Qu'est-ce que le polyuréthane ?

Qu'est-ce que le polyuréthane ?

Les mousses de polyuréthane sont des polymères thermodurcissables découverts pour la première fois par Otto Bayer et ses collègues en 1937 et qui ont commencé à être utilisés dans divers pays européens, notamment en Allemagne et en Autriche, après les années 1940. Grâce à sa large gamme de produits, il sert à de nombreuses utilisations dans la vie quotidienne. La haute résistance, la faible densité et la facilité d'application de la mousse de polyuréthane sont des facteurs importants dans sa préférence par rapport à de nombreux matériaux.

Il est essentiellement formé à la suite de la réaction d’un isocyanate avec au moins deux groupes NCO réactifs par molécule et de glycols avec deux ou plusieurs extrémités OH fonctionnelles réactives. La structure de la mousse de polyuréthane est constituée de segments durs composés d'isocyanates et de segments souples composés de polyols. Les mousses de polyuréthane sont des polymères thermodurcis formés à la suite d'une réaction exothermique. Divers catalyseurs, agents gonflants et produits chimiques auxiliaires sont utilisés dans les formulations de mousses de polyuréthane, dont les principaux composants sont l'isocyanate et le polyol, selon le secteur demandé. Les mousses de polyuréthane sont constituées de réticulations intramoléculaires. De cette manière, ils résistent aux conditions extrêmes telles que le sel, les acides et les bases et conservent leurs propriétés physiques et chimiques pendant de nombreuses années.

Les mousses de polyuréthane sont utilisées dans de nombreux domaines de la vie quotidienne grâce à leur forme souple et dure. La construction, l'électroménager, le textile, l'automobile, l'ameublement et la chaussure font partie des secteurs où la mousse de polyuréthane est la plus utilisée.

La mousse de polyuréthane est divisée en deux classes : mousse dure et mousse flexible, en tenant compte de la structure cellulaire et des longueurs de chaîne qui forment les segments souples.

L'industrie du bâtiment et de la construction est l'un des domaines dans lesquels la mousse rigide est la plus couramment utilisée en raison de sa haute résistance mécanique et de son faible coefficient de conductivité thermique. Grâce aux propriétés isolantes des mousses de polyuréthane, le transfert de chaleur entre les parties intérieures et extérieures du bâtiment peut être évité. En plus de toutes ces caractéristiques, il est largement utilisé dans l’industrie de la construction en raison de sa fonction imperméable. De plus, sa facilité d’application et sa longue durée de vie rendent le produit plus apprécié des utilisateurs. Les mousses rigides permettent des économies d'énergie en réduisant l'énergie consommée dans les situations où l'air froid doit être maintenu, comme les chauffe-eau, les réfrigérateurs et les congélateurs, dans l'industrie des appareils électroménagers ainsi que dans le secteur du bâtiment.

Dans quels secteurs le polyuréthane est-il utilisé ?

Les mousses de polyuréthane sont utilisées dans de nombreux domaines de la vie quotidienne grâce à leur forme souple et dure. La construction, l'électroménager, le textile, l'automobile, l'ameublement et la chaussure font partie des secteurs où la mousse de polyuréthane est la plus utilisée.

La mousse de polyuréthane est divisée en deux classes : mousse dure et mousse flexible, en tenant compte de la structure cellulaire et des longueurs de chaîne qui forment les segments souples.

L'industrie du bâtiment et de la construction est l'un des domaines dans lesquels la mousse rigide est la plus couramment utilisée en raison de sa haute résistance mécanique et de son faible coefficient de conductivité thermique. Grâce aux propriétés isolantes des mousses de polyuréthane, le transfert de chaleur entre les parties intérieures et extérieures du bâtiment peut être évité. En plus de toutes ces caractéristiques, il est largement utilisé dans l’industrie de la construction en raison de sa fonction imperméable. De plus, sa facilité d’application et sa longue durée de vie rendent le produit plus apprécié des utilisateurs. Les mousses rigides permettent des économies d'énergie en réduisant l'énergie consommée dans les situations où l'air froid doit être maintenu, comme les chauffe-eau, les réfrigérateurs et les congélateurs, dans l'industrie des appareils électroménagers ainsi que dans le secteur du bâtiment.

