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Protocole expérimental 1: Matériel requis 2: fabrication de la pâte 3: Manipulations spécifiques aux sortes de papier 4: fabrication des feuilles Graphiques.

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1 Protocole expérimental 1: Matériel requis 2: fabrication de la pâte 3: Manipulations spécifiques aux sortes de papier 4: fabrication des feuilles Graphiques et Tableaux importants Tableau du rendement Tableau de consommation deau et de produits chimiques Comparaison de blancheur des papiers Explication des résultats (discussion) Résultats qualitatifs 1 Résultats qualitatifs 2 Résultats qualitatifs 3 Résultats quantitatifs Cycle du recyclage du papier Conseils pratiques

2 Au cours de cette expérience, nous fabriquerons cinq sortes de papier recyclé : le papier écologique (100% recyclé) le papier désencré le papier blanchi au peroxyde dhydrogène le papier blanchi à lhypochlorite de sodium (eau de javel) le papier désencré et blanchi au peroxyde dhydrogène Les papiers qui seront fabriqués proviennent de papier issu de déchet de consommation dans les proportions massiques suivantes : 750 g de journaux (50% de la pâte à papier) 300g de cartons de boîtes de céréales (20% de la pâte à papier) 300 g de papier dordinateur utilisé (20% de la pâte à papier) 150 g de revues (10% de la pâte à papier) Matériel requis : cinq béchers de quatre litres (trempage) un malaxeur bassine de (dimensions) une balance une grosse cuillère un tamis (voir lannexe pour la méthode de fabrication) deux plaques plusieurs épaisseurs de feutre séchoir à cheveux four conventionnel papiers filtres de 10 mm papiers filtres de 150 mm une passoire Solutions requises –400 ml de silicate de sodium à 28% –2x 750 ml de peroxyde dhydrogène à 17% –2x 750 ml dhypochlorite de sodium à 5,25% –2x 25 ml dacide chlorhydrique à 15% –5x 13,25 ml damidon à 5% (peut être chauffé pour solubilisation) –8x 200ml de savon biodégradable Retour au menu principal

3 Manipulations communes aux cinq sortes de papier 1) PRÉPARATION DE LA PÂTE Déchirer les différentes sortes de papier en petits carrés denviron 2 cm. Mélanger de façon à obtenir une répartition égale des différentes sortes de papier. Peser exactement environ 300g du mélange de papier. Le mettre à tremper dans la bassine dans 3 litres deau chaude durant 6 heures. Égoutter le mélange. Malaxer léquivalent de 35 petits carrés à la fois dans 250 ml deau chaude durant 45 secondes. Passer ainsi tout le mélange au malaxeur. Rajouter de leau chaude de façon à obtenir un total de 8 L de pâte. Transvider immédiatement dans la bassine de 18L (45cm x 30cm x 12cm) tout en remuant continuellement pour éviter quun dépôt de fibres ne saccumule au fond. Pour la suite, se référer aux différentes méthodes relatives à chaque sorte de papier qui sont expliquées plus bas. Retour au menu principal

