1.0 L’ABC des apprêts
1.1 Les apprêts, la finition ou l’ennoblissement
Apprêter, finir ou ennoblir, c'est modifier l'aspect ou les caractéristiques d'un textile. Habituellement, ce sont les derniers traitements que le tissu subit avant de quitter l’usine de finition. Les traitements d’apprêts sont donc ceux qui sont le plus près du produit fini, et par le fait même, du consommateur et de ses exigences.
On applique des apprêts afin d’améliorer les propriétés déjà existantes comme la douceur, le toucher ou l’infroissabilité.
On peut aussi, par des traitements spécifiques, conférer de nouvelles propriétés à notre tissu, comme par exemple en le rendant résistant à la flamme ou encore en le rendant imperméable, tout cela en fonction du produit à réaliser.
Au niveau de la mise en marché (marketing), son apparence et ses propriétés sont souvent ce que le vendeur fera valoir auprès du client, c’est ce qui l’aidera à vendre son produit. De plus, le produit doit rencontrer certaines exigences de solidité, entre autres à la lumière ou encore au lavage. Il se doit également d’être performant, comme par exemple, la résistance à la déchirure ou encore à la traction, d’où le contrôle de la qualité pour ce produit particulier.
Finalement, il ne faut pas oublier les consommateurs (besoin, attirance) : ce sont eux qui achètent au bout du compte. Le produit répond-il à leurs besoins ? Est-il attirant ? La couleur leur plaît-elle ? La main est-elle assez douce ?
Tous ces facteurs nous montrent bien l’importance et l’influence que les apprêts peuvent avoir sur le produit à vendre.
Les apprêts sont évalués de différentes façons. On dit que les critères d’évaluation sont subjectifs ou objectifs.
Les critères d'évaluation sont dits subjectifs lorsqu'ils concernent la main, le toucher, l'apparence (même la couleur). Selon la personne qui l’évalue, il pourrait y avoir des différences parfois notables.
Ils sont objectifs lorsqu'ils sont mesurables selon des normes bien précises : c’est le cas des résistances à l'usure, à la déchirure, à la tension, à la flamme et autres comme la stabilité dimensionnelle. Les valeurs nous informent alors sur la qualité de notre produit.
Les apprêts font partie des valeurs rajoutées, ce sont les qualités que l'on rajoute à un textile pour le rendre :
infroissable ;
stable en dimension ;
hydrofuge (imperméable) ;
oléofuge (à l'épreuve des taches) facile d'entretien ;
ignifuge (à l'épreuve de la flamme) ;
doux ;
confortable, etc.
Ils peuvent également le raidir, l’adoucir ou changer son apparence :
effet duveté ;
effet suédé ;
différents effets de calandrage.
L’apprêteur doit avoir une bonne connaissance du choix de chacune des composantes : fibre, fil, tricot, tissage, teinture, apprêts, qualité et ce, en conformité avec l'usage. Par exemple, s’il lui faut un panneau complètement ignifuge, au départ, il ne choisira pas une fibre qui brûle facilement ainsi qu’une armure très ajourée.
On peut classer les différents types d’apprêts en trois grandes catégories : les apprêts chimiques, les apprêts physiques et les apprêts physico-chimiques.
Dans le cas des apprêts chimiques, le médium est l’eau et cela nécessite de la chaleur pour évaporer l’eau et pour faire réagir les produits. Dans un premier temps les produits chimiques sont appliqués en solution sur le tissu qui est ensuite séché pour évaporer l’eau. Ensuite, la température du tissu sera augmentée jusqu’à ce que les produits réagissent. On appelle cette température, la température de cuisson, qui est toujours plus élevée que la température de séchage.
Adoucir, rendre infroissable, irrétrécissable ou imperméable : tout cela est obtenu par des apprêts chimiques.
Les apprêts physiques ou mécaniques sont des opérations faites à sec, même si l’humidité ou des produits chimiques sont nécessaires à la réussite du procédé. Ils nécessitent des appareils bien particuliers au traitement à faire sur l’étoffe. Un exemple est le « polar », effectué sur des duveteuses (nappers) ou encore des suèdes sur des suèdeuses.
