Matériaux composites à base de bambous et de plastique.
Date de publication 11 mai 2020
Auteurs Yeh, Chin-Hao; Yang, Teng-Chun.
Sources Utilization of Waste Bamboo Fibers in Thermoplastic Composites: Influence of the Chemical Composition and Thermal Decomposition Behavior (2020) Polymers : 12 (DocId: 3)
Résumé
Résumé : Dans cette étude, quatre types de déchets de fibres de bambou (BF), provenant de différentes espèces, le bambou Makino (Phyllostachys makinoi), le bambou Moso (Phyllostachys pubescens), le Ma bambou (Dendrocalamus latiflorus) et le bambou épineux (Bambusa stenostachya), ont été utilisés comme renforts dans des matériaux plastiques à base de polypropylène (PP) pour fabriquer des composites. Pour étudier les effets des fibres de bambous sur les propriétés techniques de ces matériaux, leurs compositions chimiques ont été évaluées, ainsi que leurs cinétiques de décomposition thermique. Les déchets de bambous constituent une biomasse importante résultant de l’entretien des espaces verts et forestiers en Asie. Les fibres de bambous utilisées dans cette étude contiennent principalement de la cellulose, sous différentes formes, de la lignine et divers autres constituants regroupés globalement sous le terme de « contenu extractif ». Lorsque les teneurs en cellulose et en contenu extractif sont élevées, les fibres se dégradent facilement à basse température. Le PP étant un thermoplastique, il est nécessaire de le fondre à haute température pour préparer le composite. Les fibres ajoutées doivent donc résister à ce traitement. Les résultats ont indiqué que le Makino BF était le plus stable thermiquement. De plus, il a une grande cristallinité et une teneur élevée en lignine, ce qui lui confère de meilleures propriétés mécaniques comparé aux autres bambous, en particulier pour la résistance à la flexion. A l’opposé le bambou épineux a une teneur et une affinité en eau plus élevée de par sa composition riche en cellulose, ce qui induit une dégradation thermique dés les basses températures Avis The SeaCleaners : Les matières plastiques sont pratiquement toutes des matériaux composites Des fibres végétales dans les matériaux plastiques Les propriétés mécaniques du matériau sont renforcées par les fibres de bambous Les matériaux biosourcés ne sont pas obligatoirement biodégradables Les bambous peuvent aussi apporter un service écosystémique
Elles contiennent plusieurs composants : le polymère, les additifs et les agents de charge. Ces derniers servent à apporter du volume de matière en étant moins chers que le polymère, mais ils peuvent aussi contribuer à améliorer les propriétés techniques des matériaux. Dans leur grande majorité, ces composants sont d’origine pétrochimique, mais la disponibilité de déchets végétaux issus de l’agriculture a ouvert des opportunités pour utiliser des agents de charge encore meilleur marché. C’est ainsi que la porte s’est ouverte aux substances d’origines naturelles dans les plastiques. Elles font maintenant l’objet de nombreuses études en raison de leur avantage en termes de bilan carbone et éventuellement de biodégradabilité.
La solution des déchets de bambous présentée dans cet article, a l’avantage d’utiliser une biomasse disponible en quantité car résultant d’une activité agricole récurrente de nettoyage des espaces verts. Jusqu’à présent, elle n’était valorisée qu’en production d’énergie par incinération ou non valorisée par enfouissement. Cette matière contient deux familles de constituants principaux : les molécules hydrophiles, comme les celluloses par exemple, et les hydrophobes, comme la lignine, présente aussi dans les fibres de bois. Pour une intégration avec des thermoplastiques qui ne supportent pas des teneurs en eau élevées dans leur procédé de fabrication, il est préférable d’avoir des concentrations en celluloses faibles et plus importantes en lignine. C’est ce que les auteurs de cette étude ont montré au travers de différents types de bambous intégrés avec du PP.
Le bambou est largement utilisé en Asie pour construire des échafaudages car il est à la fois flexible et très résistant mécaniquement. Ces propriétés sont données par la composition particulière des fibres qui le constituent. Une fois incorporés avec les thermoplastiques, une partie de ces propriétés est conservée, ce qui confère au matériau composite un avantage au-delà du simple ajout d’un agent de charge dans la composition. Dans cette étude le composite contient 50% de bambou et 50% de PP. A ce niveau, on peut se poser la question si ce nouveau matériau est un bambou composite avec du PP comme liant ou un plastique composite avec du bambou ?
Cet aspect n’est pas abordé dans cet article. Il est peu probable que ce composite bambou/PP soit facilement dégradable dans l’environnement car la lignine est assez résistante à la dégradation. C’est la partie du bois qui résiste le plus longtemps. De même, le PP n’est pas dégradable rapidement. Toutefois, la fragmentation s’amorcera sans doute au niveau des fibres du bambou et les fragments de fibres végétales présentent moins de risque que ceux de PP pour l’environnement.
Ils se cultivent facilement, ont une productivité surfacique et une vitesse de croissance naturellement très élevées sans avoir besoin de faire appel à une agriculture « high tech. ». C’est donc une biomasse qui a le potentiel d’être durable car faiblement impactante sur les surfaces agricoles dédiées à l’alimentation et avec un taux de renouvellement très rapide. Etant un végétal, sa source d’énergie principale est la photosynthèse avec des besoins en sels nutritifs de type nitrates et phosphates. Sa culture pourrait donc intégrer des aires de lagunage en traitement tertiaire des stations d’épuration des eaux usées. En effet, les excès de ces sels nutritifs dans l’eau des nappes phréatiques, des rivières et des zones côtières induit des phénomènes de prolifération massifs d’algues vertes ou de plancton toxique. Les stations d’épuration sont une des sources de cette pollution.
L’écologie est par essence « circulaire » car il est impossible de faire disparaitre des constituants chimiques, on peut simplement les transformer ou les transférer d’un compartiment à l’autre de l’écosystème global dont nous faisons tous partie. Si les bambous présentent un avantage technique dans des produits, profitons-en pour contribuer à résoudre une pollution existante
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