De quoi est-il question ?
Un article intéressant de Dai Xuezhi et Xu Jingkai nous montre une analyse prospective des textiles de protection contre les risques chimiques vient de paraître dans E3S Web of Conferences 267, 02072 (2021) ICESCE 2021 (1)
1°) Les tenues de protection actuelles
En ce qui concerne les tenues de protection, il rappelle que la couche externe est hydro et oléophobe dans le but de repousser les produits aqueux et les produits organiques. La constitution de certains tissus permet à l’air de traverser la surface, tout en permettant à la sueur de s’échapper vers l’extérieur entrainant un refroidissement de la peau. Une évacuation efficace de la chaleur est alors réalisée ce qui diminue les risques de coup de chaleur. L’apport supplémentaire d’une sous-couche de charbon actif piège les vapeurs toxiques qui ont pénétré tandis que les produits toxiques introduits par « effet de pompage » sont retenus sur la face interne du vêtement avant qu’ils ne se répandent sur la peau. De plus, la perméabilité à l’air sur l’ensemble de la surface du corps répartit l’effet de pompage sur l’ensemble du corps entrainant une dilution des toxiques avant leur piégeage par le charbon tandis que pour les tenues complètement imperméables sans carbone, les produits toxiques se concentrent en grande quantité aux seules interfaces en y exerçant leur action délétère.
Une surface hydro-oléophobe, un passage de l’air et une couche de carbone sont les caractéristiques des EPI de chez Ouvry comme la Polycombi [1] ®.
2°) Les matériaux du futur
Quelles sont les pistes d’amélioration pour les textiles de protection ?
La détection de produits toxiques à la surface du textile, leur blocage spécifique sur le textile, voire leur destruction in situ pourraient être des pistes envisageables pour l’avenir.
Les nouveaux matériaux sur lesquels se concentrent les recherches dans le domaine de la protection chimique comprennent principalement les nanofibres et les nanoparticules actives, les polymères conducteurs et les matériaux catalytiques basés sur des enzymes biologiques.
– LES NANOTEXTILES
On pourra parler ici de nanoparticules, de nanotubes, de nanofils et de nanocomposites.
Les nanoparticules métalliques, telles que Ag, Au, Pd, Cu, Ni, et les nanoparticules d’oxyde métallique, telles que MgO, CaO, ZnO, TiO2 , Al2 O3 , MnO2 , Fe2 O3 , etc., ont été signalées dans de nombreuses publications scientifiques en raison de leurs excellentes propriétés catalytiques, efficaces contre les agents chimiques par absorption et décomposition (2). Les nanoparticules peuvent être préparées par aérogel. Des surfaces photocatalytiques contenant du TiO2 ont été développées, permettant d’utiliser les rayons solaires pour détruire les toxiques et les agents biologiques (Ouvry et le projet SELDEC [2] 2009-2011).
Cependant, la modification de la surface de la fibre textile par les oxydes métalliques présente également des limites. Dans le revêtement de la surface du tissu, l’agglomération des particules est un véritable défi car ces dernières peuvent ne pas rester sur la surface du tissu de façon permanente. Le tissu traité avec des nanoparticules va non seulement détériorer l’apparence du tissu, mais aussi réduire la flexibilité et la résistance à l’usure de ce dernier. Il est donc nécessaire de trouver une méthode efficace pour stabiliser les particules dispersées.
– LES NANOFIBRES
La nanofibre est un matériau fin de diamètre nanométrique, généralement produit par électrofilage. Les textiles de protections constitués de nanofibres présentent une plus grande perméabilité à l’air et une meilleure rétention des fluides et des particules d’aérosols pouvant leur donner des applications potentielles de protection contre les produits chimiques et la pénétration des liquides dont les toxiques utilisés dans le domaine agricole. L’ajout de composés fonctionnels tels que la cyclodextrine, l’acide iodobenzoique, les polyoxométalates, les peroxydes, les oximes et les chloramines peuvent nettement améliorer les performances de détoxification. Un nouveau type de nanofibre céramique développé par sol-gel avec du titanate de zinc (ZnO-TiO2) a été testée dans des vêtements et des masques de protection contre les produits chimiques agressifs. La nanofibre synthétisée a une meilleure porosité et décompose les simulants des gaz neurotoxiques et du gaz moutarde par adsorption et détoxification.
