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La mode s'empare du bananier.

La mode s'empare du bananier.

Effet des méthodes d'extraction physiques, chimiques et biologiques.

Cet article présente les variations de résistance, de diamètre, d'élongation et de ténacité des fibres de pseudo-tige de bananier extraites de cinq cultivars communs du Sri Lanka . Les bananiers qui ont été sélectionnés représentent les zones climatiques sèches et humides du Sri Lanka .

Des mélanges de toutes les couches de la tige des cultivars sélectionnés ont été soumis à trois méthodes d'extraction différentes.

La technique de décortication a été utilisée pour l'extraction mécanique, l'hydroxyde de sodium a été utilisé pour l'extraction chimique et l'enzyme pectinase a été utilisée pour l'extraction biologique.

La méthode d'extraction mécanique.

A donné des fibres plus grossières, l'extraction chimique a entraîné une réduction de half-hour du diamètre des fibres, tandis que les fibres extraites biologiquement ont présenté une augmentation de 40 Tuatha De Danann la résistance des fibres par rapport aux fibres extraites mécaniquement. L'analyse par microscopie électronique à balayage a révélé la présence de fibrilles endommagées lors de l'extraction mécanique et l'élimination du matériau liant dans les méthodes d'extraction chimique et biologique.

En outre, l'analyse par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier a prouvé l'élimination de la lignine dans l'extraction chimique et biologique. Les différents cultivars ont présenté des comportements différents en matière d'extensibilité, ce qui est courant dans les fibres naturelles.

Propriètés et décortications.de la fibre de banane du Shri Lanka, extraction de la fibre. 

Platation de culture de bananieS

La banane est un membre du genre Musa (appartenant à la famille des Musaceae). Le botaniste suédois Linnaeus a donné à l'espèce le nom de "Musa" en référence à Antonius Musa, un physique romain.1 Quatre sections d'espèces ont été identifiées dans Musa et ont été réduites à deux sections principales sur la base d'analyses moléculaires, qui ont été considérées comme les parents des types cultivés, à savoir Musa acuminate (AA) et Musa balbisiana (BB). La contribution correspondante de M. acuminata et M. balbisiana au cultivar est désignée par As et Bs, respectivement.

Une classification supplémentaire est obtenue sur la base de la présence d'un ou plusieurs ensembles de chromosomes (appelés niveau de ploïdie). Par exemple, un AB est un diploïde, un AAB est un triploïde et un ABBB est un tétraploïde. Les hybrides triploïdes (AAA, AAB et ABB) sont les variétés cultivées sans pépins les plus connues.2

Les variétés de bananes sri-lankaises sont classées comme suit :

Génome AAB/Mysore : Ambul et Seeni ;

Génome AB/Kolikuttu : Kolikuttu, Suwendel et Puwalu ;

groupe génome AAA/Cavendish : Anamalu, Embon, Bin Kehel, Nethrapalam et Rath Kehel ;

Groupe génomique ABB/variétés de plantain : Alu kehel, Etamuru, Hambanpuwalu, Marathamana, Mondon et Sambel.

La banane (Musa acuminata Colla) est un fruit largement cultivé dans tout le Sri Lanka .

Près de 50 000 ha de terres sont consacrés à la culture de la banane et la production annuelle est d'environ 45 000 tonnes

La demande croissante de bananes sur le marché international a entraîné une augmentation des surfaces et de la production, générant ainsi une quantité considérable de déchets de biomasse de pseudo-tige.

Les déchets de tiges de bananiers ne peuvent pas être laissés dans les champs car ils provoquent l'émission de gaz toxiques, tels que le CO2, et facilitent également la croissance de champignons nuisibles qui peuvent attaquer les bananiers restants. En outre, elles ne peuvent pas être utilisées pour l'alimentation des animaux5.

Toutes les variétés de tiges de bananiers et presque toutes les parties du bananier contiennent des fibres de différentes résistances, couleurs et longueurs d'agrafes, qui peuvent être utilisées pour diverses applications. Par conséquent, la pseudo-tige peut être utilisée avec succès pour de nombreuses applications et produits.

