clés suivantes :

Agents de réduction contenant du soufre

Les eaux résiduaires de teinture en colorants au soufre contiennent des sulfures utilisés dans le procédé comme agents de réduction. Dans certains cas, le sulfure est déjà contenu dans la formulation du colorant et dans quelques autres, il est ajouté au bain de colorant avant teinture. En définitive, toutefois, l'excédent de sulfure finit dans les eaux résiduaires. Les sulfures sont toxiques pour les organismes aquatiques et contribuent à l'augmentation de la charge en DCO. En outre, les anions sulfures sont convertis en sulfure d'hydrogène dans des conditions acides, ce faisant, ils soulèvent des problèmes d'odeur et de corrosivité.

L'hydrosulfite de sodium (également appelé dithionite de sodium) est un autre agent de réduction qui contient du soufre et est couramment utilisé non seulement dans les procédés de teinture en colorant de cuve et au soufre, mais également comme agent de réduction lors du dépouillement des teintures du polyester. L'hydrosulfite de sodium est moins problématique que le sulfure de sodium (toxique pour les poissons et les bactéries) et, dans certains cas, il est ensuite oxydé en sulfate.

Dans les unités de traitement des eaux résiduaires, le sulfite est normalement oxydé en sulfate, mais cela peut encore causer des problèmes. En fait, le sulfate peut entraîner la corrosion des canalisations en béton ou peut être réduit dans des conditions anaérobies en sulfure d'hydrogène.

L'hydroxyacétone, bien qu'il entraîne une augmentation de la charge en DCO, est recommandé afin d'abaisser la teneur en soufre des eaux résiduaires, mais il ne peut pas remplacer l'hydrosulfite dans toutes les applications. De nouveaux agents de réduction organiques ayant des effets réducteurs améliorés ont été développés (voir la section 4.6.5 et la section 4.6.6 pour de plus amples détails).

Il convient de tenir compte également de la consommation d'agent de réduction par l'oxygène présent dans la machine (machines de teinture partiellement remplies d’eau). Au lieu de n'appliquer que la quantité d'agent de réduction nécessaire pour la réduction du colorant, une quantité supplémentaire significative d'agent de réduction doit souvent être ajoutée pour compenser la quantité consommée par l'oxygène contenu dans l’air de la machine. Ceci augmente de toute évidence la demande en oxygène de l'effluent.

Agents oxydants

Le dichromate ne devrait plus être utilisé en Europe en qualité d'agent oxydant lors de la teinture avec des colorants de cuve et au soufre, mais il est encore largement utilisé pour la fixation des colorants au chrome dans la teinture de la laine. Le chrome (III) fait preuve d'une faible toxicité tandis que le chrome (VI) est grandement toxique et il a été démontré qu'il était cancérigène chez les animaux. Pendant les procédés de teinture avec des colorants au chrome, le chrome (VI) est réduit en chrome (III) si le procédé est bien contrôlé. Toutefois, des émissions de chrome (VI) peuvent encore se produire suite à une manutention inadéquate du dichromate pendant la préparation du colorant (il convient de faire attention, car le dichromate est cancérigène et peut provoquer des problèmes de santé pour les ouvriers qui le manipulent). Les émissions de chrome trivalent dans les eaux résiduaires peuvent être minimisées (voir la section 4.6.15), mais elles ne peuvent être évitées à moins que des colorants de substitution ne soient appliqués (voir la section 4.6.16).

L'utilisation de bromate, d'iodate et de chlorite comme agents oxydants dans les procédés de teinture en colorants de cuve et au soufre et l'emploi de l'hypochlorite comme agent de démontage pour la décoloration d'articles défectueux ou pour le nettoyage des machines de teinture (par exemple, avant la teinture ultérieure de nuances plus claires) peuvent provoquer des émissions d'AOX. Toutefois, seuls l'hypochlorite et les composés contenant du chlore (par exemple, certains produits dérivés du chlorite qui contiennent du Cl2 ou utilisent du chlore comme activateur de la formation de dioxyde de chlore gazeux) sont susceptibles de produire des AOX dangereux.

Sel

Différents types de sels sont utilisés dans les procédés de teinture à des fins différentes (par exemple, pour favoriser l’unisson ou augmenter l'épuisement du colorant). En particulier, de grandes quantités de sel sont utilisées dans les procédés de teinture du coton par épuisement avec des colorants réactifs. La quantité de sel utilisée est plus importante qu’avec d'autres classes de colorants, par exemple les colorants directs (tableau 2.16) et des efforts ont été faits par les fabricants de colorants pour résoudre ce problème (voir la section 4.6.11).