– LES POLYMÈRES CONDUCTEURS
Ces nouveaux polymères organiques présentent de bonnes propriétés électriques et un potentiel d’oydoréduction important. Préparées par électrofilage, ces nanofibres comprennent différents polymères comme des polyanaline (PAni), du polypyrrole (PPY) ou du poly (3,4-éthyl dioxythiophène).
Les propriétés électroniques de ces polymères sont caractérisées par leurs réactions à divers gaz, notamment les vapeurs organiques, les acides et les bases liquides.
Parmi les polymères conducteurs, les polyaniline (PAni [3]) constituent une solution intéressante en raison de sa stabilité chimique, de sa conductivité électrique élevée, de sa facilité de synthèse, de son dopage aisé, de son faible coût et de sa transparence. La forme d’oxydation du PAni peut être transformée de la forme alcaline isolante (σ <10-10 S/cm) à la forme saline conductrice (σ >1S/cm) par dopage et dédopage acide ou alcalin. Cette fluctuation de la conductivité peut être utilisée pour développer des capteurs PAni pour la détection de produits chimiques industriels toxiques. En faisant varier l’état d’oxydation des polymères conducteurs, le PAni et le PPY présentent des changements réversibles du spectre d’absorption optique. Il existe de nombreux capteurs de gaz utilisant des polymères conducteurs comme éléments de détection, qui se caractérisent par une grande flexibilité et la capacité de détecter des gaz chimiques mortels en modifiant l’absorption de la lumière donc la couleur du composé. Par exemple, des études ont révélé des changements radicaux dans la bande d’absorption UV-vis des films PPY conducteurs (une diminution de 40 %) après avoir été exposés au DMMP.
– VÊTEMENTS DE PROTECTION CHIMIQUE À BASE D’ENZYMES
De nombreuses enzymes peuvent dégrader divers composés organiques phosphorés. En ajoutant des enzymes et des polymères à divers matériaux, des surfaces autonettoyantes peuvent être développées pour la conception de vêtements de protection chimique.
Parmi ces enzymes, l’Organophosphorus hydrolase OPH (phosphotriestérase) est active contre les pesticides organophosphorés ainsi que sur le sarin, le soman et dans une moindre proportion sur le VX. La paraoxonase-1 (PON1) hydrolyse elle aussi de nombreux pesticides et neurotoxiques et en particulier le sarin et le soman.
De nombreuses recherches sont en cours pour les inclure dans des supports tout en les maintenant actives.
Conclusion
La combinaison de matériaux nouveaux et de nouvelles technologies pourra offrir aux textiles de protection des fonctions uniques, notamment la capacité de détecter, d’inactiver les produits toxiques et de bloquer sélectivement les produits chimiques dangereux. En outre, les matériaux polymères à base d’enzymes pourront être utilisés comme biocatalyseurs à haute efficacité pour développer des copolymères autonettoyants avancés.
Bibliographie
1) Dai Xuezhi, Xu Jingkai, Study on the Application of New Materials in Chemical Protective Clothing E3S Web of Conferences 267, 02072 (2021) ICESCE 2021, https://doi.org/10.1051/e3sconf/202126702072 [4]
2) A. Sellik, T. Pollet, L. Ouvry, S. Briancon, H. Fessi, D.J. Hartmann, FNR Renaud. Degradation of paraoxon (VX chemical agent simulant) and bacteria by magnesium oxide depends on the crystalline structure of magnesium oxide.. Chemico-Biological Interactions, 267, 2017, 67-73