Dissertations / Theses on the topic 'Polypropylène – Recyclage'

Le recyclage iso-fonction des boucliers automobiles en polypropylènes-chocs a été étudié en analysant les mécanismes de déformation en traction uniaxiale. Pour ce faire, une technique de mesure des champs de déformation tridimensionnels par corrélation d’images numériques a été développée. Le comportement mécanique des polypropylènes-chocs a été comparé à celui d’un polypropylène. La déformation du polypropylène se caractérise par une striction, qui est un gradient longitudinal de déformation, et par des déformations homogènes transversalement. Ce mode de déformation diffère de celui des polypropylènes-chocs pour lesquels on constate une absence de striction et des gradients transversaux des déformations transverses. Ces gradients de déformation mesurés en surface des éprouvettes traduisent un gradient de dilatation volumique important entre le cœur et la peau des plaques injectées, lié à des phénomènes de cavitation hétérogènes. Les influences d’une pollution avec de l’huile de moteur et/ou avec de l’éthylène-glycol et du recyclage sur les mécanismes de déformation ont également été analysées. L’huile de moteur présente un effet plastifiant qui entraîne une modification du mode de déformation des polypropylènes-chocs, caractérisée par un ralentissement des phénomènes de cavitation. Le recyclage se traduit par une diminution importante de la déformation à la rupture, occasionnée par une diminution des masses molaires du polymère. Une pollution avant l’étape de recyclage mécanique permet de limiter l’effet du recyclage seul, ce qui s’avère être un effet bénéfique pour le recyclage des boucliers automobiles. D’autre part, le vieillissement thermique réalisé sur l’ensemble des matériaux de cette étude montre que ces matériaux sont très stables au cours du temps.

Ce travail présente l'élaboration et l'étude des propriétés de mélanges à base d'une formulation commerciale (PP/EPR) utilisée dans la fabrication de boucliers automobiles. Dans une première partie, la compatibilisation de polluants potentiels tels que ABS, PA, PU a conduit à élaborer (PP/EPR)/ABS, la présence du compatibilisant SEBS) augmente la résistance aux chocs et l'allongement à la rupture (amélioration de l'interface matrice/polluant) et diminue la taille de particules ABS. Par contre, outre l'incompatibilité du PU avec la matrice (PP/EPR), il dégrade les propriétés mécaniques des mélanges mêmes en présence de compatibilisants. Les mélanges renforcés nano-CaCO3, pourraient contribuer à l'éco-conception de "formulations PP" en substituant des matières premières organiques non renouvelables et en améliorant les propriétés chocs des formulations d'origine. L'étude morphologique et les propriétés mécaniques montrent que la dispersion des nanoparticules est assez différente dans la matrice, en fonction des propriétés de surface des nanocharges (acide gras dont l'acide stéarique). D'autre part, les nano-CaCO3 migrent préférentiellement dans la phase EPR (par rapport à la phase PP). La présence de compatibilisant PEP améliore les propriétés mécaniques mais celle d'EPR-g-MAH fragilise le matériau
This work deals with the elaboration and the study of the properties of blends based on a commercial formulation used in the manufacturing of automotive bumpers. We first worked on the compatibilization of polymers that can be mixed with polypropylene after sorting. Then, we taled to disperse nano-cac03 in the ma taix. The compatibilization of potential polymer pollutants such as abs, pa, pu, led to the elaboration and characterization of blends containing three polymers and a compatibilizer. For (PP/EPR)/abs blends, the presence of sebs as compatibilizer increased the impact strength and the elongation at break (improvement of the matrix/pollutant interface) and decreased the size of abs particles. The blends reinforced with nano-cac03 could contribute to the ecodesign of pp based formulations by substituting non renewable organic raw materials as well as by simulating the presence of nanoparticles that could be mixed with pp matrices after sorting and also by improving the impact strength properties of the initial formulations. The morphological study and the mechanical properties show that the dispersion of nanoparticles in the matrix differs according to the surface properties of the nanofillers (fatty acids including stearic acid). On the other hand, the nano-cac03 preferentially migrate in the EPR phase (compared to pp phase). The presence of pep compatibilizer improves the mechanical properties but epr-g-mah weakens the materials

