Un nouveau concept pour la production durable de denim

L'épuisement des ressources naturelles afin d'assurer un niveau de vie adéquat à la population croissante de la planète est devenu un problème urgent. Rapports de Miguel Sanchez

Dans le monde hautement connecté d'aujourd'hui, l'effet d'un manque de denrées alimentaires et d'eau sur les régions pauvres est évident pour tous, et la nécessité correspondante de réduire l'impact des infrastructures de fabrication, de distribution et de consommation d'aujourd'hui est devenue évidente.

Pourtant, une demande accrue de biens et de services ne peut être satisfaite qu'en augmentant la production, ce qui nécessite à son tour de nouvelles infrastructures, de nouveaux systèmes de transport et de nouvelles terres pour se développer. Cela suggère à son tour des apports plus élevés de toutes les matières premières, y compris les minéraux, les combustibles, le bois, les fibres, les aliments et l'eau.

Bien que vivant sur la "planète bleue", l'eau, en tant qu'élément de base de la vie, est fondamentalement une ressource non renouvelable et sa disponibilité est déjà rare dans certaines régions du monde, comme le montrent les données bien connues ci-dessous (Fig. 1).

Toutes nos activités, y compris la production, dépendent largement de cette quantité relativement faible d'eau disponible.

Industrie textile de l'eau

L'industrie textile d'aujourd'hui nécessite de grandes quantités d'eau : dans certaines étapes du processus de conversion d'une fibre en un article final, l'eau est nécessaire pour dissoudre et appliquer des produits chimiques, et éventuellement pour éliminer ceux qui ne sont pas fixés ou qui ne sont pas nécessaires pour les traitements ultérieurs. En ce sens, les opérations de prétraitement, de teinture et de finissage des fibres et tissus sont critiques. La Banque mondiale1 estime que 20 % de la pollution industrielle provient spécifiquement de ces trois processus.

L'eau nécessaire pour chaque type d'article dépend fortement du nombre d'étapes nécessaires à sa production. National Geographic2 a fait une estimation des litres nécessaires pour l'ensemble du traitement des articles courants utilisés au quotidien, y compris certains textiles de base - depuis l'obtention de la fibre jusqu'au point où l'article est prêt pour l'utilisation finale et a présenté ses conclusions de manière très graphique ( figure 2).

Le denim est au sommet de la pyramide des textiles consommateurs d'eau, avec un volume total de 2 900 gallons (environ 11 000 litres) par paire de jeans nécessaire.

L'industrie du jean

Le coton est la fibre la plus basique pour la production de denim, même si d'autres fibres synthétiques peuvent être utilisées avec lui pour certains looks et effets. Dans le volume mentionné précédemment de 11 000 litres requis pour la production d'une paire de jeans, on estime que 40 à 50 % sont nécessaires à la croissance de la plante. Cela laisse plus de 5 000 litres d'eau utilisés pour les étapes de fabrication, du filage des fibres aux traitements finaux du vêtement et à la finition2.

Certaines bonnes alternatives pour obtenir du coton avec le moins d'utilisation de ressources, dont BCI (Best Cotton Initiative), l'utilisation de fibres recyclées ou la mise en œuvre de fibres artificielles à partir de polymères naturels, sont de plus en plus acceptées par les marques de denim et les consommateurs finaux. Il en va de même avec les méthodes d'obtention des effets finaux qui rendent les jeans si spéciaux. Ainsi, l'utilisation d'une nouvelle génération d'enzymes astucieuses remplace les techniques traditionnelles de lavage à la pierre ou au sablage. Dans le même temps, des traitements à l'ozone et aux faisceaux laser sont utilisés à la place de produits chimiques comme l'hypochlorite de sodium ou le permanganate de potassium pour réaliser à la fois des économies d'eau et éviter la contamination des effluents par des produits chimiques dangereux2.