Dans un passé récent, les fibres de banane avaient une application limitée et étaient principalement utilisées pour fabriquer des produits artisanaux tels que des cordes, des nattes et d'autres matériaux composites. La tendance émergente des produits verts, le souci de l'environnement et les tissus écologiques ont permis de reconnaître la fibre de banane naturelle pour toutes ses propriétés favorables, avec une utilisation croissante dans tous les secteurs d'applications du textile et de l'habillement.

La fibre de banane présente des caractéristiques physiques et chimiques.

favorables qui facilitent son utilisation dans les produits textiles et d'habillement. La structure chimique de la fibre de banane est composée de cellulose, d'hémicellulose et de lignine.

La section transversale de la fibre de banane est constituée d'un certain nombre de fibres plus petites regroupées en faisceau. Ces fibres plus petites peuvent varier de 10 à environ 100 fibres individuelles. Chacune de ces cellules fibreuses individuelles a une forme et une taille similaires à celles des fibres de coton, en ce qui concerne les sections transversales. Ces fibres sont liées par de la lignine et donnent une structure hémicellulose.

Tronc de bananier coupé en deux parties montre les fibres de la plantes.

Traditionnellement, les fibres de banane étaient extraites manuellement. Ce processus prend beaucoup de temps et la qualité de l'extraction dépend de l'habileté de l'ouvrier.8 Les fibres de banane sont maintenant extraites par des méthodes chimiques, mécaniques ou biologiques.

L'extraction mécanique ne parvient pas à éliminer le liant naturel des espaces intermédiaires de la fibre dans le faisceau de fibres, tandis que l'extraction chimique entraîne une pollution de l'environnement. En revanche, l'extraction biologique permet d'obtenir un meilleur rendement en fibres que les deux autres techniques, avec un minimum de nuisance pour l'environnement. Cependant, le rouissage naturel est un processus long et fastidieux.

Le dégommage est essentiel après l'extraction pour obtenir une utilisation optimale des fibres. Ce procédé permet d'éliminer de la partie cellulosique de la fibre le liant naturel non cellulosique fortement enrobé9.

Les principales méthodes d'extraction mécanique sont les procédés Bacnis et Leonit. Les principales méthodes d'extraction mécanique sont les procédés Bacnis et Leonit. Dans le procédé Bacnis, une simple action d'arrachage est utilisée pour séparer les troncs et déshabiller la gaine.

La fibre est obtenue en tirant et en écrasant les rubans (tuxy)

et en éliminant la matière pulpeuse. Dans le procédé Loenit, un outil pointu est utilisé pour obtenir les rubans de la gaine. Un dispositif en forme de peigne est utilisé pour séparer les fibres.

La dernière méthode d'extraction mécanique est le procédé de décorticage. Dans ce procédé, les tiges de bananes coupées d'une longueur de 100 à 200 cm sont écrasées entre deux rouleaux de tambour pour obtenir les fibres après avoir retiré la partie pulpeuse. La machine augmente la production de fibres de 20 à 25 fois par rapport au processus manuel.10

Le rouissage naturel biologique peut être effectué en trempant la tige dans un récipient ouvert contenant de l'eau fraîche. Elle doit être conservée pendant quelques jours ou quelques semaines pour activer une combinaison de plusieurs micro-organismes.

Le choix de l'enzyme est basé sur le type de substrat, sa composition, sa taille et sa teneur en lignine. Les enzymes couramment utilisées sont les cellulases et les pectinases. Les enzymes cellulases augmentent le lissage en éliminant les fibrilles de la surface. Par conséquent, les propriétés mécaniques sont réduites en raison des dommages subis par les fibres.

Un monsieur présente des tiges de bananiers pour la préparations de fibres en tissus.

Les pectinases éliminent la pectine interlamellaire, qui agit comme une substance adhésive naturelle entre les fibres.9 En outre, un consortium d'espèces bactériennes, à savoir Bacillus cereus, Bacillus licheniformis, Bacillus subtilis et Bacillus polymyxa, est isolé et utilisé pour l'extraction et le traitement des fibres des tiges de banane et de plantain en utilisant la méthode de rouissage en cuve à système contrôlé (CSTR).3

Les méthodes d'extraction chimique ont été expérimentées dans les recherches. Le traitement alcalin est utilisé dans l'extraction chimique. Les traitements alcalins facilitent la fibrillation, où le faisceau de fibres composites est décomposé en fibres plus petites.