Due to the important number of highly appreciated properties such as high impact strength, high tensile strength, good chemical resistance, low density, and also rather low cost, polypropylene is among the most widely used thermoplastics in many industrial fields. However, like other recycled polymers, its properties usually decrease after the recycling process and sometimes are degraded to a poor levels of properties in order to direct re-employment. The recycled products need to be reinforced to take a good competition. In this field, the objective of the thesis initially was studied the influence of processing conditions and recycling parameters in twin screw extruder on structure of virgin initial polypropylene and on it’s properties. Then, from recycled and characterized products, we carried out the reinforced formulations having the equivalent or improved properties compared to initial properties. We studied the role of incidence of the introduced additives, in particular that of nanoclays and vegetables fibers on obtained composites. In parallel, we studied the concentration of chemical modified nanoclay and compatibilizer contents in the composite according to the traditional thermodynamic rules. The nanodispersion and the interaction matrix/clay were also investigated by using the Dynamic mechanical thermal analysis (DMTA), the X-rays diffraction (XRD), the Differential scanning calorimetry, the Scanning electron microscope (SEM) and the Rheological measurements). In the following step, we studied the process of introduction of bamboo fibers into to recycled polypropylene matrix by using a modular twin screw extruder to produce the composites in the form of transformable pellets. The objective here is to obtain “green” composite materials to substitution in keeping the mechanical properties required by the traditional specification conditions
Le polypropylène est un thermoplastique couramment utilisé dans la production industrielle. Il répond aux exigences de nombreux cahiers des charges grâce à ses excellentes propriétés, notamment mécaniques, tout en présentant une des plus faibles densités. Cependant, comme beaucoup d’autres polymères recyclables, ses propriétés diminuent lors d’utilisations successives et parfois se dégradent à des niveaux trop faibles pour un réemploi direct. Les produits recyclés ont alors besoin d’être renforcés pour les rendre plus compétitifs. Dans ce cadre, l’objectif de la thèse a été d’abord d’étudier l’influence des conditions opératoires et des paramètres de mise en œuvre en extrusion sur l’évolution de la structure du polypropylène initialement vierge, puis ses propriétés. A partir des produits recyclés et caractérisés, nous réalisons ensuite des formulations renforcées équivalentes ou améliorées par rapport au niveau des propriétés initiales. Nous avons ainsi modélisé le rôle de l’incidence des adjuvants introduits et notamment ceux des nanocharges d’une part et des fibres végétales d’autre part, sur le comportement du composite obtenu. Parallèlement, nous avons étudié la concentration en argile modifiée chimiquement et compatibilisée selon les règles thermodynamiques classiques. La nanodispersion et l’interface polymère/argile ont été également étudiées en utilisant successivement l’analyse dynamique thermomécanique (DMTA), la diffraction aux rayons X (XRD), la calorimètrie différentielle à balayage (DSC), la microscopie électronique à balayage (MEB) et les mesures rhéologiques. Dans une étape suivante, nous avons établi un processus d’introduction des fibres végétales dans la base polypropylène à l’aide d’une extrudeuse double vis modulaire pour produire un composite sous forme de granulés transformables. L’objectif est ici d’obtenir un matériau composite « vert » de substitution, tout en gardant les propriétés mécaniques exigées par les cahiers des charges traditionnels. Finalement, toutes ses approches et études scientifiques nous ont permis de maîtriser les paramètres de réemploi du polypropylène et d’ouvrir la voie à de nouvelles applications comme par exemple des supports en milieu aqueux pour les stations de retraitement des eaux usées au Vietnam

The use of thermoplastic olefins like polypropylene is currently growing in the automotive industry. However, the increase of wastes from end of life vehicles represents a threat to our environment. Mechanical recycling is the most acceptable and ecological method. The purpose of this thesis is to identify the thermomechanical degradation mechanisms of PP-based composites, as a function of fillers content. Recycling was simulated by multiple extrusions. The considered fillers consist of ethylene octene copolymer and talc. The different properties of recycled PP-based composites were studied by a multiphysical approach. A detailed study of high strain rate and temperature sensitivities of recycled PP-based composites is achieved. The micromechanical modeling is used to predict the yield and the elastic behaviors of non-recycled and recycled materials.

Dans une première partie, le mélange polypropylène/polyamide-6/polyphosphate d'ammonium (PP/PA-6/APP) est optimisé. L'efficacité du mélange PA-6/APP dans le PP est mise en évidence. La présence d'un agent interfacial indispensable pour prévenir les phénomènes de rejet est démontrée. Une forte influence des conditions de mise en oeuvre (température, cisaillement, temps de résidence) par les différents procédés d'élaboration (malaxage, extrusion) apparaît au cours de cette étude. Le rôle de l'agent interfacial et la recherche d'un effet de synergie complètent cette partie pour répondre à un cahier des charges précis. Les possibilités de mise en oeuvre par extrusion puis injection-moulage du mélange sont vérifiées. La seconde partie de l'étude est consacrée à l'étude de l'évolution des propriétés du matériau lorsqu'il est soumis à un vieillissement accéléré. Les résultats obtenus sont comparés à l'influence d'extrusions successives. La dégradation des performances est expliquée par une analyse morphologique et une analyse élémentaire. Le mécanisme d'oxydation du PP est abordé. La troisième partie de ce travail porte sur l'influence de l'ajout de charges minérales comme renfort sur les propriétés mécaniques et la tenue au feu du mélange. L'influence des caractéristiques physico-chimiques du talc et du carbonate de calcium est mise en évidence. Le rôle du procédé de mise en oeuvre, notamment du nombre d'extrusion sur le comportement du mélange lorsqu'il est soumis à différents tests feu complète la troisième partie.

