Photodégradation de composites constitués de polyéthylène haute densité et de bagasse délignifiée

Les composites bois/polymère sont généralement constitués d'un mélange de bois et de résines plastiques. D'autres matériaux lignocellulosiques peuvent également être utilisés tels que des coproduits agricoles comme la balle du riz, le lin, la bagasse, etc. Au cours des dernières décennies le bois composite a trouvé sa propre place dans les marchés des produits à base de bois grâce à sa facilité d'entretien et à sa grande longévité. La lignocellulose rajoutée à la résine plastique améliore le module d'Young et la résistance à l'étirement comparé au plastique seul [1]. Le bois composite est aussi connu comme un produit recyclable et respectueux de l'environnement. Le bois composite subit la photodégradation quand il est exposé à l'extérieur ce qui provoque la décoloration et la perte de propriétés mécaniques

Properties of composites of high density polyethylene and bagasse flour : effect of fiber delignification and surface treatment on the resistance to photo- and bio-degradation

Les effets du vieillissement accéléré, comme la décoloration et la perte de propriétés mécaniques, limitent les utilisationsdes composites bois-polymère (WPC) dans les applications en extérieur. Dans la présente étude, il a été tenté d'étudier l'influence de l'utilisation de fibres délignifiées de bagasse (canne a sucre) en renfort sur les propriétés des WPC et de suivre leur effet sur le contrôle de la photo- et de la bio-dégradation (vis-à-vis des champignons et des termites). A côté des échantillons délignifiés, les effets d'une finition finition transparente ont également été étudiés sur la qualité de surface et la réduction des défauts causés par la photo- et la bio-dégradation d'échantillons pigmentés et non pigmentés. Afin de faciliter l'analyse des données et avoir des résultats plus fiables, des analyses statistiques ont été effectuées sur des données provenant de différentes techniques de mesure. Toujours dans cette étude, les effets positifs et négatifs de l'utilisation de pigments granulaires ont été étudiés. Les résultats ont montré que l'utilisation de fibres délignifiées, selon le type de solvant et le niveau de délignification, provoque des changements sur la qualité de surface et les propriétés mécaniques. En outre, les échantillons délignifiés ont montré une perte de rigidité comparés aux échantillons non-délignifiées. Après vieillissement, les échantillons délignifiés ne montraient pas de réduction du changement de couleur total causé par le vieillissement. Toutefois, les fibres délignifiées accompagnées de pigments entrainent, dans une certaine mesure, une stabilisation de la rigidité des échantillons exposés au vieillissement par rapport aux échantillons non-exposés.De plus, les échantillons avec la finition transparente ont montré des résultats très prometteurs. La finition réduit le changement de couleur total du au vieillissement, et un prétraitement de surface favorise le maintien de l'efficacité de la finition, dans toutes les étapes de la photo et la bio-dégradation. Par ailleurs, les échantillons délignifiés à 70% et les échantillons ayant subi un vieillissement montrent une plus forte biodégradation et une plus grande perte de masse par rapport aux témoins. L'étude métrologique montre que le test non-destructif par vibration est une méthode fiable pour étudier les propriétés mécaniques des WPC et les effets du vieillissement. Néanmoins, il n'a pas été montré d'effet important de la délignification sur le contrôle du vieillissement. Les études sur la corrélation entre les variables ont montré que les changements avant et après le vieillissement peuvent être prédits à partir des résultats de tests non-destructifs.The effects of weathering, such as color fading and loss in mechanical properties, limit the performance of wood-polymer composites (WPC) in outdoor applications. In the current study, it has been tried to investigate the influence of using delignified sugar cane bagasse fibers as a reinforcement on properties of WPC and follow the effects that it cause on controlling photo and bio-degradation (fungi and termite attacks). Beside delignified samples, the effects of clear coating also have been studied on surface quality and reduction of defects caused by photo and bio-degradations of pigmented and non-pigmented samples. To facilitate the data analysis and having more reliable results, some statistical analyses have been carried out on data from different variables. Also in this study the positive and negative effects of using granule pigments in master batch of components have been investigated. Results have shown that using delignified fibers, depending on type of solvent and level of delignification, cause changes on surface qualities and mechanical properties. As well, delignified samples have shown loss in MOE compare to non-delignified samples. After weathering, none of the delignified samples had reduced the total color change caused by weathering. However delignified fibers with pigments, to some extent, stabilized the MOE in weathered samples compared to un-weathered samples. In addition, clear coated samples have shown very promising results. Total color change was reduced in coated samples and by means of pre-treatments of surface, coating remained efficient in all steps of the photo and bio-degradations. This is while the 70% delignified samples and weathered samples showed higher degradation and weight loss compared to controls and un-weathered ones. Methodology investigation did show that vibration none-destructive test is the reliable method to study the mechanical properties of WPC and weathering effects. Nevertheless, it did not show the significant effects of delignification on controlling weathering. Studies on correlation between variables have shown changes before and after weathering which can be used in further studies on modeling

