Comment maximiser les performances du PDMS dans les industries textile et de la construction ?

La séquence de construction du polydiméthylsiloxane (PDMS) confère au matériau des propriétés particulières, lui permettant d’offrir une résistance exceptionnelle à la fois à l’eau et aux huiles. L’intégration de polymères composés de siloxane et de PDMS dans la structure du tissu assure une incorporation homogène à travers celui-ci : la composante siloxane crée une adhérence aux fibres du tissu, tandis que la composante PDMS agit à la surface du tissu. Ces composantes polymérisées de PDMS créent, par expression moléculaire, une surface hydrophobe sans précédent et repoussent également les huiles courantes, conférant ainsi au tissu des caractéristiques à la fois hydrophobes et oléophobes qui persistent pendant toute la durée de vie du tissu. Le procédé aboutit à des angles de contact surfacique supérieurs à 150° avec l’eau et d’environ 130° avec les huiles. L’attribut le plus remarquable du PDMS réside dans le fait qu’à la différence des revêtements fluorés résistants à l’abrasion, qui se craquellent sous l’effet de la flexion ou du pliage, le revêtement à base de PDMS conserve ses propriétés oléophobes et hydrophobes tout au long d’une durée de vie prolongée marquée par une excellente résistance à l’abrasion.

Benchmarking des performances : PDMS par rapport aux revêtements fluorés selon les essais AATCC 118 et ISO 14419

Bien que les systèmes fluorés offrent une résistance légèrement supérieure à l’huile, les PDMS répondent néanmoins aux critères fonctionnels pour la plupart des vêtements, des tenues de travail et des textiles techniques, y compris ceux conformes aux spécifications OEKO-TEX® Standard 100 et bluesign®. Dépourvus de liaison carbone-fluor, les PDMS évitent le risque de bioaccumulation ainsi que les dommages environnementaux persistants et les risques réglementaires associés aux substances PFAS.

L’adoption des PDMS et les éventuelles opportunités commerciales émergentes découlent des nouvelles restrictions de l’UE sur les substances PFAS, ainsi que d’autres réglementations récentes de l’EPA.

La législation exigeant la recherche d'alternatives aux PFAS évolue rapidement. Parmi les exemples figurent les récentes ajouts de 2023 au règlement REACH de l'UE et le plan stratégique 2021-2024 de l'EPA américaine. Cette évolution a été remarquée par les fabricants de textiles, et nombreux sont ceux qui passent à des agents répulsifs à base de silicone. Depuis 2022, l’adoption de ces matériaux a augmenté d’environ 60 %, selon les rapports du secteur. Les fabricants mettent en avant le statut GRAS (« généralement reconnu comme sûr ») du PDMS et sa facilité d’intégration dans les procédés de production existants. Bien que d’autres solutions potentielles (telles que les solutions biosourcées et les chimies hybrides) soient encore en cours d’évaluation, le PDMS constitue l’option privilégiée, car il s’agit d’une solution éprouvée, entièrement conforme à la réglementation et facilement intégrable dans les procédés de production existants. Cela en fait le candidat principal pour répondre aux besoins d’un traitement textile exempt de PFAS tout en assurant une répulsion efficace contre l’huile et l’eau.

La fonctionnalité du PDMS peut être modifiée en faisant varier sa masse moléculaire et son degré de réticulation. Le PDMS à chaînes courtes, comme le F-3600, forme une couche superficielle plus dense, ce qui entraîne des angles de contact avec l’eau supérieurs à 140° tout en atteignant un taux de transpiration très faible (et indésirable) (< 15 g/m²/24 h). De tels variants de PDMS peuvent être utilisés dans les vêtements médicaux et sportifs, pour lesquels le confort constitue un facteur critique. En revanche, le PDMS à chaînes longues, tel que le F-12000, forme des enchevêtrements moléculaires plus étendus, ce qui se traduit par des liaisons intercouches plus fortes et une meilleure tenue au lavage (> 20 cycles, conformément à la norme ISO 6330, bien que la réticulation réduise la perméabilité à l’air). Le degré de réticulation détermine en grande partie l’équilibre décrit entre les différentes caractéristiques de performance.

Pour les vêtements de protection destinés aux travailleurs industriels, où la résistance à l’abrasion est d’une importance capitale, une utilisation équilibrée de matériaux de type F-12000 offre la meilleure combinaison globale de durabilité et de résistance à l’abrasion (norme ISO 12947-2). Par ailleurs, les produits à base de F-3600 privilégient généralement les cas d’utilisation exigeant un plus haut niveau de confort. Ce qui se distingue véritablement lors des essais industriels, c’est la capacité de certaines chaînes intermédiaires (avec un réticulage approprié) à maintenir des angles de contact supérieurs à 130 degrés après 50 cycles du test d’abrasion Martindale. Cela représente environ 35 % de performance supplémentaire par rapport aux formulations conventionnelles de siloxane, en termes d’équilibre entre durabilité et confort. Ces résultats ont été publiés en 2023 dans la revue Textile Chemistry, une revue internationale à comité de lecture.

