Step–wise multi–scale deconstruction of banana pseudo–stem ( Musa acuminata ) biomass and morpho–mechanical characterization of extracted long fibres for sustainable applications

Abstract

La pseudo-tige de banane (BPS) est un produit agricole annuel renouvelable avec un potentiel de valorisation dans la production de papier, de fibre textile ou de nouveaux matériaux biosourcés. Un processus de déconstruction progressive a été mis en œuvre pour déterminer la composition chimique du BPS et isoler les sous – composants susceptibles d'être valorisés dans la formulation de composites polymères biosourcés. À chaque étape, les résidus ont été analysés par FTIR, diffraction des rayons X et TGA – DTG. La composition chimique de la matière de départ (% du poids sec) a été évaluée comme suit: 13,4% d'extraits, 6% de pectines, 14,7% de lignines, 28% d'hémicelluloses et 38% de cellulose. Le processus de déconstruction du BPS a été efficace, mais a conduit à la cellulose mercerisée (cellulose II) en tant que résidu final, comme l'indiquent les pics de diffusion des rayons X intenses centrés à 20,5 ° et à 21,5 °. La formation de cellulose II a été induite par la concentration élevée de la solution alcaline de KOH utilisée pour dissoudre les hémicelluloses dans l'holocellulose. L'élimination progressive des sous-composants non cellulosiques a permis d'obtenir un résidu plus stable thermiquement. Des fibres longues ont également été obtenues à partir de BPS avec un rendement de 60%. Ces fibres présentent une structure en cellulose I et une stabilité thermique similaire à celle de la cellulose extraite. Les analyses au MEB de fibres longues ont montré des défauts transversaux et latéraux, la présence de pilosité en surface et une morphologie presque cylindrique. Des tests de traction uniaxiale ont été effectués à température ambiante sur 150 échantillons choisis au hasard parmi les fibres les moins poilues, avec des diamètres allant de 40 à 140 µm. Les investigations mécaniques (module d'Young: 6,3–26 GPa; contrainte nominale à la rupture: 140–768 Pa; contrainte nominale à la rupture: 3%) révèlent une disparité significative fortement influencée par le diamètre de la fibre, à l'exception de la contrainte nominale à la rupture qui reste assez stable constante autour de 3%. Ces résultats sont comparables à la fourchette supérieure des valeurs rapportées pour les fibres extraites du BPS par d'autres voies chimiques ou pour les fibres obtenues d'autres plantes annuelles telles que le jute et le chanvre.