L’objectif de ces travaux est de développer une nouvelle voie de valorisation de différents coproduits agricoles et forestiers. L’étude s’est focalisée sur l’étape de séparation entre les hémicelluloses et les lignines contenues dans des extraits aqueux obtenus par extrusion bi-vis. La technologie bi-vis du fait de sa modularité a été choisie pour évaluer différentes conditions d’extraction. Les essais ont été menés afin de mettre en évidence l’influence des effets mécanique, thermique et chimique sur l’extraction des hémicelluloses à partir des différentes matrices végétales étudiées. Les travaux ont été conduits soit en conditions hydrothermales, eau sous pression et haute température, soit en conditions faiblement alcalines pour extraire des molécules les plus natives possibles. Ceci a permis d’identifier les conditions d’extraction les plus favorables en fonction des caractéristiques de chacune des biomasses. Dans un second temps, les extraits obtenus, contenants des hémicelluloses et des composés phénoliques, ont été purifiés au moyen de méthode de fixation sur résines d’échange d’ions et d’adsorption. Les travaux se sont focalisés sur la compréhension des mécanismes de fixation des molécules avec des solutions modèles contenant un ou plusieurs solutés. La cinétique et les isothermes d’échanges ont été évaluées pour l’acide férulique, l’acide coumarique et la lignine. Les résultats ont ensuite été comparés à ceux obtenus avec les extraits alcalins. Cette étude a permis d’identifier les mécanismes d’échanges qui interviennent lors de la séparation des complexes lignine-polysaccharides. / The objective of this work is to validate a new way of valuing various agricultural and forestry coproducts. Study was devoted on the separation of lignin and hemicelluloses contained in extracts obtained by twin-screw extrusion. Twin-screw technology has been chosen to evaluate different extraction conditions. Trial conditions have been adopted in order to highlight the influence of mechanical, thermal and chemical effects on the extraction performances for various plant matrices. Efforts have been made to give priority to mild extraction conditions in the interest of preserving the integrity of the extracted polymers and limiting the environmental impact. Thus hydro-thermal extraction tests without chemical solvents were compared to more conventional alkaline extraction to evaluate their efficiency. This identified the most favorable extraction conditions according to the characteristics of each biomass. The extracts, with hemicelluloses and phenolic compounds, were purified with ion exchange and adsorption resins. Work focused on mechanisms fixations characterization with model solutions conditions containing one or several molecules. Kinetic and isotherm were determined for lignin, coumaric acid and ferulic acid. Then, results were compared to results obtained with the extracts. This study allowed to identify the mechanisms involved in the separation of the lignin-carbohydrates complex.