Les mousses de polyuréthane flexibles sont généralement regroupées en éponges pour canapés et lits, éponges viscoélastiques, systèmes filtrants et intégrés. Les mousses, qui occupent une place importante dans l'industrie du meuble, apportent des solutions importantes tant lors de la fabrication que dans la production d'oreillers, de lits et de canapés qui offrent un confort à l'utilisateur en épousant la forme du corps. Encore une fois, son domaine d’utilisation est assez étendu dans l’industrie automobile ; Il est utilisé dans des domaines tels que les roues, la direction, les matériaux de garniture intérieure et extérieure, les filtres à air et à diesel, la production de pare-chocs et de sièges. Grâce à leur légèreté et à leur volume élevé, ils réduisent le poids du véhicule et économisent du carburant, tout en contribuant également à la sécurité des passagers grâce à leur structure souple.

Dans l'industrie textile, le polyuréthane est utilisé dans des domaines tels que le cuir, le tissu, les semelles de chaussures et les accessoires. En plus de tout cela, les matières premières en polyuréthane utilisées dans les produits médicaux tels que les lits d'hôpitaux, les dispositifs enduits par injection, les pansements et les champs chirurgicaux ; Il est préféré dans l'industrie maritime car il protège la coque des effets tels que l'eau, l'air, la corrosion et la friction.

Qu’est-ce que la polyurée ? Dans quels domaines est-il utilisé ?

La matière première polyurée est largement utilisée dans l’industrie de l’imperméabilisation comme revêtement de sol. La polyurée est formée à la suite de la réaction d’isocyanates et de composés de résine à terminaison amine.

La polyurée, matière première indispensable en imperméabilisation, est principalement appliquée sur le béton et l'acier. En plus de sa fonction imperméable, il offre flexibilité, durabilité, protection contre la corrosion et résistance à l'usure à la surface sur laquelle il est appliqué. Principaux domaines d'utilisation ; Ceux-ci sont répertoriés comme l’étanchéité de l’extérieur du bâtiment, du toit, du sol, du garage, de la cage d’ascenseur, du réservoir d’eau et de l’intérieur de la piscine.

Formation de mousse de polyuréthane et matières premières utilisées

Les polyols utilisés dans la production de mousse de polyuréthane se combinent avec l'isocyanate pour former la structure du polyuréthane. Le groupe catalyseur ajouté à la réaction a un effet sur la durée de la réaction. Le groupe silicone ajouté au mélange stabilise la structure de la mousse jusqu'à former une structure durable et assure un mélange homogène. Les agents gonflants et l'eau utilisés dans le mélange sont : Cela affecte la densité de la mousse.

1- Polyols

Les polyols jouent un rôle important dans l'industrie du polyuréthane. La grande majorité d’entre eux sont produits par voie pétrochimique à partir de pétrole brut et de charbon. Les polyols sont constitués de composés polymères ou d'oligomères liquides avec au moins deux groupes hydroxyle. De tels polyols ; les polyéther-polyols, les polyester-polyols, les polyoléfines à terminaison hydroxyle, les polycarbonates et les polyols à groupements hydroxyles provenant d'huile végétale. De plus, les polyols obtenus à partir d'huiles végétales telles que l'huile de soja, l'huile de ricin et l'huile d'arachide contribuent à l'environnement en termes de durabilité.

Les polyéther polyols sont constitués de nombreuses matières premières différentes dont la longueur de chaîne est augmentée par des oxydes d'alkylène (oxyde de propylène (PO) ou oxyde d'éthylène (EO)). Les matières premières utilisées aujourd'hui sont des matières composées de produits naturels, tels que le saccharose ou le sorbitol, ou de produits chimiques organiques produits industriellement, tels que l'éthylène diamine et l'o-toluène diamine. Polyesters utilisés dans les mousses rigides ; Il est basé sur des initiateurs d'acide adipique, d'acide glutamique et d'acide succinique ou sur des flux de déchets industriels tels que des mélanges de polyéthylène téréphtalate dépolymérisés à partir de déchets de distillation de diméthyltéréphtalate, de bouteilles de rebut et de films.

2- Isocyanates

Des composants isocyanates qui jouent un rôle important dans la synthèse du polyuréthane ; Il a une structure aliphatique, aromatique, cycloaliphatique ou polycyclique. Le diisocyanate de toluène oligomère (TDI), le diisocyanate de méthylènediphényle (MDI) et l'isocyanate de méthylène diphényle polymère (PMDI) sont largement utilisés dans la formation de polyuréthane.

3- Agent gonflant



Des agents gonflants chimiques et physiques ou leur combinaison sont utilisés dans la production de mousses de polyuréthane.

Les agents gonflants chimiques réagissent avec les groupes isocyanate et libèrent du gaz CO ₂ . Les agents gonflants physiques sont constitués de divers composés tels que des azéotropes halogénés ou non, des hydrocarbures et des oléfines de nouvelle génération.