La thermofixation, quant à elle, est un traitement physico-chimique. Ce procédé est fait sur un appareil appelé une rame de finition ; d’une façon mécanique, elle élimine les tensions que l’étoffe a subi au cours des traitements précédents, ce qui a pour effet de modifier d’une façon chimique la structure interne de la fibre.
Les apprêts chimiques, physiques ou physico-chimiques sont tous faits sur des équipements particuliers et la plupart emploient des produits chimiques. Ce qui les différencie alors, c’est ce qui va, en fait, causer le changement désiré : les réactions chimiques, le mécanique-physique ou la combinaison des deux.
La sorte de traitement dépend de deux facteurs : la sorte de fibre et la forme de la matière textile.
Le traitement est spécifique à la sorte de fibres.
Prenons comme exemple la stabilité dimensionnelle :
Une des raisons pour lesquelles le coton rétrécit dans l'eau est le fait que les régions amorphes absorbent l'eau, la fibre gonfle en diamètre, ce qui fait que la surface rétrécit. Dans le cas de la laine, le rétrécissement peut être causé par le feutrage qui, lui, est provoqué par l'accrochage des écailles entre elles.
La problématique est également différente sur les synthétiques : ceux-ci rétrécissent plutôt au contact de la chaleur (pressage, séchage, repassage). Ce qui fait que le problème de stabilité dimensionnelle lui-même ne se situe pas nécessairement au même moment, durant ou après les procédés. Le choix du traitement, pour rendre stable en dimension ces trois fibres, se fera donc, dans un premier temps, en fonction de la sorte de fibres.
De plus, le traitement est spécifique à la forme du textile.
On peut apprêter la matière textile lorsqu’elle est en fils, en tricots, en tissés, en tapis, en non-tissés, etc. La grosseur des équipements, entre autres, sera alors très différente. Pensons à des bas de nylon ou à des tapis ou encore, plus grand, à des feutres servant à l’industrie du papier.
En fils, on parlera de mercerisage et de texturation. Sous forme d’étoffes tricotées, ce sera les adoucissants, le duvetage, la calandre à tricots, etc. Sous forme de tissés, ce sera le flambage, les résines, les adoucissants, le calandrage, le mercerisage, le suèdage, le duvetage, etc.
On sait maintenant la raison pour laquelle les usines sont si différentes l’une de l’autre et qu’elles ont les équipements qui conviennent à leurs produits et à leur marché.
1.2 L’application des apprêts chimiques
La majorité des apprêts chimiques sont appliqués sur une rame de finition.
Foularder - Sécher - Cuire
L’application se compose de trois étapes distinctes :
1 - Foulardage (pad) ou imprégnation et exprimage
2 - Séchage (dry)
3 - Cuisson (cure).
Le foulard est constitué d’un bac d’imprégnation et de deux rouleaux exprimeurs qui peuvent être placés l’un par-dessus l’autre comme dans la figure ci-dessus. Cette partie se retrouve en double sur certaines rames. Le rôle du foulard est d’éliminer mécaniquement l’excès d’eau et de forcer uniformément les produits dans la fibre car la majorité des produits appliqués n’ont pas d’affinité pour la fibre.
Trois facteurs contrôlent la quantité de solution qui va rester sur le tissu :
1 - la pression sur les rouleaux (influencée par la composition des rouleaux) ;
2 - la construction du tissu (la solution qui reste entre les fils ou les fibres) ;
3 - la nature absorbante de la fibre.
Tous les tissus ont leur propre limite minimum et maximum d’absorption d’eau. Entre ces limites, les ajustements sont faits sur la pression des rouleaux. Si la pression sur les rouleaux du foulard n’est pas suffisante, la solution contenant les produits risque de se retrouver en surface, et une fois séché, l’excès de produits chimiques se déposera à certains endroits d’une façon qui n’est pas uniforme. De plus, moins il reste d’eau, moins il en coûte pour l’évaporer.
1.3 Les calculs sur le foulard
Qu’est-ce qu’un « pick-up » ?