Propriétés de composites de polyéthylene haute densité et résidus de canne à sucre: effet de la délignification des fibres et d'un traitement de surface sur la résistance à la photo- et la bio-dégradation

The use of wood-polymer composites (WPC), combination of plastics and lignocellulosic fibers, is developing considerably. However, the effects of weathering, such as color fading and loss in mechanical properties, limit their performance in outdoor applications. WPC produced in Iran and made of high-density polyethylene and sugar cane fibers was studied. The effect of fiber pretreatments (delignification to various levels and, pigmentation) and clear coating on the resistance to weathering and biodegradation, and to their combination, was investigated. Chemical (NIR, ESR and FTIR spectroscopy), physical (color, roughness, wettability), mechanical (vibration, 3 points bending and indentation) and biological (resistance to fungi and termites) observations were made on extruded samples. Delignification generally reduced initial mechanical properties while not preventing degradation and color change due to weathering, except when combined with addition of pigments where the rigidity was stabilized to some extent. Clear coating showed very promising results: it prevented color changes associated to photo and bio-degradations, and reduced the loss of properties due to weathering. Although fungi and termites provoked some surface degradation of weathered samples due to the better accessibility of fibers, the resistance of the products to degradation was good. From the methodological viewpoint, the good correlation between various mechanical parameters suggests the applicability of nondestructive testing methods based on modal analysis or indentation techniques for in-situ characterization of WPC properties or evaluation of the degradation level.L'emploi des composites bois-plastique (WPC), combinaison de polymères plastiques et de fibres ligno-cellulosiques, se développe considérablement. Cependant, les effets du vieillissement, tels que l'altération de leur couleur ou la perte de résistance mécanique, limite leurs performances lors d'expositions/utilisations extérieures. Des composites produits en Iran, à base de polyéthylène haute densité et de bagasse de canne à sucre, ont été étudiés, notamment les effets de prétraitement des fibres (différents niveaux de délignification), de l'ajout de pigments et d'une finition transparente, ainsi que leurs effets combinés, sur le vieillissement et la biodégradation. Des observations chimiques (spectroscopie NIR, ESR, FTIR), physiques (couleur, rugosité, mouillabilité), mécaniques (vibration, flexion 3 points, indentation) et biologiques (résistance vis-à-vis des champignons et des termites) ont été réalisées sur des échantillons obtenus par extrusion. En général, la délignification réduit les propriétés mécaniques, bien que ne prévenant pas la dégradation ni le changement de couleur dû au vieillissement, excepté lorsqu'elle est combinée à l'addition de pigments auquel cas elle maintient la rigidité dans une certaine mesure. L'ajout d'une finition transparente a montré des résultats très prometteurs : la finition prévient le changement de couleur associé aux photo et biodégradations, et réduit la perte des propriétés mécaniques due au vieillissement. Bien que les champignons et les termites provoquent une dégradation de surface des échantillons vieillis étant donné l'accès plus aisé aux fibres, les composites ont montré une bonne durabilité biologique. Du point de vue méthodologique, la bonne corrélation entre les différents paramètres mécaniques suggère que l'utilisation de méthodes d'essai non destructives basées sur l'analyse modale ou l'indentation est adaptée pour la caractérisation in-situ des composites et pour l'évaluation de leur degré de dégradation

Properties Evaluation of High Density Polyethylene Composite Filled with Bagasse after Accelerated Weathered