4 Suite des manipulations pour le papier écologique Se référer à la fin des manipulations communes aux cinq sortes de papier pour la suite. Suite des manipulations pour le papier désencré Ajouter la solution de silicate de sodium à la mixture en brassant pour bien mélanger. Attendre le gonflement des fibres, soit environ 48 heures. Effectuer la filtration sous vide avec le papier filtre de 10 mm en sassurant de bien rincer la pâte en ajoutant 1,5L deau au résidu. Recueillir celui-ci. Le laver en utilisant le savon biodégradable. Rincer à laide dune passoire avec 2L deau. Effectuer la filtration sous vide avec le papier filtre de 150 mm. Recueillir le filtrat, qui est constitué des fibres de papier. Remettre la pâte en suspension dans leau selon les proportions initiales (un total de 8 L de pâte doit être obtenu, ajouter des quantités deau en conséquence). Se référer à la fin des manipulations communes aux cinq sortes de papier pour la suite. Suite des manipulations pour le papier blanchi à lhypochlorite de sodium Ajouter la solution dacide chlorhydrique à la mixture en brassant pour bien mélanger. Laisser agir quelques minutes avant dajouter la solution dhypochlorite de sodium. Laisser agir cette dernière durant quatre ou cinq jours. Effectuer la filtration sous vide en sassurant, encore une fois, de rincer le résidu avec 1,5 L deau. Recueillir celui-ci. Le laver en utilisant le savon biodégradable. Rincer à laide dune passoire avec 2L deau. Remettre le résidu en suspension dans les solutions dacide chlorhydrique et dhypochlorite de sodium. Laisser agir 2 heures avant de refaire une filtration sous vide en rinçant très bien pour bien laver les produits chimiques du papier, en ajoutant 1,5L deau au résidu. Laver à nouveau le résidu en utilisant le savon biodégradable. Rincer avec 2L deau. Remettre la pâte en suspension dans leau selon les proportions initiales (un total de 8 L de pâte doit être obtenu, ajouter des quantités deau en conséquence). Se référer à la fin des manipulations communes aux cinq sortes de papier pour la suite. Suite des manipulations pour le papier blanchi au peroxyde dhydrogène Ajouter la solution de peroxyde dhydrogène à la mixture en brassant pour bien mélanger. Laisser agir durant quatre ou cinq jours. Effectuer la filtration sous vide en sassurant, encore une fois, de rincer le résidu avec de leau. Recueillir celui-ci. Le laver en utilisant le savon biodégradable. Rincer à laide dune passoire avec 2L deau. Remettre le résidu en suspension dans la solution de peroxyde dhydrogène. Laisser agir quelques heures avant de refaire une filtration sous vide en rinçant très bien pour bien laver le blanchisseur du papier. Laver à nouveau le résidu en utilisant le savon biodégradable. Rincer avec 2L deau. Remettre la pâte en suspension dans leau selon les proportions initiales (un total de 8 L de pâte doit être obtenu, ajouter des quantités deau en conséquence). Se référer à la fin des manipulations communes aux cinq sortes de papier pour la suite. Suite des manipulations pour le papier désencré et blanchi Se référer aux manipulations pour le papier désencré. Se référer aux manipulations pour le papier blanchi au peroxyde dhydrogène. Se référer à la fin des manipulations communes aux cinq sortes de papier pour la suite. Retour au menu principal

5 2) FABRICATION DES FEUILLES Ajouter à la pâte la solution damidon et bien remuer. Mettre la pâte sur le tamis de la manière suivante : plonger rapidement le tamis à la verticale à lextrémité la plus éloignée de soi. Le ramener vers soi tout en remettant le tamis à lhorizontale et ce, en dessous de la pâte. Sortir le tamis contenant la pâte et laisser égoutter lexcédent deau. Transférer cette feuille de papier de la manière suivante : déposer le feutre directement sur la feuille formée. Ajouter la plaque sur le feutre et retourner rapidement en tenant fermement la plaque et le tamis ensemble. Tapoter doucement sur le tamis si la feuille ne tombe pas delle-même. Recommencer en superposant feutre et papier et mettre lautre plaque sur le dessus. Presser ce montage en ajoutant du poids réparti également sur la plaque, par exemple des dictionnaires ou des béchers remplis de pâte. Faire sécher pour commencer au four conventionnel durant quelques heures à 75°C, jusquà ce que les feuilles ne soient plus quhumides. Séparer celles- ci et terminer le gros du séchage au séchoir à cheveux en plaçant la feuille sur le tamis par exemple. Laisser à lair libre pour enlever le reste dhumidité. Retour au menu principal

6 Types de papiers 100% écologique Blanchi à lhypochlorite de sodium Blanchi au peroxyde dhydrogène DésencréDésencré et blanchi au peroxyde dhydrogène Rendeme nt (%) 72,4067,1868,4966,8962,52 Retour au menu principal

7 Types de papiers: Quantités de produits: Papier 100% écologique Blanchi à lhypochlorite de sodium Blanchi au peroxyde dhydrogène DésencréDésencré et blanchi au peroxyde dhydrogène Acide chlorhydrique (15%) (mL) - 50 Hypochlorite de sodium (5,25%) (mL) 1500 Peroxyde dhydrogène (17%) (mL) 1500 Silicate de soude (28%) (mL) 400 Amidon (5%) (mL) 13,25 Consommation deau pour cinq feuilles (L) ,521,5 Retour au menu principal

8 De gauche à droite: Papier 100% écologique Papier désencré Papier blanchi au peroxyde dhydrogène Papier blanchi à leau de Javel Papier désencré et blanchi au peroxyde dhydrogène Retour au menu principal

