Development of multi self-cleaning PET fabrics by growth of ZnO nanorods

par Munir Ashraf

Thèse de doctorat en Mécanique, Energétique, Matériaux

Soutenue le 20-12-2012

à Lille 1 , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Lille) , en partenariat avec Laboratoire de génie et matériaux textiles (Roubaix, Nord) (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Développement de propriétés multiples autonettoyantes sur des tissus de PET par croissance de nanocolonnes de ZnO


  • Résumé

    Nous avons étudié la croissance, sur des tissus en polyester, de nano-colonnes de ZnO par méthode hydrothermale. Un prétraitement par plasma a permis de générer des groupements polaires à la surface des fibres. Ces groupements permettent d’accrocher des nano-germes de ZnO à partir desquels d’effectue la croissance des cristaux de ZnO. La nature de la composition chimique de surface à chaque étape du traitement a été suivie par XPS. La morphologie et la structure des cristaux formés a été caractérisée par MEB, XRD et MET. La quantité totale de ZnO déposée sur le tissu a été déterminée par spectroscopie d’absorption atomique. La croissance de ces nano-colonnes de ZnO sur les microfibres de PET génère une structure rugueuse hiérarchique. Les tissus obtenus sont superhydrophiles : le mouillage et la capillarité de l’eau deviennent très importants et augmentent avec la concentration en germes. Après hydrophobisation avec l’ octadecyltrimethoxysilane (ODS), le tissu fonctionnalisé présente un effet lotus autonettoyant avec des angles de contact et de glissement de l’eau caractéristiques. L’effet chimique autonettoyant a été aussi mis en évidence avec la décoloration de solutions et de taches sous rayonnement UV. La cinétique de ces 2 effets photocalytiques a été étudiée avec différents colorants. Ce tissu présente un caractére antibactérien, il est donc aussi autonettoyant vis-à-vis des espèces biologiques Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa et Staphyloccocus aureus. Cette étude met en évidence les relations entre les procédés de nanostructuration de la surface des fibres dans les tissus et leurs propriétés autonettoyantes selon les 3 mécanismes proposés.


  • Résumé

    ZnO nanorods were grown on polyester fabric by hydrothermal method. The plasma treatment was carried out to generate the polar groups. These groups attached the ZnO seeds which provided the site for the growth of nanorods. XPS analysis was carried out to study the chemical composition of surface at each stage of growth. The morphology and crystal structure was characterized by SEM, XRD and TEM. The atomic absorption spectroscopy was carried out to determine the amount of Zn present on fabric in the form of nanorods. The growth of nanorods on microfibers of PET generated hierarchical roughness structure. The functionalized fabric showed superhydrophilicity: very high wettability and capillarity which increased with the increase in seed concentration. On modification with hydrophobic chemical (octadecyltrimethoxysilane ODS), the functionalized fabric showed physical self-cleaning (lotus effect) which was characterized by measuring water contact angle and water roll off angle. The chemical self-cleaning was studied by solution discoloration and stain degradation under the effect of UV light. It was found that solution discoloration followed first order kinetics whereas; stains were degraded by second order kinetics. The biological self-cleaning (antibacterial activity) was also observed on Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa and Staphyloccocus aureus. This study highlights the relationship between nanostructuring process of the fibers and self-cleaning properties according to the three proposed mechanisms.


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