Cette étude, cofinancée par l’ADEME et la Région Poitou-Charentes, propose d’explorer la voie du recyclage mécanique des déchets plastiques en les utilisant comme matrice dans des composites à charges d’origine végétale. Les matériaux étudiés sont le polypropylène (PP), le polyéthylène haute densité (PEhd), et des fibres d’épicéa. Les polymères ont été recyclés jusqu’à 20 fois, en utilisant le matériel de la plate-forme technologique de Valagro (Poitiers). Nous avons ajouté dans ces polymères des fibres d’épicéa à différents taux massiques. L’analyse des matériaux obtenus s’est faite suivant deux axes : étude de l’évolution microstructurale et caractérisation du comportement mécanique. Les résultats ont permis de mettre en évidence la présence d’une transition ductile-fragile dans le PP au cours du recyclage, et l’apparition progressive de la phase cristalline dans le PP lorsque le taux de renfort augmente dans les composites. Le couplage des mesures des champs de déformations par corrélation d’images numériques en pointe de fissure avec les simulations par éléments finis a permis de caractériser l’évolution de paramètres mécaniques des matériaux étudiés
In this study, jointly supported by ADEME and Poitou-Charentes region, it is proposed to exploit a mechanical recycling method for plastic wastes by using them as matrices in natural composites. The studied materials are polypropylene (PP), high density polyethylene (PEhd) and spruce fibres. The polymers supplied by Valagro platform (Poitiers) have been recycled up to 20 times. Then, spruce fibres have been added to these polymers with different fibre weight fractions. The analysis of the so-obtained materials has been carried out along two main lines: the study of the microstructural evolution on one hand and the characterization of the mechanical behaviour on the other. The results have displayed the appearance of a ductile-brittle transition in PP during the mechanical recycling and a progressive appearance of  crystalline phase with increasing fibre weight fraction. A coupling between strain maps obtained by the digital image correlation method at a crack tip and the simulation by the finite element method has enabled the evolution of some mechanical parameters of the studied materials to be characterized

De part leur grande consommation, les pièces en élastomère vulcanisé sont une source importante de déchets. Une des voies de revalorisation de ces matériaux est leur réutilisation sous forme de particules dans des composites à matrice polymère, afin de diminuer leur rigidité et d'augmenter leur résistance aux chocs de faible énergie. Cette étude est ainsi née d'une collaboration entre le LIMATB et la Technische Universität Chemnitz, qui développe ce concept de matériaux.

L'objectif de cette étude est la caractérisation expérimentale et la modélisation du comportement mécanique de composites thermoplastiques élastomères (TPE). Ces matériaux sont composés d'une matrice en homopolymère polypropylène isotactique (PP) et de particules d'élastomère recyclées à base d'éthylène propylène diène monomère (EPDM). La nature complexe du PP nous a incité à développer un modèle micromécanique, en distinguant dans ce polymère une phase amorphe et une phase cristalline. A partir d'un motif représentatif permettant d'estimer les propriétés élastiques du PP en fonction du taux de cristallinité, un modèle micromécanique de type autocohérent généralisé est comparé à un modèle macroscopique plus simple pour décrire son comportement élastoviscoplastique. La loi de comportement des TPE est construite, via une démarche d'homogénéisation, à partir du comportement mécanique des particules d'EPDM et de la loi macroscopique déterminée pour le PP. Les prévisions des modèles sont analysées et comparées aux résultats d'essais de flexion, de traction et d'indentation. Les modèles développés ont été implantés dans le code « éléments finis » Abaqus afin de permettre le calcul de pièces industrielles.