Originaire de l'Inde, le neem (Azadirachta indica Juss.) est un arbre présent dans les zones tropicales sèches et subtropicales d'Asie, d'Amérique et d'Afrique. Au Sénégal, il produit en moyenne 50 kg par an d'un fruit sous forme de drupe ellipsoïdale, qui contient en général une graine, d'un poids moyen de 270 ± 30 à 91 % de matière sèche. La variabilité des caractéristiques des graines (45 à 48 % de coques fibreuses : cellulose 52 à 54 %, hémicelluloses 24 à 28 %, lignine 7 à 9 % ; 52 à 55 % d'amandes : lipides 45 à 58 %, protéines 20 à 23 %j) et des huiles extraites (acides palmitiques : 17 à 19 %, stéarique : 14,5 à 17,5 %, oléique : 42 à 48,5 %, linoléique : 16,5 à 20 % ; stérols totaux : 3 à 5 g/kg) est analysée pour 5 régions du Sénégal. L'extraction de l'azadirachtine, principal principe actif phytosanitaire de la graine, par différents solvants (méthanol, éthanol, eau) révèle une teneur de 2 g par kg de graine, localisée essentiellement dans l'amande (3,9 g/kg). Les conditions d'expression de l'huile de graine de neem sont étudiées en presse mono-vis OMEGA 20 et en extrudeur bi-vis CLEXTRAL BC 21. Dans les meilleures conditions, 65 et 68 % de l'huile sont exprimées, 7 à 10 % de l'azadirachtine sont entraînées avec l'huile, et le tourteau contient 14 % de lipides, 14 % de protéines et près de 2 g/kg d'azadirachtine. Le fractionnement acqueux, sous cisaillement intense des graines, conduit à l'extraction de 55 % des lipides, 50 % des protéines et 80 % de l'azadirachtine, séparés sous forme d'une émulsion stable, de composition : eau 70 %, huile 25 %, protéines 4 %, azadirachtine 6 g/kg, et d'une phase aqueuse. L'étude de la mise en œuvre du procédé d'extraction et de séparation, en extrudeur bi-vis CLEXTRAL BC 21 puis BC 45, permet de produire en continu 0,3 kg d'émulsion stable par kg de graine traitée (20 kg/h) avec un ratio eau/graine de 2 et une température de 60°C. Le tourteau ne contient plus que 0,6 g/kg d'azadirachtine, et l'émulsion stable qui en contient 5 g/kg peut être directement mise en œuvre dans les formulations d'insecticide totalement biosourcés. / Originally from India, neem (Azadirachta indica Juss.) is a tree found in the dry tropics and subtropics of Asia, America and Africa. In Senegal, it produces an average of 50 kg per year of a fruit as a drupe ellipsoid, which generally contains a seed, with an average weight of 270 ± 30 to 91% dry matter. The variability of seeds (45 to 48% of capsular cellulose 52-54%, 24-28% hemicellulose, lignin 7-9% 52-55% almonds: 45 to 58% lipids, proteins 20 to 23% j) and extracted oils (palmitic acid: 17 to 19%, stearic: 14.5 to 17.5%, oleic acid: 42 to 48.5%, linoleic: 16.5 to 20% total sterols: 3 5 g / kg) was analyzed for five regions of Senegal. Extraction of azadirachtin, the main active ingredient of the plant seed by different solvents (methanol, ethanol, water) shows a content of 2 g per kg of seed, mainly localized in the kernel (3.9 g / kg ). The expression conditions of neem seed oil were studied in single-screw press OMEGA 20 and twin-screw CLEXTRAL BC 21. Under optimum conditions, 65 and 68% of the oil is expressed, from 7 to 10% of azadirachtin are entrained with the oil and meal contains 14% fat, 14% protein and about 2 g / kg azadirachtin. Watery splitting under intense shear seeds, led to the extraction of 55% lipids, 50% protein and 80% of azadirachtin, separated as a stable emulsion, composition: water 70% oil 25%, 4% protein, 6 g azadirachtin / kg, and an aqueous phase. The study of the implementation of the method of extraction and separation, twin-screw extruder and then CLEXTRAL BC 21 BC 45, produces continuous stable emulsion 0.3 kg per kg of treated seed (20 kg / h) with a ratio water / seed of 2 and a temperature of 60 ° C. The cake contains only 0.6 g / kg of azadirachtin, and stable emulsion which contains 5 g / kg can be directly implemented in the formulations of insecticide biosourced completely.

Yes / Several contributions in answering granulation challenges including the use of computer simulation and well thought out experimental analyses are being researched. Using a twin screw granulator (TSG) by design of experiments (DoE), comparisons on 1) equipment similarities i.e., continuous and 2) shear forces, are made to previous literature on continuous equipment and a Cyclomix. This study proposes that equipment specific DoE, better explains the contribution of parameters than investigating an identified parameter from the experimental findings from a specific equipment. Granule strength and structure are presented together with the contribution of process parameters, speed, temperature, and binder content. Seeded structures are present in all but the Extrudomix. Longer residence times within the Cyclomix facilitates seeded structures. Granule crushing strengths are higher in TSG than all other continuous equipment. Optimum condition for the formation of stronger granules with least variation is around 65.4 °C. / The authors would like to acknowledge the support from the CCIP grant (Collaboration, Capacity and IP Development) fund from the University of Bradford for ordering cunsumables and equipment.

The mixing of additives into a plastic is an extremely important step in the plastics industry, necessary for the manufacture of almost every conceivable product. Therefore the costs in developing new products can prove very expensive as the testing is usually carried out using full scale machines, usually using twin screw extruders because they are able to provide good dispersive and distributive mixing. This is particularly important when compounding difficult to disperse additives and nano-additives. What is required is a machine that can replicate the mixing abilities of a twin-screw extruder but on a laboratory scale. There have been attempts by industry to develop smaller machines, such as the Thermo Scientific HAAKE Minilab II Micro Compounder which processes on the scale of 7 cm3 of material volume. This can be too small for some needs and therefore a machine is required to produce material on the 10g to 100g scale. To this end a laboratory mixer of novel design was devised and its mixing performance was assessed using conductive carbon black and compared against the Thermo Scientific HAAKE Minilab II Micro Compounder, a 19 mm co-rotating twin-screw extruder and a 40 mm co-rotating twin-screw extruder. Carbon black was used because mixing performance can be assessed by measuring the minimum carbon loading necessary to induce electrical conductivity. It was found that the minimixer was able to induce electrical conductivity at loading of 5.75% but the comparison with the other machines proved difficult as the achievement of the threshold at which semi-conductivity occurred appeared independent of shear rate and mixing duration. / EPSRC / The following files are not available online: Americhem raw data; Carbon Black raw data; Videos.

