L Ecole Supérieure du Bois. Academy of Wood Science and Technology

Transcription

1 L Ecole Supérieure du Bois Academy of Wood Science and Technology 1

2 L École Supérieure du Bois Fondée en 1934, à Paris, l ESB est depuis plus de 75 ans au service de la filière bois. Elle est installée à Nantes depuis

3 Stratégie de Recherche But : Mener une recherche ciblée et de haute qualité qui favorise et soutienne la compétitivité de la filière bois ainsi que l enseignement et les programmes de formation offerts par l Ecole Supérieure du Bois. 3

4 Recherche à l ESB Formation (ROUSSEAU) les essences du bois (GHAZIL) Boispolymères (MICHAUD) Panneaux (IRLE) Composites structuraux (POMMIER) finitions/cov (BELLONCLE) usinage (MAMET) Economie Performance Énergétique (SIMON) Isolation Par l Extérieur (IPE) (VAUGRENARD) Structure Composites pour chauffage logistique 4

5 Thésards 1. Baha GUEZGUEZ Dégagement de formaldéhyde 2. Amine BOUSLAMTI Bois récyclé 3. Aymen JMAL Système expert sur l utilisation des différents produits à base de bois en fin de vie 4. Esperance KINATA Analyse de la formation de goudron lors de la gazéification du bois 5. Benjamin MASSETEAU Etude de solutions respectueuses de l environnement pour la conception et la réalisation d un avion de tourisme 6. Randy CLORIDOR Ignifugation du bois 5

6 Thèmes de recherche L axe principal de recherche porte sur les matériaux composites à base de bois : leur fabrication, leurs propriétés, leurs performances, leurs cycles de vie. 6

7 Les projets Recherche en cours Le projet ECO PANNEAUX a pour objectif la mise au point d un panneau de particules ayant un faible impact sur l environnement. Le projet ABOVE a déjà permis le développement de composites structuraux à partir de bois vert par des techniques spécifiques de collage. TEAMBOIS vise à définir les critères de choix entre les différentes solutions de recyclage possibles pour les matériaux à base de bois. 7

8 Compréhension des phénomènes de diffusion du formaldéhyde dans les panneaux à base du bois : utilisation dans la réduction des émissions industrielles et domestiques. Baha GUEZGUEZ Ecole Supérieure du Bois, Nantes, France 8

9 Formaldéhyde? C est un gaz incolore d odeur piquante. Le formaldéhyde classé comme cancérogène certain pour l homme (CIRC) * et à ce jour cancérogène suspecté en Europe. Plusieurs sources d émissions : Naturelles (fruits, légumes ) Milieu intérieur (combustion, meubles, matériaux de construction.) Milieu extérieur (trafic routier) * Centre Internationale de Recherche sur le Cancer 9

10 Formaldéhyde dans les panneaux bois? Plusieurs sources d émissions : Produits finition Bois Adhésives 10

11 Eco-Panneaux BUT : Réduire les émissions de formaldéhyde à tous les stades de la vie du produit, de la fabrication à son utilisation sans oublier la fin de vie. 7 partenaires 2 fabricants du panneau de particules 2 fabricants de contreplaqués 1 société spécialisée dans la valorisation de coproduits agricoles 1 Centre de Ressources Technologiques (Synervia) 1 Centre de R&D (ESB) 11

12 Eco-Panneaux Recherche appliquée Évaluation des nouveaux produits adhésifs Amélioration des procédés de fabrication Recherche fondamentale Compréhension des phénomènes de diffusion du formaldéhyde Développer un nouveau système adhésif faiblement émissif pour des panneaux à base de bois. 12

13 Formaldéhyde dans les panneaux bois? Un effort important! Panneaux dits E1 standard européen décision unilatérale EPF Emission : 0.1 ppm Panneaux F**** norme JP Emission (estim.) : <0.03 ppm Holz als Roh- und Werkstoff (2006) 64:

14 Solutions de Réduction des émissions de formaldéhyde? Voie chimique Addition des piégeurs de formaldéhyde Utilisation des liants à base d isocyanates Modification des résines à base de formaldéhyde Modification du procédé de fabrication Voie végétale Lignine Tanin Produit oléagineux Colza Soja Protéines végétales Gluten de blé 14

15 Objectif Un objectif de notre travail de recherche est d évaluer la pertinence de systèmes adhésifs nouveaux basés sur des polymères d origines végétales pour la fabrication de panneau. 15

16 Etude préliminaire sur les adhésifs à base du gluten 16

17 But Cette première étude a pour but de tester la possibilité de fabriquer des matériaux à base de bois, en utilisant des colles à base du gluten, à faible toxicité. 17

18 Démarche de l étude 1. Fabrication des panneaux de particules avec un mélange collant à base de gluten. 2. Caractérisation mécaniques du produit fini. 3. Détermination du dégagement de formaldéhyde. 4. Validation de la solution. 18

19 Panneau de particules Panneau de particules : Matériau en plaque fabriqué sous pression et chaleur àpartir de particules de bois (grand copeaux, «copeaux rabotage»,sciure, lamelles et similaire) et/ou autre matériau lignocellulosique en forme de particules (anas de chanvre, anas de lin, fragment de bagasse et similaire) avec addition d un liant. Source : Norme NF EN

20 Matériels Particules issu de l industrie «20% Bois recyclé» 2 types de gluten : Gluten du blé Gluten modifié 2 panneaux de particules tricouches fabriqués pour chaque type de gluten. 20