Le recyclage est un des défis capitaux de ce nouveau millénaire et l’industrie automobile est particulièrement concernée au regard des faibles quantités de matières plastiques recyclées provenant des divers Véhicules Hors d’Usage. Or ce secteur est un consommateur toujours plus gourmand de cette classe de matériaux. La France a, par exemple, utilisé plus de 722 kilotonnes de matières plastiques dans ce secteur en 2002, dont 45% de polypropylène et de polyéthylène, seul ou renforcé par des charges. Pour augmenter le taux de matériaux recyclés et diminuer le taux de déchets, une directive européenne (réf. : 2000/53/CE) impose aux constructeurs automobiles la réutilisation de 95% des matériaux de leurs VHU d’ici à 2015. Les constructeurs automobiles sont donc assujettis à valoriser leurs véhicules hors d’usage. Le challenge est donc de réutiliser les polymères recyclés, et plus spécifiquement le polypropylène qui représente la plus grande part de plastique dans les VHU, pour des pièces de semi-structure. Mais qu’en est-il des propriétés d’usage de ces matériaux recyclés? Ce travail de thèse se propose d’apporter une réponse à cette question. L’étude de ce travail s’est donc focalisée sur les matériaux plastiques utilisés principalement dans la fabrication de pièces de semi structures automobiles : les matériaux des polypropylènes choc chargés ou non de talc (exemple d’utilisation : pare-choc avant ou arrière). Les mécanismes de déformation dans ces deux matériaux ont été analysés ainsi que les effets que peuvent avoir des processus tels que la pollution, le recyclage ou encore la vitesse de déformation. Ce travail avait aussi comme objectif de proposer une modélisation du comportement mécanique des matériaux recyclés tenant compte non seulement des effets du recyclage mais aussi des effets de vitesse. Pour cela, deux types d’approches ont été utilisées. La première permet une description du comportement aux petites déformations grâce à un modèle phénoménologique. Afin de décrire le comportement des matériaux aux grandes déformations, un modèle micromécanique a été utilisé. Enfin, une première modélisation de l’endommagement est proposée. Cette étude a permis de décrire par un modèle simple la cavitation observée dans les matériaux étudiés
Recycling is one of the capital challenges of the new millennium and the automotive industry is particularly concerned due to small quantities of recycled plastics from the End Life Vehicles. This sector is increasingly greedy consumer of this class of materials. France, for example, used more than 722 kilotons of plastic in this sector in 2002, 45% are polypropylene and polyethylene, with or without reinforcement particles. To increase the rate of recycled materials and reduce the rate of waste, a European directive (ref 2000/53/EC) requires the automotive industry to reuse 95% of their materials from ELVs by 2015. Automakers are subject to value their life vehicles. The challenge is to reuse the recycled polymers, and more specifically polypropylene which represents the largest part of plastics in ELVs, for semi-structure parts. But what about the mechanical properties of the recycled materials? The aim of this thesis is to answer this question. The study of this work has therefore been focused on the plastics used primarily in the manufacture of automotive structures: composite based polypropylene reinforced or not by talc (such as front or rear bumper). The deformation mechanisms in these two materials were analyzed and the effects of processes such as contamination, recycling, or the strain rate. This work had also the objective to propose a mechanical behavior modeling of recycled materials taking into account not only the effects of recycling but also the strain rate effects. For this, two types of approaches have been used. The first provides a description of the behavior for small deformations using a phenomenological model. To describe the behavior of materials at large strains, a micromechanical model was used. Finally, a first modeling of the volume strain is proposed. This study allows describing the cavitation observed in the materials studied by a simple model

Les développements récents de la législation associée aux impacts environnementaux des déchets plastiques d’origine post-consommation ont mené à des efforts sur le développement de techniques viables de recyclage. Ainsi, le but de cette recherche était de produire des composites bois-plastique (WPC : wood plastic composites) à partir de la fraction légère des déchets plastiques municipaux (post-consommation) et de résidus de transformation du bois (sciure). Afin d’améliorer la compatibilité et l’adhésion entre le polyéthylène (PE) et le polypropylène (PP), un copolymère d’éthylène-octène (EOC: ethylene-octene copolymer) a été utilisé pour développer la compatibilité entre les phases polymères tout en agissant comme modificateur d’impact. L’ajout de PE et PP maléatés (MAPE: maleated polyethylene; MAPP maleated polypropylene) a permis de fournir une meilleure compatibilité entre la matrice polymère et la farine de bois. Les effets combinés de tous les composants ont mené à la production de composites présentant des propriétés morphologiques (dispersion et adhésion) et mécaniques (traction, torsion, flexion et impact) intéressantes après l’optimisation de l’ensemble des additifs (mélanges d’agents couplants). Dans un second temps, des composites structuraux à trois couches ont été produits à partir des matériaux composites mentionnés plus haut afin d’étudier l’effet des paramètres de design sur les performances en flexion et à l’impact. Les paramètres étudiés incluent la teneur en bois, l’épaisseur des couches individuelles de composite, ainsi que la séquence et la configuration d’empilement des différentes couches (structures symétriques et asymétriques). Enfin, la théorie classique des poutres a été utilisée avec succès pour prédire le module en flexion et ce, avec un maximum de 10% de déviation pour ces structures complexes.
Recent legislations associated with environmental impacts of post-consumer plastic wastes have driven substantial attention toward developing viable recycling techniques. Therefore the aim of this research was to produce wood plastic composites (WPC) from the light fraction of municipal plastic wastes (post-consumer) and wood processing residues (sawdust). In order to improve compatibility and adhesion between polyethylene (PE) and polypropylene (PP), an ethylene-octene copolymer (EOC) was used to compatibilize the polymer phases and also to act as an impact modifier. Addition of maleated polyethylene (MAPE) and maleated polypropylene (MAPP) provided improved compatibility between the polymer matrix and the wood flour. The combined effect of all the components was found to produce composites with interesting morphological (dispersion and adhesion) and mechanical properties (tension, torsion, flexion and impact) after optimization of the additive package (blend of coupling agents). In the second phase, three-layered structural composites were produced from the aforementioned composites to investigate the effects of design parameters on their flexural and impact performance. The studied parameters include wood content, thickness of individual composite layers, as well as stacking sequence and configuration (symmetric and asymmetric structures). In addition, the classical beam theory was successfully used to predict the flexural modulus within 10% of deviation for these complex structures.