9 Résultats qualitatifs: Tout dabord le papier 100% écologique, comme son nom lindique, est celui dont limpact néfaste sur lenvironnement est le plus minime. En effet, le seul point négatif de la méthode de fabrication de ce papier est la grande quantité deau quil utilise. Pour seulement 217,20 g, soit léquivalent de 5 feuilles de papier 100% écologique nous avons utilisé au minimum 11 litres deau. Cette quantité considérable est tout de même 4 fois inférieure à celle du papier fait à partir de fibres cellulosiques non-recyclées puisque le papier 100% écologique ne requiert aucune transformation du bois en fibres. Cest effectivement cette étape dans la fabrication du papier classique qui consomme la plus grande quantité deau. Pour ce qui a trait à la blancheur, le papier 100% écologique est beaucoup plus foncé quune feuille de papier conventionnel non-recyclée. Ceci est dû au fait quil na subi aucun traitement. Ainsi sa couleur gris brunâtre provient des encres contenues dans les papiers utilisés pour sa fabrication. Nous avons choisi de ne pas blanchir ce papier afin dobtenir un papier le plus écologique possible puisque toutes les techniques de blanchiment sont nocives pour lenvironnement. Or la très grande majorité des papiers, toutes catégories confondues, sont blanchis. Cest pourquoi notre papier 100% écologique ne pourra jamais être dune couleur similaire au papier conventionnel. Pour sa part, le papier désencré a nécessité lusage de 400 mL de silicate de soude à 28%. Cette solution est rejeté avec leau de rinçage et se retrouve donc directement dans les plans deau. Sachant que ce produit est particulièrement nocif pour la faune aquatique, cest là un point négatif à ce type de papier. De plus, le papier non recyclé ne nécessite aucune étape de désencrage puisque les fibres cellulosiques du bois sont vierges. Nous pouvons donc affirmer quà ce niveau, le papier recyclé est plus néfaste pour lenvironnement. La consommation en eau entre aussi en considération : pour produire 200,7g de papier désencré, soit léquivalent de cinq feuilles, il faut au moins 14,5 litres deau en plus de celle utilisée pour effectuer la filtration sous vide. Le papier désencré est dune couleur dun gris brun foncé et nous notons la présence de taches brunâtres. Nous pouvons affirmer que laction du silicate de soude a été obtenue : laffinité entre lencre et les fibres de papier a été rompue. Cest en fait létape de lélimination des particules dencre qui a échouée. Ces particules sont donc restées en suspension dans la pâte et sy sont mélangées. Cest ce qui explique la présence de telles parcelles à peine visibles à lœil nu dans le papier et qui lui donne cette teinte foncée. Il est important de noter que nos papiers montrent deux types damas dencre. Les plus petites particules dencres sont celles qui étaient présentes sur les papiers dorigine, et qui, lors du malaxage ont été déchiquetés puis répartis dans la pâte. Elles sont facilement perceptibles sur tous nos papiers de par leur petites tailles et leurs couleurs variées( ceci selon les papiers utilisés au départ). Les autres particules dencres résulte du désencrage. Elles figurent donc uniquement sur les papiers désencrés. Elles résultent de léchec de notre technique de désencrage : lencre ayant été détaché des fibres dorigines, celle-ci na pas été correctement éliminé. Les particules dencres se sont plutôt agglomérer entre elles pour former des amas brunâtres visibles à lœil nu. Théoriquement, le papier désencré aurait dû être dune couleur plus uniforme et ne présenter aucune forme de résidus dencre. Retour au menu principal

10 Le papier blanchi à lhypochlorite de sodium est définitivement nocif pour lenvironnement. En effet, lorsque le chlore contenu dans cette substance est rejeté avec les eaux de lavage dans la nature il entre en contact avec des matières organiques. Il forme des organochlorés qui, à long terme, ont différentes répercussions sur les écosystèmes. En industrie, cette méthode de blanchiment est la plus utilisée. La consommation deau relative à la production du papier blanchi à lhypochlorite de sodium est de 18 litres sans compter leau nécessaire aux différentes filtrations sous vide pour fabriquer 201,5g de papier, léquivalent de cinq feuilles. Puisque le papier est traité deux fois à lhypochlorite de sodium et que laction de ce produit est très violente, nous devons donc le rincer après chaque traitement. Cette grande consommation deau est une autre faille à cette méthode de fabrication. Bien que la production de ce type de papier soit très nocive pour lenvironnement, la couleur du papier blanchi à lhypochlorite de sodium se rapproche significativement de la couleur du papier classique. Cependant, la couleur pâle de ce papier amplifie le contraste avec les particules dencre restantes. Nous observons donc plusieurs petits points dencre de différentes couleurs qui sont issus des papiers dorigine formant la pâte. Suite au malaxage, les fibres se sont entremêlées entraînant avec elles les particules dencre. Il est important de mentionner que le blanchiment nagit pas sur lencre mais seulement sur les fibres cellulosiques. Toutefois, il faut noter que ces particules dencre sont présentes dans tous nos papiers, ce nest que la pâleur de ce papier qui les fait ressortir (elles nauraient théoriquement pas dû apparaître dans les papiers désencrés). La technique de blanchiment au peroxyde dhydrogène est beaucoup moins néfaste pour lenvironnement que la technique de blanchiment à lhypochlorite de sodium. Cela sexplique par le fait que le peroxyde dhydrogène se dégrade facilement. Malgré ceci, il reste néfaste pour lenvironnement. Tout comme lhypochlorite de sodium le peroxyde dhydrogène est rejeté avec les eaux de lavages dans les plans deau, où il a un impact néfaste sur les écosystèmes marins. Sa consommation deau est équivalente à celle utilisée pour la méthode de blanchiment à lhypochlorite de sodium, soit une quantité deau denviron 18 L pour une production de 205,46 g de papier. La couleur de ce papier est beige pâle. Tout comme lautre papier blanchi, on distingue clairement les petites particules dencres des papiers dorigines. Bien que le peroxyde dhydrogène soit moins polluant que lhypochlorite de sodium, selon notre expérience, son action blanchissante est beaucoup moins efficace. Retour au menu principal