No description available.

No description available.

Les voies de valorisation actuelles ne permettent pas d'absorber la totalité des coproduits de l'industrie du bois (noeuds, écorces, souches), qui sont des matières riches en composés bioactifs tels que les polyphénols, préférentiellement extraits par des solvants comme l'éthanol ou le méthanol. Le fractionnement aqueux à l'aide d'extracteur bi-vis permet d'obtenir des extraits polyphénoliques à activité antioxydante. Après avoir déterminé l'extractabilité des polyphénols de chaque matière en eau subcritique, les paramètres d'extraction en bi-vis ont été optimisés de façon à d'atteindre des conditions de température et de pression caractéristiques de l'eau subcritique. La présence d'un marqueur spécifique dans les extraits étaye l'hypothèse selon laquelle l'extracteur bi-vis permet d'atteindre les conditions de l'eau subcritique. Les effets des extraits sur la biodégradabilité de pots horticoles dans lesquels ils ont été incorporés ainsi que sur la croissance de plantes mises en culture dans ces pots ont été déterminés. La valorisation de l'extrudat comme matériau pour le thermopressage en panneaux de particules a également été étudiée. / Actual exploitation procedures can not absorb all the wood by-products (knots, barks, stumps), which are potent sources of bioactive compounds such as polyphenols, preferentially extracted by solvents such as ethanol or methanol. Aqueous fractionation has been performed with twin-screw extractors to obtain polyphenolic extracts with antioxidant activity. After having determined the extractability of polyphenols from each byproduct with subcritical water, the parameters of twin-screw extraction were optimized in order to reach temperature and pressure conditions in subcritical water area. The presence of a specific marker in the extracts supports the hypothesis that a twin-screw extractor allows to reach subcritical water conditions. The effects of the extracts on the biodegradability of horticultural pots in which the extracts have been incorporated and on the development of the plants grown in these pots have been evaluated. The valorisation of the extrudate as raw material for thermopressing particle boards has also been studied.

Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés au mélange de la farine de blé et du poly(acide lactique). La farine de blé, qui est composée principalement d'amidon, a été thermoplastifiée en extrudeur bivis par l'effet conjugué de la chaleur et du cisaillement en présence de plastifiants. Le poly(acide lactique) est, quant à lui, le polyester biodégradable le plus répandu à l'heure actuelle. Le mélange de ces deux phases est thermodynamiquement immiscible et peu compatible, différents leviers sont testés afin d'améliorer la qualité du mélange. Une première partie de ce travail repose sur la recherche de conditions optimales pour la transformation et le mélange des matières premières. L'extrusion bivis est utilisée à la fois pour plastifier l'amidon et pour assurer un bon mélange entre les phases. Le profil de vis et les différents équipements sont donc choisis en conséquence. Différents paramètres classiques de l'extrusion bivis sont étudiés : le profil de vis, le profil de température, le taux de remplissage… L'étude de la formulation, notamment des plastifiants utilisés pour la plastification de l'amidon mais également l'utilisation de compatibilisants pour améliorer l'interface amidon/PLA est traitée en deuxième partie. L'acide citrique est testé à la fois comme plastifiant et comme compatibilisant. Ces investigations nous ont permis de mettre au point différents grades intéressants répondant à des applications industrielles distinctes : injectabilité, souplesse, rigidité… / In this work, we have been interested in blending wheat flour and poly(lactic acid). Wheat flour, which is mainly constituted of starch, has been transformed with plasticizers in a twin-screw extruder with the effect of heat and shear. Poly(lactic acid) is the main biodegradable polyester in the world nowadays. These two phases are thermodynamically immiscible and not very compatible, different ways are tried to improve the blend quality. A first part of this work lies on the search of optimal conditions to transform and blend the raw materials. Twin-screw extrusion is used to pasticize starch and to ensure a good blending between the two phases. Screw design and different equipments have been chosen for this purpose. Classical twin-screw parameters have been studied: screw design, temperature profile, filling ratio… The study of the formulation, more particularly of plasticizers for starch plasticization but also of compatibilizers to improve starch/PLA interphase is tackled in a second part. Citric acid is tested as a plasticizer but also as a compatibilizer. These researches have allowed to develop interesting formulations for industrial applications: possibility of processing by injection-molding, flexibility, rigidity…