Nuance

Concentration en colorant (par rapport au poids de la fibre)

Quantité de sel appliquée avec les colorants directs

Quantité de sel appliquée avec les colorants réactifs

Pastel / claire

<1,5 %

2,5 à 7,5 g/l

30 à 60 g/l

Moyenne

1,0 - 2,5 %

7,5 à 12,5 g/l

70 à 80 g/l

Foncée

>2,5 %

12,5 à 20 g/l

80 à 100 g/l

Source [11, US EPA, 1995]

Tableau 2.16 : Quantité de sel utilisée en teinture par épuisement du coton avec des colorants directs et réactifs

Outre l'emploi du sel, la neutralisation des alcalis et acides couramment utilisés produit des sels comme sous-produits.

Les sels ne sont pas éliminés dans les systèmes traditionnels de traitement des eaux résiduaires et, en conséquence, ils sont finalement évacués dans le milieu récepteur. Bien que la toxicité des sels couramment employés soit très faible pour le milieu aquatique et les mammifères, dans les régions arides ou semi-arides, leur utilisation à grande échelle peut produire des concentrations supérieures à la limite toxique et augmenter la salinité des nappes phréatiques.

Des pays ont fixé des limites d'émission à 2 000 ppm ou au-dessous. Il convient également de tenir compte des normes de qualité des rivières.

Véhiculeurs

L'emploi de ces produits auxiliaires qui étaient largement utilisés dans le passé a diminué à présent en raison de problèmes écologiques et sanitaires. Ils constituent toujours un problème dans la teinture du polyester en mélange avec la laine.

Des véhiculeurs peuvent déjà être ajoutés aux colorants par les fabricants. Dans ce cas, les ennoblisseurs de textiles n'auront que peu de connaissance des charges rejetées ( [4, Tebodin, 1991] et [61, L. Bettens, 1999] ).

Les véhiculeurs (voir la section 8.6.7) comprennent un large groupe de composés organiques dont un grand nombre sont entraînés par la vapeur, très peu dégradables et toxiques pour les êtres humains et la vie aquatique. Toutefois, étant donné que les substances actives ont habituellement une forte affinité pour la fibre (type hydrophobe), 75 à 90 % sont absorbés par le textile et seuls les émulsifiants et les véhiculeurs de type hydrophile tels que les phénols et les dérivés des benzoates se retrouvent dans les eaux résiduaires. Les véhiculeurs qui restent sur la fibre après teinture et lavage se volatilisent partiellement pendant le séchage et les opérations de fixage thermique et peuvent donner lieu à des émissions dans l'air. Des traces peuvent encore se trouver dans le produit fini, ce qui représente un risque potentiel pour le consommateur.

Des options alternatives sont décrites dans les sections 4.6.1 et 4.6.2.

Produits auxiliaires divers ayant un impact sur l'environnement

Les autres substances que l'on peut rencontrer dans les produits auxiliaires de teinture et qui peuvent donner lieu à une pollution de l'eau sont :

*Agents complexants

Ce sont des composés solubles dans l'eau difficilement biodégradables qui peuvent passer sans transformation ou en n’étant que partiellement dégradés à travers les systèmes de traitement des eaux résiduaires.

En outre, certains d'entre eux sont toxiques (par exemple, les amines quaternaires) ou peuvent produire des métabolites qui peuvent affecter la reproduction dans le milieu aquatique (APEO).

2.7.8.2 Questions environnementales ayant trait aux procédés

La consommation d'eau et d'énergie dans les opérations de teinture est fonction de la technique de teinture, des procédés et des machines utilisées.

Les procédés de teinture en discontinu conduisent en général à des consommations d'eau et d'énergie plus élevées que les procédés continus. Ceci est dû à plusieurs facteurs.

Les rapports de bain utilisés dans la teinture par épuisement représentent l'un de ces facteurs. Comme mentionné auparavant à la section 2.7.2, des rapports de bain plus élevés signifient non seulement de plus fortes consommations d'eau et d'énergie, mais également une consommation plus importante de produits chimiques et des produits auxiliaires dosés en fonction du volume du bain.

En cohérence avec la qualité des différents types de supports, tous les fabricants de matériels peuvent à présent offrir des machines avec des rapports de bain réduits. Des expressions telles que "rapport de bain court" et "rapport de bain ultra court" sont à présent couramment utilisés pour définir le rendement et les caractéristiques des machines récentes.

Pour teindre l'étoffe sous forme de boyau, des valeurs nominales de référence pour les "machines à rapport de bain court" se situent dans la plage de 1:5 à 1:8 pour le coton et, respectivement 1:3 à 1:4 pour le polyester. Le rapport de bain peut être plus élevé pour d'autres types de supports / fibres.

L'expression “Rapport de bain ultra court" est utilisée pour définir des machines qui peuvent fonctionner avec des rapports de bain aussi faibles que le volume minimal exigé pour mouiller complètement le support et éviter les cavitations des pompes. Cette expression ne s'applique qu'aux machines de teinture d'étoffe en boyau.