C’est la quantité de solution qui est laissée sur le textile après qu’elle soit passée au foulard, c’est-à-dire après l’imprégnation et le passage entre les rouleaux exprimeurs.
Comment calculer un « pick-up » (pourcentage de rétention) ?
- ajuster la pression sur le foulard (pad) ;
- peser un échantillon, par exemple : 10,0 g ;
- le tremper dans la solution et l’exprimer sur le foulard ;
- peser l’échantillon humide (qui est plus pesant que sec) ;
- appliquer le résultat à la formule suivante :
% de « pick-up » = poids humide - poids sec X 100
poids sec
Qu’est-ce qu’un « add-on » ?
C’est une proportion de produits chimiques laissés sur le tissu une fois le traitement terminé, le tissu séché et cuit, ce qui fait que les propriétés de ce tissu sont changées.
Comment calculer le % de «add-on» ?
L’ajout de produits chimiques ajoute du poids au textile :
% « add-on » = poids final du tissu apprêté - poids original X 100
poids original
Qu’est-ce que la concentration d’un bain ?
C’est le rapport d’un poids de produit par rapport au volume de la solution qui le contient = poids/volume
Ex.: grammes/litre, onces/gallon, lbs/gallon.
Il peut aussi être exprimé en pourcentage :
Ex.: une solution 10 % représente 10 g de produit dans 100 ml d’eau (1 ml d’eau pèse 1 g).
Qu’est-ce qu’un « add-on théorique » ?
C’est la façon, entre autres, de prévoir la quantité de produits qui sera nécessaire, à partir de la formule suivante.
C’est aussi la façon de déterminer le pick-up à employer selon le résultat à obtenir:
% « add-on théorique » = % de rétention X % de concentration du bain
100
De là découle qu’une solution plus concentrée appliquée avec un « pick-up » plus faible peut délivrer la même quantité de produits qu’un plus grand « pick-up » d’un bain moins concentré.
Ex. : 60 % X 30 % / 100 = 18 % de « add-on » théorique
ou 90 % X 20 % / 100 = 18 %
Noter que l’énergie supplémentaire requise pour sécher dans le deuxième cas est plus élevée. On dit que ça prend 2000 BTU1 de chaleur pour évaporer un kilogramme d’eau.
Quand on parle d’application « wet on wet » ou de « wet pick-up », c’est lorsque le tissu est d’abord trempé uniformément dans l’eau seulement, avant d’être trempé dans la deuxième solution contenant les produits de finition.
Il nous faudra beaucoup plus de produits dans un petit pourcentage de « pick-up » pour égaler ce que l’on ferait à sec.
Ex.: Si on foularde à sec avec 100 % de « pick-up » X 3 % de produits /100 = 3 % de « add on » théorique.
Par contre, si le tissu est humide à 80 % avant d’entrer dans la solution de produits, on aura 20 % seulement de « wet pick-up » sur le deuxième foulard.
Notre solution devra être préparée à 15 % pour obtenir le même 3 % de « add-on » théorique.
1.4 Principe du séchage et cuisson
Le séchage, c’est l’étape où la portion liquide d’une solution est évaporée du tissu. C’est assez simple comme principe mais le fait d’ignorer cela peut être responsable de problèmes insoupçonnables.
Pour qu’il y ait séchage, le liquide doit d’abord être converti en vapeur et dans un deuxième temps, la vapeur doit être enlevée du tissu. La quantité de liquide qui s’évapore dépend largement de l’humidité relative2 de l’air. Si l’humidité relative est basse, il y a possibilité d’une plus grande capacité d’évaporation que si elle était élevée. En effet, il est plus facile de sécher dans une atmosphère sèche que trop humide.
Le montant absolu3 de vapeur d’eau dans l’air est relié à sa température. Pour une même humidité relative, la quantité de vapeur d’eau est plus grande à une plus haute température.
La vitesse à laquelle l’eau s’évapore du tissu dépend de la température du tissu et du volume d’air qui passe à travers. L’évaporation de l’eau au point d’ébullition est très rapide.