Un des objectifs de ces travaux a été d’évaluer l’effet du recyclage et de polluants (huile moteur (HM) et éthylène glycol (EG)) sur les propriétés d’usage de polypropylènes chocs issus de véhicules usagés. Le recyclage (ici limité à six cycles d’extrusion) n’entraîne pas de modification significative des propriétés mécaniques. L’étude de la cinétique de cristallisation des polymères pollués a montré que l’EG retarde la cristallisation du copolymère. La cinétique de dégradation a permis de simuler et de quantifier les différentes étapes de dégradation des matériaux. Le comportement au feu des polymères est par ailleurs amélioré de manière significative après recyclage et en présence des polluants, particulièrement dans le cas de la pollution à l’HM. Le deuxième axe de l’étude a été consacré à l’ignifugation des matériaux par des systèmes intumescents (formulation à base de polyphosphate d’ammonium (APP) avec et sans agent de synergie (borate de zinc (ZB))). Dans tous les cas les matériaux recyclés et pollués présentent des performances satisfaisantes. Nous avons montré que l’efficacité du char intumescent est gouvernée par sa vitesse de formation et par sa conductivité thermique qui sont influencées positivement par la pollution (avec APP/ZB) et le recyclage (avec APP) (augmentation de la vitesse et diminution de la conductivité thermique). La caractérisation chimique des structures qui se développent dans des conditions de combustion montre la formation d’une structure phosphocarbonée contenant des polyaromatiques, des pyrophosphates et de l’acide phosphorique ainsi que, dans le cas du ZB, des borophosphates (sa formation permet de renforcer la structure intumescente)
The impact of recycling and pollutants (engine oil (EO) and ethylene glycol (EG)) on the intrinsic properties of polypropylene-based materials coming from end-of-life cars was investigated. Recycling (limited here to six extrusion cycles) is not detrimental to the mechanical properties of the polymeric matrices. The crystallization kinetics study realized on the polluted polymers showed that the presence of EG delays crystallization. The degradation kinetics allowed to simulate and quantify the different degradation steps of the materials. Pollutants and recycling also lead to an improvement of the reaction to fire of our copolymer, especially in the case of EO-containing samples. The second part of the work was devoted to the study of the flame retardant properties of our materials provided by ammonium polyphosphate (APP) with or without zinc borate (ZB) (synergistic agent)). In all cases recycled and polluted materials show satisfying performances. It was found that the efficiency of the protective barrier provided by the char is governed by the rapidity of its formation and its thermal conductivity which are positively influenced by EO (with APP/ZB) and recycling (with APP) (increase of the formation rate and decrease of the conductivity). Chemical characterization of the structures formed in a fire scenario reveals the formation of a phosphocarboneous structure containing polyaromatics, pyrophosphates and phosphoric acid and when zinc borate is used, borophosphates which can reinforce the intumescent structure

Dans un contexte d’économie circulaire, les premiers travaux de la thèse ont été consacrés à l’étude de l’aptitude à la mise en forme de films souples recyclés provenant de déchets agricoles d’enrubannage et d’horticulture. Ces films multicouches contiennent initialement un additif conférant au produit final un caractère collant. Lors de leur recyclage, cet additif est toujours présent et migre à la surface. Un accent particulier a été dédié à la compréhension et l’étude des mécanismes de migration de cet additif en fonction de l’architecture moléculaire des polyéthylènes utilisés ayant des taux de branchements différents. Pour ce faire, des mélanges modèles, avec ou sans charges minérales, ont été élaborés. Outre des études morphologiques et microstructurales, des méthodologies expérimentales originales ont été mises en place pour étudier la cinétique de migration/diffusion avec des dispositifs tribo-rhéométriques et de suivi du "tack" en surface des films. Quant au comportement rhéologique en cisaillement et en élongation, il est influencé par la présence de cet additif. La deuxième partie de cette étude a été consacrée à l’appréhension des réalités de l’activité du recyclage d’autres films mutlicouches souples à base de polypropylène et polyéthylène. Compte tenu de la complexité de ces gisements, nous avons choisi d’étudier des mélanges modèles équivalents en leur associant des compatibilisants de nature physique. L’influence de ces derniers sur les propriétés rhéologiques, morphologiques et mécaniques a été ensuite évaluée. Cette étude a été ensuite transposée à des systèmes multiphasés post usage. Les derniers travaux ont été dédiés à une approche prospective. Il s’agit d’aller de l’éco-design à l’élaboration de multi-micro/nanocouches facilement recyclables. L’originalité de cette étude consiste à limiter le nombre de constituants, à réduire/contrôler les épaisseurs des couches et éviter l’utilisation des couches de liants. Enfin, leurs propriétés rhéologiques, morphologiques et mécaniques ont été évaluées en fonction des cycles de recyclage mécanique
In the context of a circular economy, the first works of the thesis were devoted to the study of the processing ability of recycled flexible films from agricultural bale wrapping film's waste. These multilayer films initially contain an additive that gives the final product a sticky character. During recycling, this additive is still present and migrates to the surface. A particular emphasis has been placed on understanding and studying the migration mechanisms of this additive according to the molecular architecture of the polyethylenes used with different branching content. Model blends, with or without mineral fillers, were prepared for this purpose. In addition to morphological and microstructural studies, original experimental methodologies have been set up to study the migration/diffusion kinetics with tribo-rheometry and film surface's "tack" monitoring devices. As for the rheological behaviour in shear and elongation, it is influenced by the presence of this additive. The second part of this study was devoted to understanding the realities of the recycling activity of other polypropylene- and polyethylene-based multilayer films. Given the complexity of these materials, we chose to study equivalent model blends by combining them with physical compatibilizers. The influence of the latter on the rheological, morphological and mechanical properties was then evaluated. This study was then transposed to postconsumption multiphase systems. The last studies were devoted to a future-oriented approach. This involves going from eco-design to the development of easily recyclable multimicro/ nanolayers. The originality of this study consists in limiting the number of constituents, reducing/controlling the thickness of the layers and avoiding the use of tie-layers. Finally, their rheological, morphological and mechanical properties have been evaluated according to number and type of mechanical recycling cycles