Néanmoins, la coloration des fils de chaîne dans la production de denim, cruciale pour obtenir les effets de profondeur, de coulée et de contraste final souhaités, repose encore principalement sur des technologies de teinture traditionnelles impliquant l'utilisation d'Indigo et de produits chimiques associés tels que l'hydrosulfite de sodium. Comme le montrent les analyses pratiques menées par Clariant dans de nombreux pays différents, le volume total d'eau nécessaire pour la teinture et l'élimination des colorants non fixés nécessite des volumes d'eau compris entre 15 et 25 l/kg de colorants CO chaîne dans une gamme slasher denim. [Saut de page]

Teinture chaîne indigo

La chaîne du tissu denim utilisé dans les jeans est généralement teinte dans de larges gammes où les bouts de coton sont présentés à la machine soit en cordes (12, 24, 36 groupes de 400-450 fils courants) soit en slasher (largeur ouverte, avec chaque extrémité parallèle au reste pour former le faisceau de tissage final, avec 3 800 à 4 200 fils).

Dans un processus d'application normal pour le denim bleu, les extrémités sont pré-humidifiées dans une première boîte avec une solution contenant normalement un alcali, un tensioactif et un agent dispersant. Le tissu passe ensuite à une série de boîtes pour laver les impuretés saponifiées.

Les extrémités entrent ensuite dans une série de boîtes contenant l'Indigo. L'indigo est un colorant unique en raison de ses performances de teinture particulières, de sa capacité à obtenir des effets de teinture en anneau et des couleurs et effets spéciaux qui peuvent être obtenus par des traitements mécaniques ou chimiques, normalement une fois que le tissu a été transformé en vêtement.

Les boîtes d'Indigo peuvent typiquement contenir de 300l à 2.000l de solution de teinture, plus le bain de recirculation nécessaire pour maintenir la même concentration de colorant dans chacune des boîtes. Il peut généralement y avoir un volume de 10 000 à 20 000 l de solution d'indigo circulant pendant la teinture.

La fixation des couches d'indigo, obtenue par oxydation à l'air -skying- de la forme leuco, a lieu après chacune des imprégnations.

Dans le troisième segment de la gamme de teinture, l'Indigo non fixé et les restes des produits chimiques réducteurs et des auxiliaires utilisés dans la teinture sont éliminés par un rinçage à débordement. La consommation d'eau typique dans ce processus particulier peut être de 3 à 5 l/kg de fil par boîte de rinçage.

Concept denim avancé

Le concept Advanced Denim repose d'abord sur l'utilisation de colorants au soufre de pointe (Diresul RDT).

Les colorants au soufre sont également utilisés depuis de nombreuses années dans la teinture en chaîne du denim. Comme l'indigo, leur chimie est basée sur un équilibre réduction-oxydation. Néanmoins, alors que l'indigo nécessite des conditions réductrices fortes et est donc facilement oxydé en sa forme insoluble, les colorants au soufre peuvent être solubilisés avec des agents réducteurs doux. D'autre part, les colorants au soufre ont besoin de conditions d'oxydation fortes pour leur fixation et leur développement complet.

Les colorants au soufre sont des partenaires de longue date d'Indigo, soit pour le compléter pour des nuances et des effets spéciaux (par fond ou garniture), soit utilisés comme éléments uniques pour le denim noir et de couleur.

Les molécules de colorant soufré ont deux groupes actifs principaux : le groupe Thiol, responsable de la fixation du colorant sur le coton en formant des liaisons hydrogène avec la cellulose, et le groupe Quinonic, qui permet le développement de la teinte réelle du colorant à partir de la forme leuco (Fig. 3 et 4).

Ayant une plus grande affinité pour la cellulose lorsqu'elle est sous forme réduite, il est possible de les appliquer en utilisant une petite quantité de colorant dans le bain de teinture, en une seule étape d'imprégnation.

Dans des conditions classiques, après la teinture de la chaîne dans la gamme denim, un rinçage est effectué pour éliminer la matière colorante non fixée avant sa fixation par l'utilisation d'un agent oxydant. Cependant, l'utilisation de colorants soufrés permet de s'affranchir du rinçage avant oxydation. Il est possible d'insolubiliser complètement le colorant en une forme très stable en utilisant un fixateur cationique. De ce fait, après l'imprégnation par le bain de teinture, et sans rinçage intermédiaire, un traitement cationique immédiat peut être effectué.

