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La dégradation d'un mélange de polyéthylène et d' amidon

2009
BERNAERS, Dietmar
Master in de industriële wetenschappen: Verpakkingstechnologie

Trefwoorden:

Abstract :
Les problèmes environnementaux, tels que l'épuisement du pétrole et le relarguage de déchets, nous obligent de chercher des solutions de rechange quant aux polymères traditionnels. L'amidon est un polymère biodégradable, renouvelable et naturel, mais il n'a pas les propriétés pour être utilisé comme un plastique commercial utilisé pour les matériaux d'emballage. Par conséquent, l'amidon est rajouté, dans des polymères traditionnels, comme polyéthylène basse densité (LDPE). Dans cette étude, nous examinons la biodégradation de deux différents mélanges de LDPE et d'amidon plastifié (70m% d'amidon et 30m% de glycérol) extrudé. Le premier produit, EA3, contient 63% d'amidon plastifié et l' autre produit, EE5, contient 44% d'amidon plastifié.
Les échantillons ont été dégradés en fonction de la norme ISO / CEN 14855 de 45 jours à 58 ° C, en conditions aérobies, et dans 2 différents milieux, de la vermiculite et le compost. Il n'y avait que des prélèvements de l'environnement de la vermiculite.

Au cours de la dégradation il est clairement visible que les échantillons changent de couleur et ils se développent des taches noires et marrons sur les échantillons. Les taches sont des micro-organismes et leurs excréments.
La perte de masse des échantillons a été calculé. EA3 et EE5 ont perdu respectivement 51% et 33% de leur masse. La perte de masse est principalement due à l'hydrolyse et la dégradation de l'amidon. Les matériaux restent respectivement 12% et 10% de l'amidon dans le matériau. Cet amidon est inaccessible à la biodégradation et est piégé dans la matrice du polyéthylène.
L'évacuation de l'air au cours de la dégradation a été analysé pour le CO2 en utilisant la spectroscopie infrarouge. Le CO2 a été comparé par rapport au CO2 émis par une conversion de 100% de tous la carbone ajouté. Ce sont les seuls tests où le compost et le milieu vermiculite ont été comparé. La dégradation en compost est clairement plus grande que celle de la vermiculite. C'est probablement parce que le compost, même s'il est mature, comporte des sources de carbone. Cela est également reflété dans le taux initial de la biodégradation du compost qui est plus élevé que dans le milieu vermiculite. La deuxième raison est que le compost contient un plus grand nombre et une plus grande diversité de micro-organismes par rapport au milieu vermiculite.
L'analyse thermogravimétrique (ATG) a souligné que EA3 a une moindre dégradation de l'amidon que EE5. Ceci est en contradiction avec une étude précédente [Ch97]. Cette analyse confirme également la thèse selon laquelle une partie de l'amidon reste piégée dans la matrice de polyéthylène et ne peut donc pas se dégrader.
La cristallinité de EE5 a été définie par la DSC. Cela indique que la cristallinité augmente pendant la biodégradation, ce qui signifie que la partie amorphe est plus sensible à la dégradation en comparaison avec la partie cristalline du polymère.

De degradatie van een polyethyleen en zetmeel blend

Auteur: Bernaers Dietmar
Int. Promotor: Drs. Jaspers Lize
Ext. Promotor: MC. Copinet Alain

Milieukundige problemen, zoals de groeiende afvalberg en de uitputbaarheid van aardolie, maken dat er een grote vraag is vanuit de industrie naar onderzoek naar alternatieven voor de conventionele bulkpolymeren. Een mogelijk alternatief is het gebruik van zetmeel, een biologisch afbreekbaar en hernieuwbaar polymeer, als vulstof voor bulkpolymeren zoels lage dichtheid polyethyleen (LDPE). In deze masterproef wordt dan ook de biologische afbreekbaarheid van twee verschillende geëxtrudeerde blends van LDPE en plasticized starch (70m% zetmeel en 30m% glycerol) onderzocht, namelijk EA3 , bestaande uit 63% plasticized starch en EE5 , bestaande uit 44% plasticized starch.
De stalen worden gedegradeerd volgens de ISO/CEN 14855 norm, gedurende 45 dagen bij 58°C, aërobe condities en in 2 verschillende media, vermiculiet en compost. Uit het vermiculiet milieu worden enkele stalen genomen.

Tijdens de degradatie van de stalen vindt er een kleurverandering plaats en ontstaan er donkerkleurige punten op de stalen. Dit is het gevolg van micro-organismen en hun excretieproducten.
Berekening van het massaverlies van de stalen maakt duidelijk dat de EA3 en de EE5 respectievelijk 51% en 33% van hun massa verliezen. Dit is hoofdzakelijk te wijten aan de hydrolyse en afbraak van het zetmeel. Er blijft respectievelijk 12% en 10% van het zetmeel over in het materiaal. Dit zetmeel zit ingenesteld in de matrix van het polyethyleen en kan daardoor niet gedegradeerd worden.
Tijdens de degradaties wordt de afgevoerde lucht ook geanalyseerd op CO2 met behulp van infrarood spectroscopie. De uitgestoten CO2 werd vergeleken met de CO2 uitgestoten bij een 100% omzetting van alle toegevoegde koolstof. Dit zijn de enige testen waarbij het compost met het vermiculiet milieu wordt vergeleken. Het compost gaf duidelijk een grotere degradatie aan dan deze in vermiculiet. Dit komt wellicht doordat het compost, hoewel het matuur is, nog bronnen van koolstof bezit, dit uit zich ook in de beginsnelheid van de degradatie die hoger is in het compost dan in het vermiculiet milieu. Een tweede reden is dat het compost een veel groter aantal en een veel grotere diversiteit aan micro-organismen bevat in vergelijking met het vermiculiet milieu.
Bij de thermogravimetrische analyse (TGA) werd vastgesteld dat bij EA3 er een lagere degradatie van het zetmeel is dan bij EE5. Dit is contradictorisch met een voorgaande studie [Ch97]. Deze analyse bevestigt ook de stelling dat er een gedeelte van het zetmeel gevangen blijft in de polyethyleenmatrix en bijgevolg niet kan degraderen.
De kristalliniteit van EE5 werd bepaalt door middel van dynamische differentiecalorimetrie . Deze geeft aan dat de kristalliniteit stijgt gedurende de degradatie, dit wil zeggen dat het amorfe gedeelte gevoeliger is voor degradatie dan het kristallijn gedeelte van het polymeer.

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BERNAERS, D. (2009). La dégradation d'un mélange de polyéthylène et d' amidon. Unpublished thesis, Xios, IWT.
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