L’objectif de ce travail est de caractériser le comportement mécanique de composites constitués à de matrices polymériques renforcées par des fibres naturelles. Les matériaux étudiés dans cette thèse sont le polypropylène pour la matrice et les fibres de coco pour les renforts. La caractérisation morphologique et mécanique de ces matériaux est entreprise grâce à l’usage de la microscopie électronique à balayage, la tomographie aux rayons X, la corrélation d’images numériques et la thermographie infrarouge. Dans une première partie, on a étudié en détail les fibres de coco dans trois états différents: à l’état naturel et après traitement chimique suivi ou non de séchage. Les fibres ont été observées en tomographie et leurs caractéristiques essentielles définies. Par ailleurs des essais mécaniques in-situ dans un microscope électronique à balayage ont été conduits pour l’obtention de leurs propriétés mécaniques. Il a quasi été procédé à la caractérisation mécanique du comportement de tissus de fibre en vue de leur utilisation dans un composite. Dans une seconde partie, le comportement mécanique du polypropylène (à l’état vierge ou recyclé) a été analysé grâce à des essais de traction à déplacement imposé et à diverses vitesses de chargement. Ces essais ont été instrumentés pour des mesures de champs de déplacement et de températures, les premiers servant à mesurer les états de déformation, la progression de l’endommagement et observer les modes de rupture du matériau. L’effet du recyclage est souligné et en particulier la dégradation des propriétés mécaniques. Les caractéristiques complètes (élasticité, pic et plateau et endommagement) et l’effet de la vitesse sur celles-ci sont exhibées pour les deux états. Dans la dernière partie du travail, on s’est intéressé au comportement du composite considérant la matrice à l’état vierge ou dans l’état recyclé. Les caractéristiques obtenues sont discutées en soulignant l’influence du mode d’élaboration utilisé et l’apport des fibres de coco
The objective of this work is to characterize the mechanical behavior of composites made with recycled polymeric matrices reinforced with natural fibers. The materials studied in this thesis are the polypropylene matrix and the coconut fibers for reinforcement. The morphological and mechanical characterization of these materials is undertaken with the use of scanning electron microscopy, X-ray tomography, the digital image correlation and infrared thermography.In the first part, we studied in detail the coconut fibers in three different states: in its natural state and after chemical treatment followed or not drying. The fibers were observed in tomography and their essential characteristics defined. Furthermore in situ mechanical testing in a scanning electron microscope were conducted to obtain their mechanical properties. It has almost been carried out the mechanical characterization fabrics of the behavior for use in a composite. In a second part, the mechanical behavior of polypropylene (virgin or recycled state) was analyzed by tensile testing at imposed displacement and various charging speeds. These tests were instrumented for measurement of displacement fields and temperatures, the first to measure the deformation conditions, the progression of the damage and observe the failure modes of the material. The effect of recycling is particularly pointed out and degradation of mechanical properties. Complete specifications (elasticity, peak and shelf and damage) and the effect of speed on them are exhibited for both states. In the last part of the work, it was interested in the behavior of the composite matrix considering the blank state or in the recycled state. The characteristics obtained are discussed emphasizing the influence of the method of production used and the contribution of coconut fibers