Grâce au caractère ionique du groupe Thiol dans les colorants, une liaison ionique forte se forme avec un agent cationique bi-réactif. On peut donc avoir deux types de forme de composé colorant-cationique :

CEL – Colorant – Agent cationique – Colorant –

CEL – Agent cationique – Colorant – Agent cationique –

Le colorant non fixé, normalement à la surface de la fibre, reste sous une forme insoluble stable

Colorant – Agent cationique – Colorant –

Les détails graphiques peuvent être vus sur la fig. 5 :

Les étapes du processus peuvent alors être décrites comme suit :

Imprégnation de la fibre avec la solution de colorant, contenant un agent réducteur, un alcali et des auxiliaires.

Courte oxydation à l'air (Skying).

Bain de fixation contenant un agent oxydant et un agent fixant cationique. pH à ajuster au type de produit oxydant, normalement acide (pH 4-5).

Le ciel intermédiaire entre l'imprégnation du bain de teinture et la fixation assure une migration régulière de la matière colorante et améliore également l'efficacité de la fixation par l'oxydation de la plupart des produits chimiques réducteurs encore actifs. D'autre part, la présence d'un agent oxydant dans le bain de fixation est nécessaire au développement de la teinte proprement dite de la matière colorante utilisée. Si un agent cationique est utilisé seul, la teinte obtenue sera celle de la forme leuco au moment de la fixation.

Un schéma simple de ce processus Denim-Ox peut être illustré à la Fig. 6. [Saut de page]

Processus Pad-Sizing/Ox

La préparation de la chaîne pour le tissage du tissu denim nécessite un ensimage, destiné à protéger les fibres des forces de frottement qui se produisent au niveau du métier et ainsi obtenir une bonne efficacité de tissage.

Dans la recherche de volumes d'eau encore plus faibles lors de la coloration de la chaîne denim, la possibilité de combiner l'oxydation/fixation de la matière colorante, comme cela se fait dans le procédé Denim-Ox, avec l'encollage a été envisagée et mise en œuvre. Ce processus s'appelle Pad-Sizing/Ox et réduit l'apport d'eau à seulement 7 % de ce qui est nécessaire pour un processus de teinture denim conventionnel, avec la caractéristique supplémentaire d'empêcher complètement la génération d'eaux usées, car aucun rinçage avant l'oxydation /fixation/dimensionnement est requis. Ceci est techniquement possible grâce à l'utilisation d'un agent d'encollage (Arkofil DEN-FIX) qui combine une bonne couverture fibreuse et une bonne élasticité avec certaines propriétés de fixation. La fixation complète du colorant est assurée par l'ajout dans le bain d'encollage d'un agent cationique spécifique (Direfix SD). Cette fixation est réalisée dans des conditions acides (pH 4-4,5).

Les avantages du procédé Pad-Sizing/Ox vont au-delà de cette économie d'eau extrêmement élevée. Il réduit également l'énergie nécessaire à la teinture de 25 % et les déchets de coton générés de plus de 60 %. Cela est dû au fait que Pad-Sizing/OX est appliqué dans une configuration mécanique très compacte. Comme pour le procédé Denim-Ox déjà évoqué, un seul bain d'imprégnation est nécessaire. Après le skying ultérieur, l'oxydation/fixation a lieu dans la gamme d'encollage standard.

Dans les gammes slasher, où les fils circulent en continu depuis la gamme teinture jusqu'à l'encollage, le Pad-Sizing/Ox peut être directement mis en œuvre. Dans les gammes de teinture de cordes, la chaîne teinte est réenfilée pour l'éventuelle oxydation/fixation/encollage dans l'unité d'encollage séparée.

Un résumé graphique des différents processus présentés est illustré à la Fig 7.

Considérations techniques

Les procédés Denim-Ox et Pad-Sizing/Ox développés pour le concept Advanced Denim, sont basés sur une fixation directe en milieu acide du colorant pré-réduit appliqué à l'étape d'imprégnation. Par conséquent, il est très important d'éviter la présence dans le bain de teinture d'espèces chimiques qui peuvent avoir une réaction indésirable, voire dangereuse, avec l'acide.