21 Détermination de la teneur en formaldéhyde Méthode d analyse de gaz EN h de test Dimensions éprouvette 400*50 mm² Humidité <3% Analyse par photométrie Hantzsch réaction acétate d'ammonium + acétylacétone (diacetyldihydrolutidine DDL) DDL concentration détectée à 412 nm 22

22 Résultats EN ,0 3,5 E1 Emission du formaldéhyde(mg/m²/h) 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Gluten de blé Gluten de blé Gluten Modifié Gluten Modifié Type de collage (EN ; n=3) 23

23 Caractérisation mécaniques du produit fini. La résistance à la flexion de chaque éprouvette a été mesurée conformément à la norme européenne NF EN310 en utilisant la machine universelle. Dispositif de l essai ; EN310 24

24 Résultats EN 310 Type de collage densité (kg/m 3 ) Contrainte (MPa) Gluten du blé 423 0,98 Gluten du blé 409 0,74 Gluten modifié 419 0,31 Gluten modifié 424 0,68 «test flexion 3 points» 25

25 Conclusion Cette étude portant sur les adhésifs à base du gluten a montré qu une production, à l échelle du laboratoire, de panneaux à particules est possible. Ces produits ont des faibles émissions de formaldéhyde mais qui ne répondent pas, aujourd hui, aux exigences des performances mécaniques. Ces produits pourraient être utilisés pour des applications n exigeant pas des propriétés mécaniques standards. 26

26 Développement d un nouveau système adhésif à base du colza 27

27 But Notre but est de développer un nouveau système adhésif à base de l huile de colza pour la fabrication de panneau. 28

28 Démarche de l étude 1. Etude de la formulation du mélange collant. 2. Fabrication des produits témoins contreplaqués avec une formulation définie. 3. Caractérisation du qualité de collage. 4. Détermination du dégagement de formaldéhyde. 5. Développement du système adhésif. 6. Validation du produit à l échelle laboratoire 7. Test préindustriel. 8. Commercialisation du produit. 29

29 Etude de la formulation du mélange collant Choix des catalyseurs Milieu basique Milieu acide Concentration Choix des additifs Etude de la viscosité Etude de la gélification 30

30 Mesure de la viscosité La viscosité est déterminée à différentes températures en utilisant un viscosimètre. 31

31 Etude de la viscosité y = 1E+09x -4,7475 R 2 = 0,9705 Viscosity (cp) Resin 1 Resin 2 Resin y = 2762,5e -0,0825x R 2 = 0, y = 1361,2e -0,0674x R 2 = 0, Temperature ( C) 32

32 Mesure du temps de prise en gel Le temps nécessaire au durcissement d un échantillon de résine placé dans une enceinte thermostatée en présence du durcisseur. La variation de consistance est déterminé à l aide d un agitateur manuel. 33

33 Gélification en milieu basique 00:14:24 00:12:58 01:26:24 00:11:31 01:12:00 00:10:05 Gel Time Gel Time 00:08:38 00:57:36 00:07:12 00:43:12 00:05:46 Resin 1 Resin 1 Resin 6 Resin 6 00:28:48 00:04:19 y = y 1E-09x = 1E-09x -4,4464-4, :02:53 R 2 R= 2 0, :14:24 = y = 5E-07x -2,452 y = 5E-07x -2,452 R 2 R = 2 0, :01:26 = 0, :00:00 00:00:00 0,00% 1,00% 2,00% 3,00% 4,00% 5,00% 6,00% 7,00% 8,00% 0,00% 1,00% 2,00% 3,00% 4,00% 5,00% 6,00% 7,00% 8,00% NaOH Addition NaOH Addition 34

34 Gélification en milieu acide Réticulation lente en milieu d acide formique. Réticulation rapide en milieu d acide sulfurique. Réticulation immédiate à température ambiante à forte concentration en acide p-toluène sulfonique (PTSA) mais pas de réticulation à faible concentration. 35

35 Fabrication Contre-plaqués Les contreplaqués sont constitués par des feuilles de bois, obtenues par déroulage, superposées entre elles à fil croisé. L assemblage des placages est obtenu par pressage à chaud. 36

36 Paramètres de fabrication Placages: Essence «Peuplier» 3 plis Grammage 250 g/m² par face encollé Paramètres de pressage Température 105 C Temps de pressage 3.2 mim Pression 80 bar 37

37 Qualité de collage 38

38 Qualité de collage EN 314 Classe 1 «milieux sec» immersion des éprouvettes 24h dans l eau à 20 C. Classe 2 «milieux humides» immersion des éprouvettes 6h dans l eau bouillante et puis un refroidissement dans l eau à 20 C. Classe 3 «milieux extérieurs : immersion des éprouvettes 4h heures dans l eau bouillante suivi d un séchage à 60 C pendant 16h heures et puis 4h de refroidissement dans l eau à 20 C. 39

39 Résultats EN 314 Désignation Classe Cisaillement HCOH (mg/m²/h) Formulation 1 * * Formulation 2 * * Formulation N/mm² Formulation N/mm² Formulation 5 * 0.9 N/mm²

40 Problème de pénétration Ajout des charges pour ajuster la viscosité problème de pénétration. Utilisation d Albumine du sang moins de pénétration. 41

41 Conclusion L expérimentation menée sur les adhésifs à base du colza est en cours de développement. Plusieurs formulations sont étudiées en variant les additifs et les durcisseurs. La détermination du dégagement de formaldéhyde permet de positionner ce produit, par rapport aux niveaux d émissions admissibles de formaldéhyde, à un niveau à très faible teneur en formaldéhyde. L étude à l échelle laboratoire est précède une possibilité d essai industriel. 42

42 Questions? 43