L'alcali (hydroxyde de sodium (NaOH)) réduit la rugosité des fibres et permet d'obtenir des fibres de bonne qualité. En outre, l'acide sulfurique, le peroxyde d'hydrogène, la protéase et le citrate de sodium peuvent également être utilisés pour l'extraction chimique11.

L'analyse de l'orientation moléculaire est essentielle pour expliquer le comportement physique d'un système macromoléculaire. La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) est l'un des outils importants pour examiner la structure moléculaire au niveau macro. Les recherches au niveau moléculaire avec la FTIR se concentrent principalement sur l'analyse de la structure cristalline. Selon l'orientation des chaînes polymères, les fibres naturelles se composent de deux régions : amorphe et cristalline.12 De plus, l'IRTF indique la présence et la suppression des liaisons moléculaires. La microscopie électronique à balayage (MEB) balaie l'échantillon avec un faisceau d'électrons focalisé et fournit des images capturées avec des informations détaillées sur la topographie et la composition de l'échantillon.

L'objectif de cet article est d'analyser l'effet de la méthode d'extraction des fibres sur le comportement physique des fibres extraites de cinq cultivars communs de bananes du Sri Lanka . Enfin, les résultats seront utilisés pour développer une technique de traitement commercialement viable qui produira des fibres de qualité textile. La résistance à la traction, la ténacité, l'élongation et le diamètre des fibres ont été mesurés après l'extraction des fibres à l'aide de différentes méthodes d'extraction et la relation entre les propriétés des fibres et la méthode d'extraction a été déterminée. Une analyse plus poussée pour prédire le comportement structurel a été effectuée en utilisant le MEB et le FTIR.

Matériaux et méthodes

Échantillons d'essai

Les tiges de bananes ont été collectées dans des champs de culture situés dans les zones climatiques sèches et humides du Sri Lanka , qui possède une quantité considérable de terres utilisées pour la culture. Deux tiges ont été choisies au hasard pour représenter un cultivar, tandis que 10 échantillons ont été choisis au hasard pour représenter 5 cultivars communs avec des génomes différents. Les tiges ont été conditionnées aux conditions atmosphériques standard avant d'être soumises au traitement.

Les tiges ont été coupées en deux avec une machine à couper les tiges. Les tiges sont constituées de couches qui peuvent être séparées manuellement à l'aide d'un couteau manuel. Les couches ont été sélectionnées de manière à représenter toutes les sections telles que le xylème, le cambium vasculaire, le phloème et le périderme. Les échantillons testés étaient des bandes de tige de 30 cm de long.

Extraction des fibres des tiges de banaliers.

Tissus de fibres de tiges de bananiers de couleurs différentes prêt à la confection

L'extraction mécanique a été réalisée à l'aide d'une machine à décortiquer les fibres. Des bandes coupées de tige de bananier ont été introduites entre un rouleau presseur et un rouleau racleur et les fibres ont été extraites. Un peignage manuel a été effectué pour éliminer l'excès de moelle des fibres.

L'extraction chimique a été réalisée avec du NaOH. Les bandes coupées de la tige de banane ont été immergées dans un bain avec 5% de NaOH dans des conditions atmosphériques standard.

L'extraction biologique a été réalisée à l'aide d'une enzyme pectinase à 5 %. Des bandes coupées de tiges de bananier ont été immergées dans le bain et maintenues dans des conditions atmosphériques standard.

Enfin, toutes les bandes de tiges traitées ont été peignées manuellement à l'aide d'un peigne doux pour séparer les fibres individuelles et ont été séchées au soleil.

Teste de traction.