Il est important de montrer la différence entre le rapport de bain nominal et réel. Comme indiqué auparavant à la section 2.7.2, le rapport de bain nominal est le rapport de bain auquel une machine peut fonctionner quand elle est chargée à sa capacité maximale. Il arrive souvent que la machine soit sous-chargée par rapport à sa capacité nominale. Ceci a souvent lieu chez les façonniers où une haute flexibilité de production est exigée afin de traiter des lots de tailles variables à la demande du client. Les machines récentes peuvent encore fonctionner avec un rapport de bain approximativement constant quand elles sont chargées jusqu’à 60 % de leur capacité nominale (ou même 30 % de leur capacité nominale avec les machines de teinture sur fil – voir la section 4.6.19). De cette façon, on peut garder les avantages des rapports de bain courts même avec une charge réduite. Il est évident, toutefois, que lorsque la machine est chargée très au-dessous de sa capacité nominale (par exemple, en-dessous de 60 % de sa capacité nominale pour les machines de teinture d'étoffe), le rapport de bain réel différera grandement du rapport de bain nominal. Il en résultera non seulement des bilans environnementaux plus défavorables (plus fortes consommations d'eau, d'énergie et de produits chimiques), mais également des coûts d'exploitation plus élevés.

En conclusion, l'emploi de machines à faible rapport de bain ou le choix de la machine la mieux adaptée pour la dimension du lot à traiter est fondamental en ce qui concerne le bilan environnemental du procédé qui en résulte.

Ceci dit, les consommations élevées d'eau et d'énergie dans la teinture par épuisement ne sont pas seulement le résultat de rapports de bain élevés.

Un autre facteur dont il faut tenir compte est la nature discontinue du mode opératoire de  la teinture par épuisement, en particulier en ce qui concerne les opérations telles que le refroidissement, le chauffage, le lavage et le rinçage.

En outre, la conformité des nuances peut être responsable de consommations plus élevées d'eau et d'énergie, en particulier lorsque la teinture est effectuée sans recours à des instruments de laboratoire. Dans un mode de fonctionnement manuel, la plus grande partie du colorant est normalement appliqué au cours de la première phase afin d'obtenir une nuance estimée "à l’œil" qui soit proche de celle demandée pour le produit fini. Il s'ensuit un certain nombre d'opérations de corrections pendant lesquelles de petites quantités de colorant sont appliquées pour obtenir la nuance finale. Les nuances difficiles à assortir peuvent exiger des additions de colorants répétées avec refroidissement et réchauffage entre chaque addition [32, ENco, 2001] .

L'augmentation des consommations d'eau et d'énergie peut également être causée par des techniques de manipulation inadéquates et/ou des systèmes de contrôle de procédé peu performants. Par exemple, dans certains cas, des débordements peuvent se produire pendant l'immersion de la matière dans la machine, lorsque celles-ci ne sont équipées que de vannes de commande manuelle qui ne contrôlent pas correctement le niveau de bain et la température (voir également la section 4.1.4).

Les procédés de teinture à la continu et en semi-continu consomment moins d'eau, mais cela signifie également une concentration plus élevée de colorant dans le bain d’imprégnation. En teinture en discontinu, la concentration de colorant varie de 0,1 à 1 g/l, tandis que dans le procédé de teinture continue, ce chiffre se situe dans la plage de 10 à 100 g/l. La solution de foulardage résiduelle dans les foulards, pompes et canalisations doit être jetée lorsqu'une nouvelle couleur commence. Le rejet de cet effluent concentré peut entraîner une charge de pollution plus élevée qu’en teinture discontinue, en particulier lors du traitement de petits lots de textiles. Toutefois, les unités de teinture à la continu récentes se sont continuellement améliorées au cours des dernières années. L'emploi de canalisations et de pompes de taille réduite ainsi que de bacholles de fouladarge à faibles volumes ont permis de réduire la quantité de solution concentrée à évacuer. En outre, il est possible de minimiser l'évacuation du surplus en utilisant des systèmes de dosage automatisés qui mesurent les ingrédients de la solution de colorant et distribuent la quantité exacte nécessaire (voir également les sections 4.1.3 et 4.6.7 en ce qui concerne des informations plus détaillées au sujet des améliorations récentes).

Dans les procédés de teinture tant à la continu qu'en discontinu, les opérations de lavage et de rinçage finaux sont des phases à forte consommation d'eau dont il faut tenir compte. Les opérations de lavage et de rinçage consomment en fait de plus grandes quantités d'eau que la teinture elle-même (voir les sections 4.9.1 et 4.9.2 pour les techniques d'économie d'eau et d'énergie dans les traitements à la continu et en discontinu et les sections 4.1.4 et 4.6.19 pour l'optimisation du matériel dans le procédé en discontinu).