À ce stade particulier, il est également très important d'éviter que du sulfure de sodium (un agent réducteur standard pour les colorants au soufre classiques) ne soit transporté avec le tissu dans le bain de fixation. Les colorants Diresul RDT conviennent à ce procédé car ils présentent deux caractéristiques techniques importantes :

* Bien qu'ils soient encore des colorants au soufre pré-réduits, les colorants Diresul RDT ont une très faible teneur en sulfure de sodium, qui est entièrement oxydé pendant le processus d'imprégnation-skying. Le tissu est exempt de sulfure lorsqu'il entre en contact avec le bain de fixation acide

* L'utilisation d'agents réducteurs sans sulfure, tels que les dérivés de glucose, est également requise pour la même raison.

Les principaux aspects techniques de l'Advanced Denim sont reflétés dans la Fig. 8.[Page Break]

Économies de ressources

L'expérience industrielle avec les processus définis Denim-OX et Pad-Sizing/Ox permet de quantifier avec précision les économies réelles d'eau, d'énergie et de coton par rapport à une procédure de teinture denim conventionnelle.

L'absence d'eaux usées à traiter dans le procédé Pad-Sizing/OX signifie des économies économiques supplémentaires dans la station d'épuration des effluents. Le procédé Denim-Ox génère un certain volume d'eau, mais comme il est totalement incolore et exempt de toute espèce chimique interférente, il pourrait être réutilisé, par exemple dans un nouveau bain de rinçage. Ce faible impact sur les effluents est reflété dans la Fig. 9.

Les économies de coton sont liées à la longueur de fil plus courte qui reste dans la machine lors du changement de lots ou lors du fonctionnement de la gamme à basse vitesse jusqu'à ce que les conditions mécaniques prévues soient atteintes. Ici, plus le passage du fil de coton est long, plus il y a de déchets de coton générés.

Le concept Advanced Denim offre non seulement la variété des économies de ressources déjà mentionnées, ainsi qu'un profil de durabilité extrêmement élevé, mais il présente également des avantages techniques évidents et ouvre de nouvelles portes pour rendre possibles les idées des créateurs et des créateurs de mode. Les principales caractéristiques sont :

* Possibilités de teinture faciles et polyvalentes

* Application simple dans des équipements déjà existants (gammes slasher pour Pad-Sizing/Ox)

* Reproductibilité élevée - lot à lot et laboratoire à vrac

* Productivité élevée avec des temps de changement de couleur courts

* Une large palette de couleurs, de tons et de moulages (par exemple, les colorants Diresul 'Indi' RDT)

* La possibilité de nouveaux effets en modifiant simplement les conditions d'application

* Aptitude aux traitements de lavage considérés comme (ozone, laser …)

* Niveaux de solidité globale élevés

Les propriétés répertoriées mettent Advanced Denim en conformité avec les normes de qualité plus élevées que l'industrie textile est, et de plus en plus, exigeantes.[Page Break]

Résumé

Advanced Denim est un concept polyvalent pour la teinture chaîne du denim et le traitement des vêtements en denim, permettant une réduction significative des ressources, en particulier de la consommation d'eau. Elle offre des réponses claires aux exigences écologiques et techniques modernes du marché du denim mais aussi dans le domaine de la finition des tissus et des vêtements, avec le développement de produits spécifiques. Advanced Denim offre des avantages dans le domaine de l'utilisation et du traitement de l'eau ainsi que dans la mode (telle qu'une grande variété de nuances, des effets spéciaux de teinture en anneaux ou unis et des nuances de maintien) et des aspects techniques.

Advanced Denim est un exemple clair de l'engagement de Clariant à permettre à nos clients de renforcer leurs propres efforts en matière de développement durable. Nous considérons chez Clariant que tous les efforts, présents et futurs, doivent être faits à tous les niveaux concernés : producteurs textiles, détaillants, consommateurs finaux et entreprises chimiques afin d'assurer la pérennité de notre industrie. Advanced Denim n'est qu'un pas dans cette direction.

Miguel Sanchez est responsable de la ligne de produits Golbal Special Dyes, BU Textile Chemicals, Clariant, Muttenz, Suisse. www.clariant.com

Références : (1) The World Bank Report 2010. Textile Exchange, Barcelona 2012 ; (2) The National Geographic Magazine, numéro d'avril 2010 : "L'eau, notre monde assoiffé"