The development new layer fibreboard products with enhanced properties whilst minimizing their environmental impact

• Auteur / Autrice : Elena Tikhonova
• Direction : Mark Irle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : École supérieure du bois (Nantes)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aspect environnemental

Panneaux de fibres

Bois

Mots clés libres

Traitement enzymatique

Structure multicouche

Résumé

Ce travail est une étude exploratoire sur la possibilité de réaliser une production de panneaux de fibres via la stratification de leur structure pour améliorer leurs propriétés et réduire leurs impacts environnementaux. Ce concept de stratification est considéré ici comme la production des matelas multicouches avant le pressage, inspirée des solutions mises en place dans le cas des panneaux de particules et OSB. Trois concepts de stratification dans l’épaisseur des panneaux ont été considérés avec : la variation de la taille des fibres entre strates, l’introduction de fibres alternatives (les rejets papetiers) et le traitement des fibres avec les enzymes. La réduction de la taille des fibres a montré l’amélioration des propriétés des panneaux. Pour limit er la consommation d’énergie requise pour leur production, le fractionnement d’une production type de fibres a été proposé comme un moyen efficace pour les obtenir. Les rejets papetiers ont été considérés comme fibres alternatives aux fibres vierges afin de réduire l’énergie au défibrage. La limite de l’introduction de 10 – 50 % a été fixée, selon les applications, pour maintenir suffisantes les propriétés mécaniques. L’utilisation des fibres traitées par les enzymes pour la couche de la surface permet d’améliorer leur hydrophobicité. La couche inférieure est composée de fibres sans traitement pour maintenir les propriétés mécaniques. La structure multicouche des panneaux a été analysée d’un point de vue théorique et un modèle mathématique a été développé pour prédire le module de rupture des panneaux en fonction des caractéristiques de la matière première. Les produits finaux optimisés ont montré une augmentation de l’efficacité énergétique du procédé de 7 %, une réduction de l’impact environnemental de 16% et jusqu’à 20% de matière première.

The thesis investigates new layered fibreboard products with enhanced properties whilst minimizing their environmental impact. A review of literature revealed that layering technique, understood in term of producing multi-layered mattresses before pressing, brings many benefits in case of several types of wood-based panels, notably OSB and particleboard. Three main concepts to change layers through the fibreboard thickness were considered in the current study: effect of fibre size; effect of fibre origin and fibre pre-treatment with the enzymes. The smallest fibres were found to improve board performances when placed in outer layers, while the largest fibres are applied in the core. Fibre fractionation was suggested as an efficient way to separate the fibres by size and reduce energy consumption during their production. Paper rejects were investigated as an alternative fibre source. The substitution level could vary as 10 – 50 % and depends on final requirements to the boards. Fibre pre-treatment with enzymes was suggested for the top layer of the boards to increase it hydrophobicity and maintain mechanical resistance due to the bottom layer composed of untreated fibre. The multi-layer structure was analysed theoretically and a structural model was developed to predict MOR of the boards as a function of raw material properties. The final products showed 7 % of energy efficiency increase, 16 % reduced carbon footprint and up to 20 % raw material saving.