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          Last update : February 5, 2014
Valorization of Alfa fibers

Valorisation de la fibre d'alfa


Zied Marrackchi

Grenoble INP-Pagora


PhD thesis defended on December 10, 2013
Thèse soutenue le 10 Décembre 2013

LGP2

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Abstract

   


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This thesis aims at valorizing herbaceous plant called Alfa (Stipa tenacissima) in added value application. This raw material is very abundant in Tunisia. Thus, the main idea of this work is to use Alfa fibers as reinforcing elements in bio-composites.

The literature review revealed that this plant has not been extensively studied, which motivated undertaking a comprehensive study of these fibers. A systematic and deep study of the chemical composition, the morphological properties, the electrical charges, the refining kinetics of pulp as well as the physical properties of the paper produced from these fibers was performed and gave several rational insights on Alfa fibers in the context of papermaking.

The second part of this work was devoted to the use of Alfa fibers, as reinforcing fiber mat in composite materials based on biodegradable polymer matrices. In this context, an impregnation technique of the paper films in solutions of two biodegradable polymers – polycaprolactone (PCL) and poly-L-lactide (PLLA) – was chosen. The structural, morphological, thermal and mechanical properties of these new composites were analyzed and discussed.

In addition, an original microwave-assisted grafting of surface chemical modification of Alfa fibers was proposed. In this context, stearic acid was used as a coupling agent. Finally, the effect of the surface modification of the reinforcement on composites properties was assessed and analyzed.

Résumé

S’inscrivant dans le contexte de l’exploitation des matériaux bio-sourcés dans des applications à haute valeur ajoutée, cette thèse vise à valoriser une plante herbacée, l’Alfa (Stipa tenacissima), très abondante en Tunisie. L’idée principale est d’étudier et exploiter les pâtes d’Alfa produites à l’échelle industrielle afin d’utiliser les fibres d’Alfa comme éléments de renfort dans des bio-composites à base de matrices polymères.

Dans un premier temps, une caractérisation très complète – composition chimique, analyses morphologiques, mesure des charges électriques, cinétiques de raffinage des pâtes, etc. – a permis d’améliorer les connaissances relatives aux tiges et aux pâtes d’Alfa. En outre, l’effet du raffinage sur les propriétés physiques des papiers produits à partir des fibres d’Alfa a été étudié.

Dans un second temps, les travaux ont porté sur la valorisation des fibres d’Alfa transformées en papier, comme renfort dans des composites à matrices polymères biodégradables. Pour l’élaboration de ces composites, une technique d'imprégnation des papiers préparés dans des solutions de polymères biodégradables – polycaprolactone (PCL) et acide L-polylactique (PLLA) – a été utilisée. Les propriétés structurales, morphologiques, thermiques et mécaniques de ces nouveaux composites ont été analysées.

Enfin, une étude a été menée sur une méthode originale de modification de surface des fibres d’Alfa selon un protocole simple à trois séquences, combinant un traitement par micro-ondes et un traitement chimique des papiers préparés. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence l’effet de cette modification de surface du renfort sur les propriétés des composites.

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