Quand le tissu humide entre dans le séchoir, il est loin d’être aussi chaud que la température de l’air. La température du tissu n’approchera pas la température de l’air tant que toute l’eau ne sera pas convertie en vapeur, donc évaporée, d’où l’importance des contrôles sur le tissu. En fait, selon le tissu et la sorte de fibres, le même ajustement sur l’appareil ne donnera pas les mêmes températures sur les tissus traités.
On sèche habituellement les tissus à 120 °C, 2-3 minutes.
La cuisson est réalisée à 150 °C, 3-4 minutes.
La themofixation se fait à une température beaucoup plus élevée : 185-220 °C, le temps varie selon la sorte de fibre et la température.
Migration
Les produits chimiques dissous ou suspendus dans l’eau bougent lorsque le liquide se transforme en vapeur. C’est le liquide tenu dans les capillarités du tissu qui est responsable du phénomène de la migration. Si le tissu est chauffé d’un côté, les produits (ou colorants) vont migrer vers ce côté.
Ce mouvement continuera jusqu’à ce que le niveau d’humidité dans le tissu soit réduit sous celui requis pour supporter les capillarités remplies. Pour les fibres cellulosiques, ce niveau se situe entre 30 et 40 %. Pour prévenir la migration, les séchoirs doivent être conçus pour éliminer l’eau uniformément des deux côtés à la fois. La façon dont il est séché devient moins importante une fois que le niveau d’humidité est sous le point critique.
Séchoirs et fours
Normalement, le même équipement (la même rame de finition) est utilisé pour sécher ou cuire à la condition qu’il puisse atteindre les températures requises.
Les propriétés du tissu peuvent varier selon le séchage. De plus, s’il n’y a pas de tensions exercées sur le tissu, celui-ci peut rétrécir, et séché sous tension, ceci peut résulter en un tissu plus rigide. Le choix du bon équipement pour manipuler le tissu est important pour obtenir les propriétés voulues.
Une rame de finition est un appareil qui tient sous tension les textiles pleine largeur afin de les sécher ou de les cuire. Le plus souvent (mais pas toujours), elle est précédée d’un ou de deux foulards d’imprégnation.
Il y a deux mécanismes pour tenir le textile dans sa pleine largeur :
les rames à picots, habituellement pour des tricots ou des tissus légers, et les rames à pinces, conçues pour des tissus plus lourds.
Le chauffage se doit d’être uniforme. Les contrôles de temps et de température se doivent d’être justes.
Le nombre de sections est variable, cela dépend de l’utilisation.
Ex.: dix sections de séchage (120 °C), dix sections de cuisson (150 °C) ou séchage graduel dans les premières sections, puis thermofixation.
Pour faciliter le séchage et uniformiser le contenu d’humidité, on retrouve, soit des « Hi-Vac » (succion), soit un pré-séchoir à infra-rouge.
Le redresseur de trame sert, comme son nom l’indique à remettre le textile droit avant qu’il soit procédé sur la rame.
La suralimention (overfeed), est le contraire d’exercer une tension longitudinale, c’est donc le fait de donner plus de tissu qu’il n’en faut à l’entrée de la rame. C’est la compaction pour éviter les tensions. Les ajustements possibles selon le type de rame sont de -10 à 40 %.
À la sortie de la rame, il y a une zone de refroidissement du textile. Elle peut être composée de tuyères avec de l’air soufflé ou encore de tambours refroidis par circulation d’eau froide.
Il faut que le tissu soit neutre à l'entrée, car s'il est trop alcalin, il risque de neutraliser le catalyseur ; s'il est trop acide, il risque d'agir comme le catalyseur et d'activer la réaction, qui risque de se produire dans le bain de foulardage plutôt que sur le tissu à la cuisson.
Rouleaux chauffants (dry cans)
La façon la plus simple de sécher est de mettre le tissu en contact avec des surfaces chaudes. Il est séché continuellement en passant sur de gros cylindres chauffés. Vapeur, huile chaude, électricité ou gaz peuvent être des sources de chaleur pour ces rouleaux. Le plus souvent, on emploie de la vapeur sous pression. À l’encollage, c’est souvent ce type de séchage qui est utilisé.
