Abstract : The applications of natural fibers as reinforcing materials have received lots of attentions and
interests due to their unique advantages such as direct derivation from earth, sustainability,
degradability and so on. In addition, the employment of plant fibers as raw materials in engineering
and industries can promote sustainable agriculture. Cultivation of oilseed flax has grown recently
from 600,000 to 800,000 hectares in past few years in Canada. This can also provide a great
potential to use flax waste (straw), 2,000 kg/ha annually, as reinforcing materials in industry and
promote sustainable agriculture. These huge amounts of flax residuals usually burned or thrown
away which as result, leads to emission of CO2 into the atmosphere.
In two past decades, the employment of natural fibers in bio-composites as an alternative for flax
residuals disposal has received lots of interest and attention. The dramatic increase of publications
during this period supports this fact. This attention and interest has been attributed to public
awareness, Legal restrictions and environmental concerns associated to the synthetic fibers.
Moreover, the significant advantages of natural fibers such as low resin consumption, low tools
wear, cost effectivity; availability, environmentally friendly, degradability, low density and high
specific properties have converted the application of them very favorable.
However, the hydrophilic nature of cellulosic fibers as a main disadvantage makes them
incompatible with hydrophobic polymeric matrices. This poor compatibility between cellulosic
fibers and polymeric matrices mostly attributes to the presence of hydroxyl functional groups on
the backbone of the flax fibers that causes to hydrophilic properties of cellulosic fibers and poor
interfacial adhesion between cellulosic fibers and polymeric matrices.
The main goal of this research thesis is to convert of primary alcoholic groups (OH) available on
the surface of flax fiber to carboxyl groups by employment of TEMPO oxidation system in order
to facilitate the silane treatment process. Subsequently, carboxyl groups can more easily interact
with silane coupling agents. The surface functionality of as-received and treated fibers was
characterized using Fourier transform infrared and X-ray photoelectron spectroscopy.
Dynamic contact angle tensiometer was used to compare wettability of the oxidized and nonoxidized
fibers after the silane treatment. The interaction between flax fiber and polymer was
characterized using scanning electron microscopy (SEM). The results indicated that the TEMPO
iii
oxidation significantly improved the bonding efficiency of the silane coupling agents on the fiber
surface. Thus, the compatibility between the flax fibers and the epoxy resin was improved. In
addition, the water absorption of the modified fibers was remarkably reduced, while the contact
angle of the flax fibers was increased. / Les demandes des fibres naturelles comme matériaux de renforcement ont reçu beaucoup d'attentions et d'intérêts en raison de leurs avantages uniques tels que la dérivation directe de la terre, la durabilité, la dérivabilité, etc. En outre, l'emploi des fibres végétales comme matières premières dans l'ingénierie et les industries peut favoriser l'agriculture durable. La culture du lin oléagineux est passée de 600 000 à 800 000 hectares au cours des dernières années au Canada. Cela peut également constituer un excellent potentiel d'utilisation des déchets de lin (paille), 2 000 kg par an par année, en tant que matériaux de renfort dans l'industrie et promouvoir l'agriculture durable. Ces énormes quantités de résidus de lin sont généralement brûlées ou jetées, ce qui entraîne l'émission de CO2 dans l'atmosphère.
Au cours des deux dernières décennies, l'emploi de fibres naturelles dans les biocomposites comme possibilité à l'élimination des résidus de lin a suscité beaucoup d'intérêt et d'attention. L'augmentation spectaculaire des publications au cours de cette période prend en charge ce fait. Cette attention et cet intérêt ont été attribués à la sensibilisation du public, aux restrictions légales et aux préoccupations environnementales associées aux fibres synthétiques. En outre, les avantages importants des fibres naturelles, comme la faible consommation de résine, l'usure des outils, l'efficacité des coûts; la disponibilité, l'environnement, la dégradabilité, la faible densité et les propriétés spécifiques élevés ont transformé la demande des fibres naturelles très favorable.
Cependant, la nature hydrophile des fibres cellulosiques comme inconvénient principal les rend incompatibles avec des matrices polymères hydrophobes. Cette mauvaise compatibilité entre les fibres cellulosiques et les matrices polymères attribue principalement à la présence de groupes fonctionnels hydroxyles sur l'ossature des fibres de lin qui provoque des propriétés hydrophiles des fibres cellulosiques et une faible adhérence interfaciale entre les fibres cellulosiques et les matrices polymères.
L'objectif principal de cette thèse de recherche est de convertir des groupes alcooliques primaires (OH) disponibles à la surface de la fibre de lin en groupes carboxylés par l'emploi d'un système d'oxydation TEMPO afin de faciliter le traitement du silane. Par la suite, les groupes carboxylés peuvent interagir plus facilement avec des agents de couplage au silane. La fonctionnalité de surface des fibres reçues et traitées a été caractérisée en utilisant la spectroscopie à infrarouge à transformer de Fourier et à la Spectrométrie photo électronique X.
Un tensiomètre à angle de contact dynamique a été utilisé pour comparer la mouillabilité des fibres oxydées et non oxydées après le traitement au silane. L'interaction entre les fibres de lin et le polymère a été caractérisée en utilisant une microscopie électronique à balayage (MÉB). Les résultats indiquent que l'oxydation TEMPO a considérablement amélioré l'efficacité de liaison des agents de couplage silane sur la surface de la fibre. Ainsi, la compatibilité entre les fibres de lin et la résine époxy a été améliorée. En outre, l'absorption d'eau des fibres modifiées a été considérablement réduite, tandis que l'angle de contact des fibres de lin a été augmenté.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usherbrooke.ca/oai:savoirs.usherbrooke.ca:11143/11507 |
| Date | January 2017 |
| Creators | Harirforoush, Mohammad Javad |
| Contributors | Robert, Mathieu, Elkoun, Saïd |
| Publisher | Université de Sherbrooke |
| Source Sets | Université de Sherbrooke |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Mémoire |
| Rights | © Mohammad Javad Harirforoush |
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