Les fibres extraites ont été conditionnées et testées dans des conditions atmosphériques standard. Une technique de zonage a été utilisée pour sélectionner les fibres pour les tests. Une poignée de fibres a été sélectionnée parmi toutes les couches et divisée en deux parties, l'une étant jetée et l'autre conservée. Les fibres retenues ont de nouveau été divisées en deux parties, dont l'une a été rejetée. Ce processus a été répété jusqu'à ce que 5 g de fibres soient obtenus comme échantillon représentatif pour chaque test. Les fibres sélectionnées ont été utilisées pour les tests.

Test de traction.

Les propriétés de traction des fibres ont été mesurées avec une machine d'essai de traction Instron ayant une cellule de charge de 10 N, qui fonctionne selon le principe du taux d'élongation constant. Le test a été effectué selon la méthode standard de l'ASTM D3822, avec une longueur de spécimen de 5 cm. La vitesse de déplacement de la traverse a été réglée pour obtenir un temps de rupture des fibres de 20 ± 3 s. Les valeurs de charge ont été mesurées en Newton (N) avec une précision de quatre décimales et les valeurs d'extension ont été mesurées en millimètres (mm) avec une précision de deux décimales. Au total, 50 essais ont été réalisés et les valeurs moyennes ont été obtenues.

Diamètre.

Au total, 10 échantillons de fibres ont été testés et 5 lectures ont été obtenues sur chaque échantillon. Les valeurs moyennes de 40 lectures ont été obtenues. Les valeurs de diamètre ont été mesurées à l'aide d'images SEM avec un facteur d'agrandissement de 300×-1500×.

Ténacité des fibres

Le nombre de fibres a été calculé en utilisant la méthode de coupe et de pesée. La ténacité a été calculée en utilisant les valeurs mesurées du nombre et de la résistance.

Analyse morphologique.

Les 10 échantillons ont été testés et des images SEM ont été obtenues pour analyser la structure morphologique. L'échantillon contenant les fibres a été disposé sur un stub à broches puis positionné sur un support pouvant être inséré dans le MEB. Une tension d'accélération élevée (10 kV) et un courant de faisceau de 100 μA ont été utilisés pour obtenir des images à haute résolution. Les vues longitudinales des fibres ont été analysées.

Spectroscopie FTIR

Le comportement macromoléculaire a été examiné à l'aide du spectromètre FTIR Bruker/ALPHA équipé d'un dispositif de réflexion totale atténuée (ATR). Les échantillons de fibres ont été analysés conformément à la norme ASTM E168-06 et ont été placés directement sous le cristal et l'accessoire ATR.

Résultats et discussion

Des images SEM ont été obtenues pour analyser la topographie de la fibre. Les diamètres des fibres extraites mécaniquement sont comparativement plus élevés que ceux des méthodes d'extraction biologique et chimique. Par conséquent, ils ont été observés sous les facteurs de grossissement de 300× et 600×.

Le facteur d'agrandissement de 1500× n'a pas été possible en raison de l'aspect flou et brouillé des images capturées. Cependant, dans le cas de l'extraction biologique et chimique, les images ont été obtenues sous les facteurs de grossissement de 600× et 1500× pour une meilleure clarté.

Tests physiques.

La figure montre la résistance à la traction (charge de rupture) d'une fibre unique (fibre technique, qui se compose de plusieurs fibres élémentaires) extraite de cinq cultivars différents en utilisant trois méthodes d'extraction différentes. Elle montre que la méthode d'extraction biologique donne la plus grande résistance des fibres parmi tous les cultivars, tandis que la fibre extraite chimiquement a la plus faible résistance parmi les trois cultivars. Cependant, les cultivars AAB (Ambul) et AB (Kolikuttu) présentent une résistance des fibres comparativement plus élevée avec l'extraction chimique qu'avec l'extraction mécanique. Chauhan et Sharma13 affirment que l'extraction biologique avec des enzymes augmente la résistance de la fibre car elle ne casse que le composant lignine qui agit comme un liant, alors que l'extraction mécanique affaiblit la fibre car le composant cellulose pourrait également être endommagé.

 La figure montre la résistance à la traction charge de rupture d'une fibre unique fibre technique, qui se compose de plusieurs fibres élémentaires.

 

 

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