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Présenté par : Lila Djerroud Directeur : Ahmed Koubaa, Sébastien Migneault, stagiaire postdoctoral, UQAT Co-directeurs : Simon Barnabé, professeur, UQTR Co-directeurs : Talat Mahmood, chercheur, FPInnovations

Valorisation de la boue de désencrage pour la production de composites bois-polymères

05-2014

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¯Introduction

¯Partie expérimentale

¯Résultats et discussion

¯Conclusions

3

La production de polymères thermoplastiques renforcés de fibres de bois, mieux connus sous le nom composites bois plastique (CBP), a augmenté considérablement au cours des dernières années.

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Matériaux de Construction

Produits Industriels et

de consommation

Automobile

75%

10% 15%

Répartition mondiale du marché des plasti-bois

5

Les boues primaires : Issues d’un traitement physico-chimique qui a pour but d’extraire facilement des matières en suspension et des matières organiques (très riche en fibres); Les boues secondaires : Issues d’ un traitement biologique qui a pour objectif l’élimination des composés solubles d’origine organique (digestion des matières organiques par les micro-organismes) Les boues de désencrage : générées à la station de désencrage par les triturateurs, les cellules de flottation et les épurateurs. Celles-ci contiennent des encres, des charges minérales et des résidus de fibres cellulosiques entraînés lors du désencrage. Cendres: Provenant des appareils de combustion Autres résidus: Écorces, nœuds et résidus de bois

Les usines de pâtes et papiers génèrent d'importantes quantités de rejets solides tel que:

6

ØPrincipaux inconvénients de la combustion des boues :

• Combustion mal contrôlée: émission de particules en suspension et de gaz polluants

• Un pourcentage d'humidité trop faible peut causer l'émission de particules en suspension.

ØPrincipaux inconvénients de l'épandage des boues:

• Nécessité de disposer de grandes surfaces. • L'accumulation possible de métaux lourds • Présence de charges et de glaises dans les boues. • On doit prévoir un espace d'entreposage des boues pendant

l'hiver. • On doit procéder à une étude des sites .

Recyclage et situation actuelle

7

L’objectif général de ce projet est d’évaluer le potentiel de valorisation des boues de désencrage pour la production des composites bois-polymère.

Les objectifs spécifiques du projet sont les suivants:

1) Optimiser les paramètres de mise en forme des composites fibres- boues- polymère. 2). Evaluer les propriétés physiques et mécaniques des composites fibres – boues – polymère.

Objectifs de l’étude

8

partie expÉrimentale

9

La première étape: La mise en granules par extrusion

Extrudeuse à double rotation Entek Technologies Les vis sont de 27 mm de diamètre et de 1,3m de longueur . le mélange se fait avec un malaxeur interne température qui est de 150° C à 180° C. la Vitesse de la vis était de 50 à 80 tours par minute

Boues de désencrages

Pâte kraft

Polyéthylène haute densité

(PEHD)

Pré mélange

Polyéthylène modifié à l’anhydride

maléique (MAPE)

La conception des composites fibre – plastiques

La granulation de l’extrudé à une vitesse de rotation des couteaux de 180 tours/min

10 Éprouvettes d’essai pour les tests mécaniques et physiques.

Échantillons moulés

Appareil d’injection de marque Arburg 370A (600 kN température:(Buse) 190/190/190/190/171 °C

Ø Ténacité selon la norme ASTM D 638 (2003)

Ø Flexion trois points selon la norme ASTM

D790

Ø Traction simple selon la norme ASTM D 638

ØGonflement en épaisseur (GE) selon la norme ASTM D 1037

Granule extrudé

¯: la deuxième étape : La conception de composites par injection

11

rÉsultats et discussion

12

LES PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES

13

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

20% fibre 30% fibre 40% fibre 50% fibre

MO

E en

fle

xion

(GPA

)

20 %

kra

ft

20 %

bou

e

15%

Kraf

t + 5

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ue

10%

Kraf

t + 1

0%Bo

ue

30 %

kra

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30 %

bou

e

20 %

Kra

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10%

Bou

e

15 %

Kra

ft +

15%

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e

40 %

kra

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40 %

bou

e

30%

Kra

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10%

Bou

e

20%

Kra

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20%

Bou

e

50 %

kra

ft

50 %

bou

e

30 %

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20%

Bou

e

10 %

Kra

ft +

40%

Bou

e

0

10

20

30

40

50

60

70

20% fibre 30% fibre 40% fibre 50% fibre

MO

R (

MPa

)

Figure 2. Effets de la proportion des fibres et de BD sur le module de rupture en flexion des CBP