La biomasse représente l’une des principales alternatives à l’utilisation du pétrole dans la plasturgie. Grâce à leurs propriétés fonctionnelles, les caséinates sont une matière première prometteuse pour la fabrication de films plastiques pour des applications dans l’emballage biodégradable et hydrosoluble. La transformation du caséinate de sodium par les techniques habituellement utilisées dans la plasturgie a été démontrée. Des extrudats de caséinate plastifié au glycérol ont été obtenus au moyen d’une extrudeuse bi-vis corotative. La caractérisation physico-chimique du matériau obtenu a confirmé la thermostabilité de cette protéine et a montré la dépendance du comportement du matériau vis-à-vis de l’humidité ambiante. Pour une variation du taux d’Humidité Relative, de 40 à 90% et une augmentation de la concentration du glycérol, plastifiant hygroscopique, le matériau passe d’un état vitreux (rigide) à un état caoutchouteux (mou). Des films fins ont été ensuite réalisés, à partir des extrudats thermoplastiques, par extrusion gonflage. La perméabilité à la vapeur d’eau des films de caséinate de sodium a été étudiée et a montré que ces matériaux sont de mauvaises barrières à l’humidité. La deuxième partie a été consacré à l’étude de mélanges caséinate de sodium/caséinate de calcium d’un côté et caséinate de sodium/PBAT de l’autre. Le mélange des deux caséinates a permis d’augmenter la tenue mécanique du mélange, à partir de 50% de caséinate de calcium, et de retarder le transfert hydrique à travers le film. Dans le même sens, l’ajout du PBAT, a augmenté jusqu’à deux fois plus, le module d’Young des mélanges mais a baissé la résistance au transfert d’humidité du film à cause de l’incompatibilité des deux polymères / Biomass is one of the main alternatives to the use of oil in plastics field. Due to their various functional properties, caseinates are considered as an interesting raw material for making biodegradable and water-soluble packaging. The transformation of sodium caseinate by the processes used for synthetic plastics industry has been demonstrated. A corotating twin-screw extruder was used to get glycerol plasticized caseinate pellets. The physicochemical properties of the obtained material have confirmed the thermal stability of this protein and demonstrated the influence of surrounding moisture on material behavior. With the Relative Humidity varying from 40 to 90% and increasing the glycerol content, an hydrous plasticizer, the mechanical properties of sodium caseinate based materials changed from those of glassy (rigid) to rubbery (soft) plastics. The pellets were then taken over to make film using a blown-film extruder. The water vapour permeability of blown film was studied and showed that sodium caseinate based films are a poor moisture barrier. The second part dealt with the sodium caseinate blend. Sodium caseinate/calcium caseinate and sodium caseinate/PBAT blends was performed. Adding calcium caseinate, started from 50%, improved the mechanical properties and delayed hydrous transfer through the film. Concerning the sodium caseinate/PBAT blends, adding PBAT increased until twice more the material’s Young modulus but decreased the moisture transfer resistance because of the incompatibility between the two polymers

This project utilised a novel solvent-free continuous cocrystallisation (SFCC) method to manufacture pharmaceutical co-crystals. The objectives were to optimize the process towards achieving high co-crystal yields and to understand the behaviour of co-crystals under different conditions. Particular attention was paid to the development of near infrared (NIR) spectroscopy as a process analytical technology (PAT). Twin screw, hot melt extrusion was the base technique of the SFCC process. Changing parameters such as temperature, screw speed and screw geometry was important for improving the co-crystal yield. The level of mixing and shear was directly influenced by the screw geometry, whilst the screw speed was an important parameter for controlling the residence time of the material during hot melt extrusion. Ibuprofen – nicotinamide 1:1 cocrystals and carbamazepine – nicotinamide 1:1 co-crystals were successfully manufactured using the SFCC method. Characterisation techniques were important for this project, and NIR spectroscopy proved to be a convenient, accurate analytical technique for identifying the formation of co-crystals along the extruder barrel. Separate thermal and model shear deformation studies were also carried out to determine the effect of temperature and shear on co-crystal formation for several different pharmaceutical co-crystal pairs. Finally, NIR spectroscopy was used to create two partial least squares regression models, for predicting the 1:1 co-crystal yield of ibuprofen – nicotinamide and carbamazepine – nicotinamide, when in a powder mixture with the respective pure API. It is believed that the prediction models created in this project can be used to facilitate future in-line PAT studies of pharmaceutical co-crystals during different manufacturing processes.