Valorization of mixed polyolefin waste stream by addition of few-layer graphene

Résumé

Cette thèse vise à surcycler un flux de déchets de polyoléfines mélangés (MPWS) par l'ajout de graphène en quelques couches (FLG) disponible dans le commerce, produit par exfoliation mécanochimique du graphite. L'étude a commencé par la conception de composites de mélanges de polyéthylène (PE)/polypropylène (PP)/FLG via un mélange à l'état fondu, afin d'avoir une vue d'ensemble de l'influence du FLG sur un système de mélange de polyoléfines contrôlé. La caractérisation des composites remplis de FLG comprenait l'analyse de la conductivité électrique, l'évolution morphologique en condition fondue et sous déformation induite par cisaillement, les propriétés mécaniques et la stabilité aux UV. Fait intéressant, une petite quantité de FLG, 4 % en poids et 5 % en poids de FLG a induit un comportement semi-conducteur dans les mélanges PE/PP - 60/40 et PE/PP - 20/80, respectivement. La déformation induite par cisaillement n'a pas affecté la conductivité électrique, indiquant la stabilité du réseau de FLG au sein du composite. De plus, seulement 1 % en poids de FLG a permis de maintenir les propriétés mécaniques d'origine dans les composites de polyoléfines exposés aux UV. Un effet stabilisant aux UV comparativement prononcé a été observé dans les mélanges riches en PE par rapport aux mélanges riches en PP. Par la suite, l'impact de l'ajout de FLG sur la processabilité et les propriétés mécaniques du MPWS a été examiné. Les résultats ont indiqué que l'ajout de FLG a facilité le renforcement des composites MPWS sans compromettre la processabilité, une caractéristique notable mais inhabituelle des charges rigides. Une augmentation maximale de la résistance à la traction (de 9 %) et de la résistance à la flexion (de 23 %) a été observée dans les composés contenant MPWS, 4 % en poids de FLG et 9 % en poids de PP vierge. Des concentrations plus élevées de FLG (>4 % en poids) dans le MPWS ont conduit à des améliorations des propriétés de traction et de flexion tout en maintenant la résistance à l'impact. Notamment, 10 % en poids de FLG ont augmenté la résistance à l'impact de 9 %, attribuée à la résistance du FLG à la propagation des fissures. Ensuite, l'effet photo-stabilisant du FLG a été examiné dans le MPWS et dans un mélange PE/PP vierge. Malgré l'état probablement pré-dégradé du MPWS, les composites exposés aux UV contenant 1, 4, 7 et 10 % en poids de FLG ont conservé environ 60 %, 70 %, 80 % et 90 % de la ductilité d'origine. Le MPWS non rempli n'a retenu que 20 % de sa ductilité d'origine après l'exposition aux UV. Pour les mélanges de polyoléfines vierges, la présence de 0,5 % en poids était suffisante pour maintenir la finition de surface et les propriétés mécaniques contre la photodégradation. Apparemment, le MPWS nécessitait des concentrations plus élevées de FLG pour atteindre une rétention de propriétés comparable, probablement en raison de la mauvaise dispersion du FLG dans le MPWS et des incertitudes associées telles que les impuretés, la pré-dégradation et la polydispersité. Par conséquent, le concept de préconditionnement des polyoléfines vierges avec une concentration minimale de FLG avant leur intégration dans des applications pratiques se pose, nécessitant une évaluation de faisabilité plus approfondie. Globalement, cette étude met en lumière le potentiel du FLG en tant qu'additif polyvalent pour améliorer les caractéristiques des mélanges de polyoléfines, offrant une solution prometteuse et économiquement viable pour atténuer la pollution plastique.

Date	7 août 2024
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Nicole R. Demarquette (Directeur(-trice)), Éric David (Codirecteur(-trice)), Giovanna Gutiérrez (Codirecteur(-trice)) & Emna Helal (Codirecteur(-trice))