Conception of thermal insulators based on sunflower stem and polysaccharidic binder
Conception d'isolants thermiques à base de broyats de tiges de tournesol et de liants polysaccharidiques
Résumé
One of the issues relating to the sustainability of thermal insulation in the building industry is the use of composites derived from agricultural resources. These composites are typically agglomerated with mineral binders or from synthesis. To explore the use of polysaccharide binders for the conception of insulation panels based one sunflower stem aggregates (reinforcement), chitosan has been chosen as polysaccharide model. After a first stage of physico-chemical, thermal and mechanical characterizations of the binder and the reinforcement, an experimental design was established to find the best values of the particle size, the ratio binder/reinforcement and the compaction stress affecting the thermo-mechanical properties of the composites. A composite with a thermal insulation of about 0.06 W.m-1.K-1 and a maximum strength (in tension and compression modes) of 2 MPa was obtained with a ratio chitosan/sunflower stalk aggregates of 4.3 % and a size of 6.3 mm for the aggregates. The mechanical and thermal performances are superior to that of other biobased insulators available on the market. Formulation of the binder by covalent crosslinking (genipin) and by the addition of other biopolymers (alginate, guar gum, starch) with binding property has been achieved through the development of a fractional factorial experimental design. The results show the ability to maintain satisfactory mechanical and thermal properties with reducing chitosan content.
Un des enjeux relatifs à la durabilité des isolants thermiques dans l’industrie du bâtiment est l’utilisation de composites issus d’agro-ressources. Ces composites sont généralement mis en œuvre en l’état ou agglomérés par des liants minéraux ou issus de la synthèse. Afin d’explorer l’utilisation de liants polysaccharidiques pour la conception de panneaux isolants à base de broyats de tiges de tournesol (renfort), le chitosane a été choisi comme polysaccharide modèle. Après une première étape de caractérisations physico-chimique, thermique et mécanique du liant et du renfort, un plan d’expérience composite centré a été établi afin de trouver les meilleures valeurs de granulométrie des particules, de ratio massique liant/renfort et de contrainte de compactage influant sur les propriétés thermo-mécaniques des composites. Un composite doté d’une propriété d’isolation thermique de l’ordre de 0,06 W.m-1.K-1 et d’une contrainte à la rupture en traction et en compression de l’ordre de 2 MPa a été obtenu avec un ratio massique en chitosane de 4,3 % et une granulométrie de broyats de tiges de tournesol de 6,3 mm. Ses performances mécanique et thermique sont supérieures à celles des autres isolants biosourcés actuellement sur le marché. Dans une démarche d’éco-conception un travail de formulation du liant par réticulation covalente (génipine) et par ajout d’autres biopolymères (alginate, guar, amidon), dotés de propriétés liantes, a été réalisé via l'élaboration d'un plan d'expérience factoriel fractionnaire. Les résultats montrent la possibilité de conserver des propriétés mécaniques et thermiques satisfaisantes tout en minimisant la quantité de chitosane utilisé.
Origine : Version validée par le jury (STAR)