Wood plastic composites (WPCs) are produced from a mixture of wood (in different sizes) and resin (thermoset or thermoplastic). This product has many applications as structural and non-structural materials and since its emerge in market its use received an increasing trend. Adding wood flour to polymer not only improves its mechanical properties compared to net polymer, but also leads to products with moldability characteristics. With increasing demand of WPCs and reduction in forest harvest according to new protecting law of forestry, and lack of raw materials for producers, other lignocelluloses materials replace wood flour. Agricultural by-products such as hemp, coir, rice husk and bagasse (residual from sugar cane extraction) are the examples that can be used in WPCs. As the outdoor application of Wood Plastic Composites (WPCs) becomes more widespread, the resistance of its products against weathering, particularly ultraviolet (UV) light becomes more concerned. When WPCs are exposed to outdoor, ultraviolet (UV) light, rain, snow and atmospheric pollution, they will be degraded which is marked by color fade and loss in mechanical properties. Nowadays many manufactures of WPCs use bagasse as a raw material. Their production in different color and shapes are used as arbors and pergolas and also as decorative applications for outdoor uses. However, so far there has been no research done on the effects of weathering on composites made from bagasse. In present study, composites from bagasse and high density polyethylene, with and without pigments in master batch, have been made through extrusion. Then samples were exposed to accelerated weathering for 1440h. After this period of time samples were removed and their chemical, mechanical and surface qualities were studied. The results have shown that using bagasse as filler can relatively reduce the discoloration of weathered samples. Moreover, adding pigments to WPCs can increase colorstability, while it would cause higher loss in mechanical properties

Effect of Using Delignified Fibers on Mechanical Properties of High Density Polyethylene Composite Filled with Bagasse Before and After Accelerated Weathering

There is great potential for wood plastic composites usage for outdoor applications in the markets. However these products contain natural fibers which go through degradation due to various environmental factors, and that also increase the photo-degradation of polymer matrix. Loss in mechanical properties is one of the undesirable effects of these degradation which by itself can limit structural application of WPCs. Lignin plays an important role in the field of wood weathering. In this study, lignin was partially removed from non-wooden fibers of sugar cane (bagasse). These fibers were applied with high density polyethylene to produce natural fiber composites. Granule polyethylene based pigments were also added to half of the samples. To investigate the effects of delignification and pigments on mechanical properties of produced composites before and after 1440h accelerated weathering, three different mechanical tests were conducted: 3 points bending, vibration test and indentation. These tests were carried out on the samples to obtain the best index for measuring the effect of weathering on samples, and also assess to the changes in MOE, work of maximum load and ductility after exposure to weathering. As well, ATR-FTIR spectroscopy has been applied to explain the chemical changes according to the mechanical ones. An undeniable loss in MOE was observed as the result of using delignified fibers in WPCs. Before any exposure to weathering, interaction of delignified fibres and pigments showed high reduction in MOE. After weathering, the MOE systematically decreased. However, for delignified samples containing pigments minimal change in the MOE was observed. By means of FTIR analysis, delignified samples showed increase in oxidation of surface and produced high amount of carbonyl group after weathering. Also, colored samples showed less decrease in lignin and carbonyl indexes, while they lost more hydroxyl and wood indexes compared to the control samples. These results indicate the role of pigments as reducer of oxidation. Cooperation of delignified fibres with pigments show interesting increase in crystallization of the product after weathering

Propriétés de composites de polyéthylene haute densité et résidus de canne à sucre (effet de la délignification des fibres et d'un traitement de surface sur la résistance à la photo- et la bio-dégradation)

