Sustainable and adhesive-free lignocellulosic fiberboards from steam exploded Arundo donax L

Abstract

L'objectiu d'aquesta tesi és explorar la possibilitat de fabricar taulers de fibres sostenibles i sense additius a partir de la planta Arundo donax L., a través d'un procés que involucra els següents passos: pretractament del material cru amb explosió de vapor, mòlta de les fibres seques, premsat en calent i tractament tèrmic final. Donats aquests passos, aquest estudi investiga particularment els efectes dels paràmetres de pretractament i tractament tèrmic final, mentre es considera també l'efecte de la pressió de premsat. A més, s'estudia l'efecte del gruix i la mida del panell. Amb l'objectiu d'optimitzar els paràmetres, s'identifiquen primer les condicions de pretractament i tractament tèrmic final més adequades per a taulells d'alta densitat fabricats a partir d'Arundo donax L., analitzant les dades obtingudes per a les propietats mecàniques (mòdul d'elasticitat MOE, mòdul de ruptura MOR i resistència interna IB) i les propietats físiques (densitat, inflament en gruix TS i absorció d'aigua WA). En molts casos, els resultats van assolir els requisits estàndard i van mostrar que és possible obtenir taulers de fibra d'alta qualitat amb una temperatura de pretractament per sobre de 195°C. Finalment, es desenvolupa un estudi inicial de l'impacte ambiental del procés de producció, a través de l'avaluació del cicle de vida i el càlcul d'indicadors d'impacte ambiental. Els resultats mostren que els taulers de fibra sense additius tenen un menor impacte en comparació amb els panells convencionals, malgrat implicar passos addicionals necessaris per abordar la falta d'adhesiu, com el pretractament amb explosió de vapor. Aquest darrer resultat, juntament amb el bon rendiment obtingut amb certes condicions de fabricació, revela l'efectivitat i sostenibilitat del procés i el valor d'Arundo donax L. com a matèria primera a utilitzar en aquest camp.

El objetivo de esta tesis es explorar la posibilidad de fabricar tableros de fibras sostenibles y sin aditivos a partir de la planta Arundo donax L., a través de un proceso que involucra los siguientes pasos: pretratamiento del material crudo con explosión de vapor, molienda de las fibras secas, prensado en caliente y tratamiento térmico final. Dados estos pasos, este estudio investiga particularmente los efectos de los parámetros de pretratamiento y tratamiento térmico final, mientras se considera también el efecto de la presión de prensado. Además, se estudia el efecto del grosor y el tamaño del tablero. Con el objetivo de optimizar los parámetros, se identifican primero las condiciones de pretratamiento y tratamiento térmico final más adecuadas para tableros de alta densidad fabricados a partir de Arundo donax L., analizando los datos obtenidos para las propiedades mecánicas (módulo de elasticidad MOE, módulo de ruptura MOR y resistencia interna IB) y las propiedades físicas (densidad, hinchamiento en espesor TS y absorción de agua WA). En muchos casos, los resultados alcanzaron los requisitos estándar y mostraron que es posible obtener tableros de fibra de alta calidad con una temperatura de pretratamiento por encima de 195°C. Finalmente, se desarrolla un estudio inicial del impacto ambiental del proceso de producción, a través de la evaluación del ciclo de vida y el cálculo de indicadores de impacto ambiental. Los resultados muestran que los tableros de fibra sin aditivos tienen un menor impacto en comparación con los paneles convencionales, a pesar de involucrar pasos adicionales necesarios para abordar la falta de adhesivo, como el pretratamiento con explosión de vapor. Este último resultado, junto con el buen rendimiento obtenido con ciertas condiciones de fabricación, revela la efectividad y sostenibilidad del proceso y el valor de Arundo donax L. como materia prima a utilizar en este campo.

The objective of this thesis is to explore the possibility of making sustainable lignocellulosic binderless fiberboards from the Arundo donax L. plant, through a process involving the following steps: pretreatment of the raw material with steam explosion, milling of the dried fibers, hot pressing, and final heat treatment. Given the above steps, this study particularly investigates the effects of pretreatment and final heat treatment parameters, while also considering the effect of pressing pressure. In addition, the effect of panel thickness and size, is studied. With the goal of optimizing parameters, the most suitable pretreatment and final heat treatment conditions for high density boards made from Arundo donax L. are first identified, by analyzing the data obtained for mechanical properties (modulus of elasticity MOE, modulus of rupture MOR, and internal bond IB), and physical properties (density, thickness swelling TS, and water absorption WA). In many cases, the results achieved the standard requirement and showed that it is possible to obtain high-quality fiberboards with a pretreatment temperature above 195°C. Finally, an initial study of the environmental impact of the production process is developed, through life cycle assessment and the calculation of environmental impact indicators. The results show that binderless fiberboards have a lower impact when compared to conventional panels, despite involving additional steps needed to address the lack of adhesive, such as steam explosion pretreatment. This last result, together with the good performance obtained with certain manufacturing conditions, reveals the effectiveness and sustainability of the process and the value of Arundo donax L. as a raw material to be used in this field.