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Biodégradation et recyclage du polyéthylène en matériaux de construction composites

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Biodégradation et recyclage du polyéthylène en matériaux de construction composites.

RÉSUMÉ

Ce travail présente les résultats d'études expérimentales et théoriques sur la biodégradation du polyéthylène, le recyclage du polyéthylène en matériaux de construction composites terrestres solides et résistants et la distribution statistique et l'analyse granulométrique des composites de polyéthylène.

Serratia marcescens subsp. marcescens et ses surnageants sont capables de biodégrader le polyéthylène linéaire basse densité (LLDPE). Les résultats montrent que les extraits acellulaires dégradent le LLDPE plus rapidement que la bactérie.

Les mécanismes de dégradation sont également élucidés en utilisant la microscopie électronique à balayage (SEM), la calorimétrie différentielle à balayage (DSC) et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR). Ces méthodes montrent que la bactérie et son surnageant dégradent tous deux le LLDPE.

Il y avait également une augmentation des concentrations des groupes carbonyle (nouveaux pics) après la dégradation microbienne du LLDPE. Les déchets PE peuvent être recyclés et utilisés comme renfort dans les briques de latérite pour les matériaux de construction durables. Les briques sont produites avec différents pourcentages en volume (0 à 30% en volume) de PE.

Les résistances à la flexion / à la compression et à la résistance à la rupture des blocs composites ont été comparées à celles du mortier (produit à partir de sable de rivière et de ciment). Le composite contenant 20 vol. % de PE avait la meilleure combinaison de résistance à la flexion / compression et de résistance à la rupture.

Les valeurs de résistance à la flexion / compression et de ténacité à la rupture ont ensuite diminué, respectivement, à des valeurs minimales pour 30 vol. % de PE. Les tendances des résistances mesurées et des valeurs de ténacité à la rupture sont expliquées à l'aide de composites et de modèles de pontage de fissures.

Il a été démontré que différentes tailles de particules des composites PE présentent des variations statistiques des résistances à la flexion / à la compression et à la résistance à la rupture. Les variations statistiques des résistances à la flexion / à la compression et à la résistance à la rupture sont bien caractérisées par les distributions de Weibull.

INTRODUCTION

1.1 Contexte

Les plastiques sont des polymères hétéroatomiques organiques synthétiques qui proviennent du pétrole, du charbon et du gaz naturel [1, 2]. Les plastiques ne sont généralement pas biodégradables en présence d'enzymes ou de microbes [3] et leur empilement entraîne des changements environnementaux prolongés [4].

Cela a conduit à des préoccupations environnementales car environ 140 millions de tonnes de polymères artificiels produits dans le monde se trouvent dans les emballages alimentaires, les détergents, les vêtements, les abris, les transports et les substances chimiques avec un taux annuel croissant de 12% [5, 6].

Ces plastiques comprennent le polyéthylène (LLPE, LDPE, MDPE et HDPE), le polypropylène (PP), le polystyrène (PS), le polychlorure de vinyle (PVC) et le polyéthylène téréphtalate (PET) [5, 7, 8, 9].

Les plastiques ont été largement utilisés en raison de leur combinaison attrayante de stabilité [10], de propriétés thermiques [6] et de propriétés mécaniques [11].

La consommation de PE est la plus importante parmi les polymères produits dans le monde, enregistrant un total de plus de 90 millions de tonnes métriques par an (The Plastics Portal). La production élevée de PE entrave la mise en œuvre d'un système d'élimination efficace [6].

Cependant, le PE peut être dégradé par des moyens chimiques, thermiques, photo et biologiques. Les mécanismes actuels qui sont utilisés dans la biodégradation du PE comprennent l'hydro-dégradation [7] et l'oxo-biodégradation [7, 12].

RÉFÉRENCES

Lewis, TB, Nielsen, LE (1970). Propriétés mécaniques dynamiques des composites chargés de particules. J. Appl. Polym. Sci., 14, 1449-1471.

Brockenbrough, JR, Subra S., Wienecke, HA (1991) «Déformation des composites à matrice métallique avec des fibres continues: effets géométriques de la distribution et de la forme des fibres.» Acta metallurgica et materialia 39 (5), 735-752.

Gupta, M., Wang, KK (1993). Orientation des fibres et propriétés mécaniques des composites moulés par injection renforcés de fibres courtes: résultats simulés et expérimentaux. Polym Compos, 14, 367–382.

Masenelli-Varlot, K., Reynaud, E., Vigier, G., Varlet, J. (2002). Propriétés mécaniques du polyamide renforcé d'argile. J. Polym. Sci. B, Polym. Phys., 40, 272-283.

Van Mier, JGM, van Vlie, t MRA, Wang TK (2002). «Mécanismes de fracture dans les composites de particules: aspects statistiques dans l'analyse de type de réseau.» Mécanique des matériaux 34 (11), 705-724.

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