11 Le papier désencré et blanchi au peroxyde dhydrogène est issu de la méthode de fabrication qui rejoint le plus la méthode de fabrication industrielle du papier recyclé. Cette méthode est la combinaison des méthodes de désencrage et de blanchiment au peroxyde dhydrogène. Son impact sur lenvironnement est donc doublement nocif puisquil rejette les deux produits chimiques associés aux techniques de désencrage et de blanchiment. Cette union des deux méthodes impliquent également une consommation deau plus élevée, soit de 21,5 L deau 187,6 g de papier. De plus, cette valeur ne contient pas les quantités deau requises pour les nombreuses filtrations sous vide. La couleur de ce papier est beige foncé. Théoriquement, ce papier aurait du être celui se rapprochant le plus de la couleur du papier classique non-recyclé. Cependant, suite à léchec de la technique du désencrage, la pâte, avant le traitement de blanchiment, était déjà dune couleur foncée. Laction blanchissante du peroxyde dhydrogène est donc moins visible que celle du papier non-désencré blanchi au peroxyde dhydrogène, puisquici, la pâte était initialement dune teinte plus foncée. Tout comme pour le papier uniquement désencré, le papier blanchi et désencré montre également des amas de particules dencres. Cependant, elles sont moins visibles parce que le peroxyde dhydrogène a exercé son action blanchissante sur celle-ci. Cependant, les petites particules dencres résultant du malaxage (particules multicolores) sont restés intacts puisque le blanchiment nagit pas sur celles-ci. La qualité générale de nos papiers recyclés diffère grandement des qualités du papier classique non-recyclé. En effet, par des tests de qualités, nous nous sommes basés sur des critères précis afin de comparer ces deux types de papier. Tout dabord, nous avons constaté que nos papiers recyclés ont une texture beaucoup plus rugueuse que celle du papier conventionnel. Ceci est attribuable à la mauvaise répartition des fibres lors du tamisage. Premièrement, la pâte récupérée par le tamis était plus dense au centre du tamis quaux extrémités de celui-ci ce qui entraînait une agglomération de fibres au milieu de la feuille. Deuxièmement, le laps de temps écoulé entre la fabrication de la première et la dernière feuille a causé la précipitation des fibres au fond de la bassine. Nous attribuons également la texture rugueuse de notre papier à notre technique de presse. En effet, la pression effectuée par les béchers remplis de pâte était inégale. De plus, les nombreuses épaisseurs de feutre ont également réduit luniformité du poids de la presse. Nous navons pas mis cette presse dans le four lors du séchage ce qui a causé un gondolement des feuilles de papier. Ensuite, la présence de filaments de fibres lors de leffacement et de la déchirure des papiers est en partie causée par le fait que les fibres soient courtes. En effet, le malaxage des fibres a réduit leur taille. Puisque que se sont les longues fibres qui maintienne la cohésion entre les fibres de papier, la réduction de leur longueur a pour effet de les rendre facilement détachables. Cest pourquoi, lors de leffacement, la simple friction dune gomme à effacer sur le papier arrache les fibres de celui-ci. De plus, labsence de létape de triage des fibres fait en sorte que celles-ci sorganisent aléatoirement. Ceci diminue également la cohésion entre les fibres. Ainsi, lorsquon déchire le papier, la disposition désordonnée des fibres empêche la déchirure dêtre droite puisquelle suit la disposition des fibres. Nous observons donc la présence de filaments de fibres. Notre papier recyclé est également nettement plus résistant que le papier conventionnel. Il est donc moins malléable que celui-ci. Dune part, la résistance de nos papiers est principalement causée par la présence de fibres de cartons qui composent 20% de notre pâte à papier recyclé. Le procédé industriel de fabrication de papier recyclé utilise toujours la même sorte de papier dans sa pâte que la sorte de papier quils veulent fabriquer. Du carton nentrerait donc jamais dans la composition dune pâte à papier destiné à faire du papier dimpression. Dautre part, nos papiers sont beaucoup plus épais que la feuille de papier dimpression non recyclée sur laquelle nous nous sommes basés pour effectuer nos tests de qualités. La malléabilité dun papier très épais est donc nécessairement plus faible que celle dun papier mince. Labsorption de nos papiers recyclés est comparable à celle dun papier non recyclé. En effet, lajout damidon est le seul facteur dinfluence de labsorbance dun papier autant recyclé que conventionnel. Ainsi, ce ne peut être que la quantité damidon ajoutée à notre pâte qui a influencé ce facteur. Retour au menu principal