Évaluation de la durabilité à long terme des revêtements PDMS sur des textiles utilisés dans la vie réelle

En ce qui concerne la durabilité des revêtements en PDMS, ils offrent une excellente résistance au lavage industriel et conservent leur capacité de déperlance même après plus de 20 cycles de lavage industriel
(données ISO 6330/12945-2). Les revêtements en PDMS perdent seulement 15 % de leur capacité déperlante, tandis que les alternatives à base de cire ou d’acrylique perdent plus de 50 % de leur capacité imperméabilisante après seulement 10 cycles de lavage. Pourquoi les revêtements en PDMS sont-ils les plus performants ? Lors de l’étape de durcissement des revêtements en PDMS, de fortes liaisons chimiques se forment avec les fibres du tissu, ce qui leur permet de résister aux détergents et agents de nettoyage les plus agressifs, ainsi qu’à l’abrasion du tissu causée par les lavages répétés. Certaines de ces formulations exclusives spéciales conservent encore un angle de contact rigide supérieur à 140 degrés après 50 lavages. Cela signifie qu’ils sont parfaitement adaptés aux applications techniques critiques liées à la sécurité, telles que les uniformes de pompiers et les vêtements d’extérieur, qui exigent des revêtements déperlants capables de résister aux cycles de lavage industriel.

Applications à fort frottement : Résistance à l’abrasion et performance en matière d’usure mécanique

L'une des applications les plus surprenantes et extraordinaires du PDMS est sans doute sa résistance exceptionnelle à l'usure dans des environnements extrêmes, tels que les habitacles automobiles, les tissus de grade militaire et les vêtements de travail industriels. Des tissus revêtus de PDMS ont été testés selon la norme ISO 12947-2 et se sont révélés présenter une perte de masse inférieure à 5 % et aucune dégradation de l'intégrité du revêtement après 50 000 (cinquante mille) cycles. En comparaison, des tissus non revêtus et non réticulés subissent une perte de masse de 20 % et une défaillance sévère du revêtement après le même nombre de cycles équivalents. La réticulation du PDMS est extrêmement avantageuse, car sa nature élastomère permet de répartir uniformément les contraintes sur toute la surface du revêtement. Cela est idéal pour empêcher l'apparition ou la propagation de microfissures lorsque le revêtement est soumis de façon répétée à des flexions et des compressions. Le point le plus important, toutefois, est que cette protection complète est offerte sans compromettre la ventilation. Les tissus protecteurs revêtus de PDMS garantissent au porteur une protection contre tous les risques, sans nuire à son confort. Il s'agit là d'une caractéristique essentielle pour les postes de travail de longue durée.

Amélioration de la fonctionnalité structurelle du PDMS dans les matériaux de construction

Techniques de renforcement : charges de silice, de nanocristaux de cellulose et de POSS pour la résistance à la traction et l’élasticité (ASTM D412)

Le matériau de base en PDMS est tout simplement trop mou pour les applications de construction, ce qui exige des modifications aussi robustes que possible. Les nanoparticules de silice créent des réseaux d’entrecroisement denses dans le PDMS, assurant ainsi une meilleure répartition des charges. Cela est démontré par des essais de résistance à la traction selon la norme ASTM D412 sur des échantillons de PDMS/silice, qui peuvent atteindre une résistance trois fois supérieure à celle du PDMS non chargé (3). Un autre composant est les nanocristaux de cellulose (CNC), qui peuvent améliorer le fonctionnement des nanoparticules de silice. En effet, les CNC sont allongés et possèdent de nombreux groupes hydroxyles, ce qui confère une forte adhérence à la matrice de PDMS. Cette adhérence contribue à conserver la flexibilité du PDMS tout en lui conférant une propriété imperméable. Une autre option consiste à utiliser des charges de silsesquioxanes oligomériques polyédriques (POSS). Les structures en cage de ces charges s’intègrent parfaitement au réseau de siloxane à l’échelle nanométrique. Lorsqu’elles sont ajoutées à hauteur de 10 à 15 %, les charges POSS peuvent augmenter la résistance au déchirement d’environ 40 % tout en conservant l’élasticité du matériau après plusieurs cycles d’allongement. Lorsque les trois composants sont utilisés conjointement, on obtient une résistance à la traction optimale, généralement supérieure à 5 MPa, ainsi qu’un allongement permanent inférieur à 15 % après de nombreux cycles d’allongement et de récupération.

Cela rend le composite idéal pour l’étanchéité des joints en béton, les revêtements imperméables et les amortisseurs sismiques qui doivent résister à l’usure et aux changements physiques, notamment aux variations de température, aux rayonnements ultraviolets et aux flexions.

FAQ

Qu’est-ce que le PDMS et pourquoi est-il utilisé dans les textiles ?

Le PDMS, ou polydiméthylsiloxane, est un matériau à base de silicone qui repousse l’eau et l’huile. Comme le PDMS adhère efficacement aux fibres du tissu, il forme un revêtement protecteur permanent qui ne fait appel à aucun traitement chimique.

Comment le PDMS se compare-t-il aux revêtements fluorés ?

Le PDMS offre le même niveau de répulsion que les revêtements fluorés, mais sans présenter les risques pour la santé et l’environnement liés aux substances PFAS. Les revêtements à base de PDMS conservent durablement leurs propriétés répulsives et leur souplesse, tandis que les revêtements fluorés perdent progressivement leurs propriétés répulsives et deviennent cassants.

Le PDMS est-il sûr et respectueux de l’environnement ?

Le PDMS est sûr et respectueux de l'environnement. Le PDMS est certifié selon la norme OEKO-TEX® 100 et bluesign®. Comme le PDMS ne contient pas de liaisons carbone-fluor nocives, les risques pour la santé et pour l'environnement sont nettement réduits.

Les revêtements en PDMS résistent-ils au lavage industriel ?

Les revêtements en PDMS sont plus efficaces que les revêtements à base de cire ou d'acrylique et conservent 85 % de leur pouvoir déperlant après 20 cycles de lavage industriel.