Ce travail de doctorat est consacré à la production et à la caractérisation de composés polymères à base de matrices thermoplastiques en mélange avec des particules de caoutchoucs recyclés. Les principales applications visées sont: (A) la production d’élastomères thermoplastiques (TPE) à haute teneur (50% et plus) en poudrette de caoutchouc de pneus usés (GTR); et (B) l’amélioration de la résistance à l’impact des composites thermoplastiques avec de faibles concentrations en GTR. Dans la première partie de ce travail, du polyéthylène maléaté (MAPE) a été utilisé comme matrice pour produire des mélanges MAPE/GTR présentant d'excellentes caractéristiques en tant qu’élastomère thermoplastique. Puis, les effets de différents mécanismes de dégradation (humidité, chaleur et recyclage) sur les propriétés des composites MAPE/GTR ont été largement examinés afin d’évaluer le potentiel de ces matériaux après plusieurs cycles d’utilisation. Enfin, le renforcement des TPE/GTR par différentes particules solides (poudre de bois et talc) a été étudié pour des applications plus exigeantes (caractéristiques mécaniques). Dans la seconde partie de ce travail, une nouvelle approche est proposée pour la modification de la résistance aux chocs des composites à base de polypropylène renforcé par des charges organique (chanvre) et inorganiques (talc, verre). L’amélioration des propriétés à l'impact de ces composites a été réalisée par l’addition d’un mélange à base de polypropylène maléaté (MAPP) et de poudrette de caoutchouc (GTR et déchets d’EPDM) contenant des concentrations élevées (jusqu’à 70% en poids) de déchets caoutchoutiques.
This Ph.D. work is devoted to the production and characterization of polymer compounds based on thermoplastic matrix filled with waste rubber powder. The main applications include: (A) the production of thermoplastic elastomer (TPE) resins containing high ground tire rubber (GTR) contents (50% and higher), and (B) impact modification of thermoplastic composites using low concentrations of GTR. In the first part of the work, maleated polyethylene (MAPE) is proposed as a matrix to produce MAPE/GTR blends having excellent characteristics as thermoplastic elastomers. Then, the effects of different degradation mechanisms (weathering, thermal degradation and reprocessing) on the properties of MAPE/GTR compounds were extensively investigated to determine their potential for further recycling. Finally, the reinforcement of GTR filled TPE was investigated using different types of solid particles (wood flour and talc) for more demanding applications (mechanical characteristics). In the second part of the work, a new approach is proposed for impact modification of polypropylene based composites based on organic (hemp) and inorganic (talc and glass) reinforcements. The effective improvement of the impact properties of these composites is performed through the addition of a masterbatch based on maleated polypropylene (MAPP)/waste rubber powder (GTR or waste EPDM) containing high concentrations (70% by weight) of waste rubber.

Les matières plastiques ont désormais envahi notre quotidien. Elles sont le symbole de la société de consommation, car elles sont considérées comme un matériau non noble : les consommateurs l'assimilent à un produit jetable après usage. N'étant pas dégradables, les plastiques représentent donc un réel danger pour l'environnement, la faune et la flore.L’objectif de ce travail de thèse a été de développer en collaboration avec l’Institut des Sciences Analytiques et de Physico-Chimie pour l'Environnement et les Matériaux (Université de Pau) de nouvelles formulations avec des additifs naturels pour obtenir des plastiques résistants et recyclables. Deux types de résines ont été utilisées : le polypropylène isotactique (i-PP) et le polyéthylène à basse densité (LDPE). Des antioxydants naturels tels que l’acide ascorbique, l’alpha-tocophérol et l’huile de lin ont été testés et leur encapsulation a permis d’améliorer leur résistance à la dégradation. Les caractérisations thermique et rhéologique des résines ont montré des qualités supérieures aux résines commerciales actuelles. Nous avons pu démontrer que les plastiques obtenus pouvaient être recyclés 9 fois sans perte de leurs caractéristiques. Des essais avec des barquettes fabriquées avec les produits élaborés sont en cours pour valider les modèles développés
Plastics have now invaded our daily lives. They are the symbol of the consumer society, because they are considered a non-noble material: consumers equate it with a disposable product after use. Since plastics are not degradable, they represent a real danger to the environment, fauna and flora.The objective of this thesis work was to develop in collaboration with the Institute of Analytical Sciences and Physico-Chemistry for Environment and Materials (Pau University) new formulations with natural additives to produce resistant and recyclable plastics. Two types of resins were used: isotactic polypropylene (i-PP) and low density polyethylene (LDPE). Natural antioxidants such as ascorbic acid, alpha-tocopherol and flaxseed oil were tested and encapsulated to improve their resistance to degradation. Thermal and rheological characterizations of resins have shown superior qualities to current commercial resins. We were able to demonstrate that the plastics obtained could be recycled 9 times without losing their characteristics. Tests with trays made with the developed products are underway to validate the developed models