14 Augmentation de Module d`élasticité MOE en traction

Propriétés mécaniques

1,034 1,195

1,44 1,607 R² = 0,9932

0

0,5

1

1,5

2

20% fibre 30% fibre 40% fibre 50% fibre

MO

E en

trac

tion

(GPa

)

15%

Kra

ft +

5%

Boue

20 %

Kra

ft +

10%

Bou

e

30%

Kra

ft +

10%

Bou

e

30 %

Kra

ft +

20%

Bou

e

Figure 3. Effets de la proportion des fibres et de BD sur le module d’élasticité en traction des CBP

15

Figure 4. Effets de la proportion des fibres et des BD sur l’énergie de rupture en traction

0

5

10

15

20

25

30

35

40

20% fibre 30% fibre 40% fibre 50% fibre

Éner

gie

de ru

ptur

e (k

J/m

²)

20 %

kra

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20 %

bou

e

15%

Kra

ft +

5%B

oue

10%

Kra

ft +

10%

Bou

e

30 %

kra

ft

30 %

bou

e

20 %

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0% B

oue

15 %

Kra

ft +1

5% B

oue

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40 %

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kra

ft

50 %

bou

e

30 %

Kra

ft +2

0% B

oue

10 %

K +

40%

B

Propriétés mécaniques

La ténacité caractérisée par l’énergie de rupture diminue en augmentant la teneur en fibres.

16

Figure 4. Effets de la proportion des fibres et des BD sur la masse volumique

des composites

La variation de la densité des CBP

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

20 30 40 50

Den

sité

app

aren

te

17

STABILITÉ DIMENSIONNELLE

18

0

0,5

1

1,5

2

1 2 3 4 5 6 7

Gon

flem

ent

Volu

miq

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Temps (h)

20% 30%

40% 50%

0

1

2

3

4

5

6

24 168 504 840 1176 1512 2040

Gai

n en

poi

ds (%

)

Temps (h)

20%

30%

40%

50%

Figure 6. Effets de la proportion des fibres sur le gain en volume des CBP

Figure 7. Effets de la proportion des fibres sur le gain en poids des CBP

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conclusion

• L’utilisation des boues de désencrage dans la production de composites se traduira par une meilleure stabilité dimensionnelle.

Ø L’étude des propriétés physiques et mécaniques des CBP issus des quatre formulations étudiées, montre que ces propriétés varient en fonction de la proportion et de la nature de fibres.

Ø Nouvelle piste de recyclages des boues de désencrage comme agent de remplissage dans les composite bois plastique

§ D’une part nous avons observé qu’en général l’augmentation de la proportion des fibres Kraft améliore les performances mécaniques des CBP surtout les modules d`élasticité et de rupture en flexion et en traction.

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REFERENCES CITÉES

•Bouafif H, Koubaa A, Perré P, Cloutier A, Riedl B (2008). Analysis of among-species variability in wood fiber surface using DRIFTS and XPS: effects on esterification efficiency. J Wood Chem Technol 28:296-315.

•Geng X, Deng J, Zhang SY (2006). Effects of hot-pressing parameters and wax content on the properties on fiberboard made from pulp and paper sludge. Wood Fiber Sci 38(4):736-741.

•Geng X, Deng J, Zhang SY (2007a). Characteristics of pulp and paper sludge and its utilization for the manufacture of medium density fiberboard. Wood Fiber Sci 39(2):345-351.

•Migneault S, Koubaa A, Nadji H, Riedl B, Zhang T, Deng J (2010a). Medium-density fiberboard produced using pulp and paper sludge from different pulping processes Wood Fiber Sci 43(3):292-303.

•Migneault S, Koubaa A, Riedl B, Nadji H, Deng J, Zhang T (2010b). Pulp and paper sludge potential as a resin content reducing agent. Holzforchung, DOI:10.1515/HF.2011.039.

•Ochoa de Alda JAG (2008). Feasibility of recycling pulp and pulp and paper sludge in the paper and board industries. Resour Conserv Recycl 52:965-972.

•Slama, I. (2009) caractéristiques physico-mécaniques des composites bois-plastiques provenant de la valorisation des résidus des panneaux MDF- Étude des possibilités de recyclage. Mémoire de maîtrise, Université du Québec à Chicoutimi, 115 pages

•Zerhouni, A, Mahmood, T, Koubaa, A. (2012). The use of paper mill biotreatment residue as furnish or as a bonding agent in the manufacture of fibre-based boards. J-For. 2(2):19-24

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merci pour

votre attention