Les effets du vieillissement accéléré, comme la décoloration et la perte de propriétés mécaniques, limitent les utilisationsdes composites bois-polymère (WPC) dans les applications en extérieur. Dans la présente étude, il a été tenté d'étudier l'influence de l'utilisation de fibres délignifiées de bagasse (canne a sucre) en renfort sur les propriétés des WPC et de suivre leur effet sur le contrôle de la photo- et de la bio-dégradation (vis-à-vis des champignons et des termites). A côté des échantillons délignifiés, les effets d'une finition finition transparente ont également été étudiés sur la qualité de surface et la réduction des défauts causés par la photo- et la bio-dégradation d'échantillons pigmentés et non pigmentés. Afin de faciliter l'analyse des données et avoir des résultats plus fiables, des analyses statistiques ont été effectuées sur des données provenant de différentes techniques de mesure. Toujours dans cette étude, les effets positifs et négatifs de l'utilisation de pigments granulaires ont été étudiés. Les résultats ont montré que l'utilisation de fibres délignifiées, selon le type de solvant et le niveau de délignification, provoque des changements sur la qualité de surface et les propriétés mécaniques. En outre, les échantillons délignifiés ont montré une perte de rigidité comparés aux échantillons non-délignifiées. Après vieillissement, les échantillons délignifiés ne montraient pas de réduction du changement de couleur total causé par le vieillissement. Toutefois, les fibres délignifiées accompagnées de pigments entrainent, dans une certaine mesure, une stabilisation de la rigidité des échantillons exposés au vieillissement par rapport aux échantillons non-exposés.De plus, les échantillons avec la finition transparente ont montré des résultats très prometteurs. La finition réduit le changement de couleur total du au vieillissement, et un prétraitement de surface favorise le maintien de l'efficacité de la finition, dans toutes les étapes de la photo et la bio-dégradation. Par ailleurs, les échantillons délignifiés à 70% et les échantillons ayant subi un vieillissement montrent une plus forte biodégradation et une plus grande perte de masse par rapport aux témoins. L'étude métrologique montre que le test non-destructif par vibration est une méthode fiable pour étudier les propriétés mécaniques des WPC et les effets du vieillissement. Néanmoins, il n'a pas été montré d'effet important de la délignification sur le contrôle du vieillissement. Les études sur la corrélation entre les variables ont montré que les changements avant et après le vieillissement peuvent être prédits à partir des résultats de tests non-destructifs.The effects of weathering, such as color fading and loss in mechanical properties, limit the performance of wood-polymer composites (WPC) in outdoor applications. In the current study, it has been tried to investigate the influence of using delignified sugar cane bagasse fibers as a reinforcement on properties of WPC and follow the effects that it cause on controlling photo and bio-degradation (fungi and termite attacks). Beside delignified samples, the effects of clear coating also have been studied on surface quality and reduction of defects caused by photo and bio-degradations of pigmented and non-pigmented samples. To facilitate the data analysis and having more reliable results, some statistical analyses have been carried out on data from different variables. Also in this study the positive and negative effects of using granule pigments in master batch of components have been investigated. Results have shown that using delignified fibers, depending on type of solvent and level of delignification, cause changes on surface qualities and mechanical properties. As well, delignified samples have shown loss in MOE compare to non-delignified samples. After weathering, none of the delignified samples had reduced the total color change caused by weathering. However delignified fibers with pigments, to some extent, stabilized the MOE in weathered samples compared to un-weathered samples. In addition, clear coated samples have shown very promising results. Total color change was reduced in coated samples and by means of pre-treatments of surface, coating remained efficient in all steps of the photo and bio-degradations. This is while the 70% delignified samples and weathered samples showed higher degradation and weight loss compared to controls and un-weathered ones. Methodology investigation did show that vibration none-destructive test is the reliable method to study the mechanical properties of WPC and weathering effects. Nevertheless, it did not show the significant effects of delignification on controlling weathering. Studies on correlation between variables have shown changes before and after weathering which can be used in further studies on modeling.MONTPELLIER-BU Sciences (341722106) / SudocSudocFranceF

Evaluation of High Density Polyethylene composite filled with Bagasse after Accelerated weathering follow by biodegradation

Wood plastic composites (WPCs) have many applications as structural and non-structural materials. Adding wood flour to polymer will not only improve its mechanical properties, compared to net polymer, but also will lead to products with moldability characteristics. As the outdoor application of Wood Plastic Composites (WPCs) becomes more widespread, the resistance of these products against weathering, particularly ultraviolet (UV) light, and biodegradation becomes more of concern. In present study, composites from bagasse and high density polyethylene, with and without pigments, have been made through extrusion and gone through accelerated weathering for 1440h, then weathered and non-weathered samples were exposed to fungal and termite resistance tests. The chemical and surface qualities of samples were studied by means of ATR-FTIR spectroscopy, colorimetric, contact angle and roughness tests after weathering. After fungal and termite resistance tests, color changes and weight loss were observed. The results have indicated that using bagasse as filler can relatively reduce the discoloration of weathered samples. Moreover adding pigments into WPCs can reduce effects of weathering by reducing surface oxidation. However, it cannot affect the biodegradation after weathering. Despite of high resistance of samples against biological attack, weathering can enhance the termites and fungal attack on the surface and can cause surface quality loss

Evaluation of high density polyethylene composite filled with bagasse after accelerated weathering followed by biodegradation

International audienceWood-plastic composites (WPC) have many applications as structural and non-structural material. As their outdoor application becomes more widespread, their resistance against weathering, particularly ultraviolet light and biodegradation becomes of more concern. In the present study, natural fiber composites (NFPC) made of bagasse and high density polyethylene, with and without pigments, were prepared by extrusion and subjected to accelerated weathering for 1440 h; then weathered and un-weathered samples were exposed to fungal and termite resistance tests. The chemical and surface qualities of samples were studied by ATR-FTIR spectroscopy, colorimetry, contact angle, and roughness tests before and after weathering. Using bagasse as filler does reduce the discoloration of weathered samples. Adding pigments may reduce the effect of weathering on lignin degradation, although it favors polymer oxidation, but it increases the weight loss caused by fungi. Despite the high resistance of samples against biological attack, weathering triggers attack by termites and fungi on the surface and causes surface quality loss