12 Résultats quantitatifs Premièrement, nous nous attendions à un rendement inférieur à celui des industries puisque nous ne disposons pas des mêmes installations et nos instruments sont beaucoup moins efficaces que les leurs. Toutefois, nous remarquons que le rendement du papier 100 % recyclé est le plus significatif puisquil sapproche le plus du rendement théorique attendu, soit de 80 à 85 %. Il est fort évident quil occupe la première position en ce qui a trait au classement des meilleurs rendements puisquil est également celui ayant subit le moins de manipulations. Il na pas subit ni de filtration sous vide ni de lavage avec du savon. Les pertes sont donc beaucoup moins importantes que celles des autres techniques utilisées. Le papier 100 % recyclé est immédiatement suivit par les méthodes de blanchiment au peroxyde dhydrogène et à lhypochlorite de sodium. En effet, ces méthodes apparaissent en seconde position puisquelles ne subissent que deux lavages et aucune filtration sous vide. Ces deux manipulations sont des sources de pertes considérables mais elles le sont beaucoup moins que les méthodes suivantes. Pour ce qui est de la méthode de désencrage au silicate de soude, elle est lune des plus néfaste et lune des moins efficaces. Effectivement, elle doit subir au total trois étapes avant dobtenir la pâte désirée. Nous avons du faire deux filtrations sous vide de même quun lavage. Ces trois manipulations ont grandement contribuées à augmenter les pertes, et ainsi, faire diminuer le rendement. Toutefois, cette technique ne savère pas être la moins efficace. Incontestablement, il en revient à la technique de production du papier désencré au silicate de soude et blanchi au peroxyde dhydrogène. Cette méthode est sans aucun doute la moins rentable et la moins écologique. Elle nécessite un total de quatre manipulations dont deux filtrations sous vide de même que deux lavages avec du savon. Nous savons à cette étape que ces manipulations nécessitent énormément deau et contribuent davantage aux pertes. Cest avec cette méthode que nous avons obtenu un rendement séloignant le plus de la valeur attendue. Jugement sur la précision La méthode de tamisage, cest-à-dire celle de plonger le tamis dans une bassine remplie de pâte et de le ressortir de manière à récupérer une quantité inconnue de pâte pour la fabrication dune feuille, ne permet pas davoir des feuilles de même épaisseur. En effet, lorsque la pâte est tamisée puis égouttée, leau quelle comporte est récupérée par la bassine contenant la pâte, augmentant la dilution de celle-ci. Cela influence la répartition des fibres comme lépaisseur de chaque feuille de papier ne permettant pas détudier des variables telle que la rugosité. Il sagit là du principal facteur dimprécision de lexpérience effectuée. La presse constitue également un facteur dimprécision. Puisquelle exerce une pression inégale sur la pâte et quelle na pas été utilisée lors du séchage des feuilles dans le four, elle aurait pu biaiser nos résultats en ce qui a trait à la rugosité. De plus, la consommation deau ayant été un aspect important de notre expérience manque de précision puisque les béchers de 4L employé arrêtent leur gradation à 3,5L, ce qui implique quen remplissant le bécher il est possible de légèrement dépasser 4L comme il est possible de ne pas latteindre. Leau consommée pour la filtration sous vide nayant pas été quantifiée contribue également à cette imprécision sur la consommation deau. Pour ce qui est de la qualité des fibres employées, elle demeure incertaine puisque nous ne connaissons pas le stade de recyclage auquel les fibres provenant du papier journal et du carton 100% recyclé sont rendues. Nous ne savons donc pas si les fibres ont déjà été recyclées huit fois, ce qui affecterait la qualité du papier recyclé obtenue. Retour au menu principal

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