Ces travaux de recherche portent sur la problématique de la mise en pratique de l'analyse de cycle de vie (ACV). La question principale est : comment faire une ACV plus rapide et plus facilement accessible pour la conception des produits ? Nous nous concentrons sur deux problématiques qui prolongent l'inventaire de Cycle de Vie (ICV) : • recherche des données manquantes : Comment ranger les données manquantes selon leur importance? Comment traiter l'intersection des aspects qualitatifs et les aspects quantitatifs des données manquantes? • Modélisation du cycle de vie : Comment réutiliser le cycle de vie existant pour un nouveau produit? Comment développer un modèle de référence? Pour la recherche des solutions nous avons utilisé l'approche "Case study" selon Robert Yin. Nos contributions font résultat de trois études de cas, dont la plus importante est l'ACV du High Impact Polypropylene (HIPP) recyclé. Nous avons publié les résultats de celle-ci dans la revue scientifique Journal of Cleaner Production. Suite aux études de cas nous proposons deux approches d'amélioration d'efficacité en ICV : nous proposons l'analyse de sensibilité préalable pour classifier les données manquantes selon leur impact sur les résultats d'ACV. L'approche combine les aspects quantitatifs avec les aspects quantitatifs en protégeant le respect des objectives d'étude. Nous appelons cette protection "LCA Poka-Yoké". La modélisation du cycle de vie peut être assistée grace à la méthode basée sur l'algorithme de King. Pour la continuation de la recherche nous proposons huit perspectives, dont six font l'objet d'intégration des nouvelles approches d'amélioration dans les concepts d'ACV basés sur la norme ISO 14025 ou dans le projet de la Commission Européenne PEF
This work addresses the different issues that put a brake to using Lifecycle assessment (LCA) in product design by answering the main question of the research: How to make Lifecycle assessment faster and easier accessible for manufactured product design? In the LCA methodology we have identified two issues to deal with and their consecutive scientific locks : • Research of missing data : How to organize missing data? How to respect quantitative and qualitative dimensions? • Modeling of the lifecycle scenario : How to translate methodological choices into the lifecycle scenario model? How to transform the reference scenario into a new one? We have dealt with these issues using the scientific approach Case study according toRobert Yin. Our contributions are based on three case studies, between which the most important is study of High Impact Polypropylene recycling in the automotive industry. We have published it in the Journal of Cleaner Production. As result of our research we present two methods to improve efficiency of the LifecycleInventory Analysis (LCI) : To organize the missing data: Preliminary sensitivity analysis with LCA Poka-Yoke ; To help with scenario modeling: Method of workflows factorization, based on Reverse engineering. For further research we propose eight perspectives, mostly based on integration of our methods into Product Category Rules (PCR)-based platforms like EPD International or the European PEF

碩士
國立高雄第一科技大學
環境與安全衛生工程所
98
Plastic products all have material marks currently. This study expects to increase the marks of recycle times, further to establish a set of recycling standard for understanding the property changes of the materials after recycling and the suitable purpose of each recycle. This study takes polypropylene as the study case, using UV weathering test machine to simulate the sunlight, recycling materials for processing by 5 times, exploring by the use of tensile, impact and thermal instruments. then observing the surface characteristic and crystallization change by SEM and XRD. The research result finds that after being processed and irradiated by ultraviolet by five times, the thermal property (Tm and MI) and mechanical property (tensile and impact strength) of PP decrease correspondingly. With the observation by SEM and XRD, the crystal structure of PP is found to have trend of loosing. With the increases of processing times and UV irradiation times, the change trend of each properties of PP can be expressed by linear equation, quadratic equation and exponential regression equation, r2 values up to 0.9, which shows that series research together with curve extrapolation method can be applied to the marks of materials recycling times in the future, knowing the used time and recycled times of the plastic material.

碩士
國立高雄第一科技大學
環境與安全衛生工程所
98
This research it’s purpose is to discuss in the mode of pyrolysis the change of pyrolysis of polypropylene after several times of recycling, with theoretical methods to analyze and study the effect of frequency of recycling on the parameters of pyrolysis of polypropylene. Using methods as Friedman method, Freeman method, Ozawa method and others to obtain kinetics model simulation and compare the difference between them all with an end of knowing it’s fitness in this study. Polypropylene is used as experimental material, which is put under the environment of simulation to the real variation of climate and sunshine with the help of UV weathering test machine, and then recycle it. We use TGA in three different heating rates of 5K/min, 10k/min and 15k/min analyzing in nitrogen gas. The result will go through these three methods: Friedman Method, Freeman-Carroll Method, Ozawa Method to get the reaction rate of every condition. Then we put the parameter that we get from the three methods into Arrhenius Model to get the reaction rate and compare with TGA for experiment value. The result shown that the calculated and experiment value of five samples PPnew、PPr1、PPr2、PPr3、PPr5 through Friedman Method , Freeman Method, Ozawa Method these three methods in three different heating rates of 5K/min, 10K/min and 15K/min all have R2 greater than 0.9 , they all fit well in this study. We could know that activity energy decreased when exposing to UV and more reused-times through Broken-recovery.