4- Catalyseurs

Les catalyseurs dans la formation du polyuréthane sont choisis parmi deux classes : les amines tertiaires et les sels métalliques, notamment l'étain. Catalyseurs ; Il accélère la réaction entre l'isocyanate et les molécules à terminaison OH. Les catalyseurs utilisés dans les réactions du polyuréthane ont des effets et des sélectivités différents. Par conséquent, des combinaisons de deux catalyseurs ou plus sont généralement utilisées dans de nombreuses applications. La combinaison résultante fournit de manière synergique l'équilibre entre gélification (formation d'uréthane) et gonflement (CO ₂ , agents gonflants) au niveau souhaité et s'adapte aux processus de production des clients. De plus, l'activité catalytique des catalyseurs sur les réactions de réticulation (allophanate, biuret, isocyanurate) détermine à la fois le comportement moussant et les propriétés moussantes de la mousse de polyuréthane. Les réactions de gélification, de gonflement, de cyclomérisation, d'oxazolidane et de carbodiimide qui se produisent lors de la formation de la mousse de polyuréthane sont déclenchées et accélérées par des catalyseurs.

Types de mousse de polyuréthane

Polyuréthane ; Il est utilisé essentiellement dans quatre types de produits : mousse, élastomère, fibre et revêtement. Les matériaux polyuréthane, principalement utilisés dans la structure de la mousse, varient dans leur utilisation en raison de leurs différentes densités.

1- Mousses de polyuréthane rigides

Les matériaux polymères hautement réticulés, à cellules fermées, thermodurcissables et à haute résistance à la compression sont appelés mousses de polyuréthane rigides. Les mousses de polyuréthane rigides constituent la classe de matériaux ayant la conductivité thermique la plus faible parmi les polymères de mousse utilisés dans le commerce. Grâce à la combinaison d’excellentes et uniques propriétés d’isolation thermique et mécaniques, il est largement utilisé dans les secteurs du chauffage-refroidissement et de la construction de bâtiments.

2- Mousses souples

Les mousses de polyuréthane flexibles ont le plus grand volume de production parmi les différents polyuréthanes et sont largement utilisées comme matériaux d'absorption des chocs, de confort, d'isolation phonique et d'emballage. Mousses de polyuréthane flexibles ; Il est utilisé dans la fabrication de pièces et de sièges automobiles, dans la production d'oreillers et de matelas et dans les éponges pour meubles. Ces mousses sont obtenues par réaction d'isocyanate avec un polyol en présence de catalyseurs et d'additifs appropriés. Le dioxyde de carbone, qui agit comme agent gonflant et est libéré par la réaction des groupes isocyanates avec l'eau, se propage dans les pores initialement formés et permet à la mousse de se dilater. Ce processus ; Elle se compose de différentes étapes telles que le mélange et la répartition des bulles, la montée de la mousse, l'ouverture des alvéoles et la formation d'une mousse polyuréthane alvéolaire.

3 élastomères de polyuréthane thermoplastique

Les matériaux polyuréthanes thermoplastiques sont des matériaux formés par la réaction d'un diisocyanate, d'un prépolymère et d'un diol à chaîne courte. Le segment constitué du prépolymère et du diol a une structure molle, tandis que le segment formé par la réaction du diol et du diisocyanate a une structure dure. Les segments durs contenus dans ces élastomères de polyuréthane thermoplastique à deux segments agissent comme des maillons croisés aux intersections de la chaîne, créant une structure stable à une certaine température. Cependant, lorsqu'ils sont à nouveau chauffés ou dissous dans un solvant, leur structure stable se décompose, donnant au matériau polyuréthane la possibilité d'être traité dans un moule ou recouvert à l'aide d'un solvant. Les élastomères de polyuréthane thermoplastique ont une résistance élevée et une résistance à l'usure contre les gaz, les huiles, les hydrocarbures, l'ozone et l'oxygène. Grâce à ces caractéristiques, il est utilisé dans des applications telles que les roues pleines, les semelles de chaussures, les joints et les roues dentées.

Technologies d'application du polyuréthane

Les matériaux polyuréthane ont des méthodes et des étapes de production différentes selon les secteurs dans lesquels ils sont utilisés.

Les mousses de polyuréthane rigides sont produites en versant la formulation de mousse dans un moule. Le produit peut ensuite être découpé en feuilles ou selon les formes souhaitées selon le secteur demandé. Cette méthode est utilisée dans les applications « coulées sur place » telles que le revêtement isolant des réfrigérateurs et des articles similaires. Avec l'augmentation du volume de consommation de mousse et le besoin qui en résulte de méthodes de production plus économiques, un processus continu de production de mousse en blocs, puis une technologie de laminage continu pour la production de panneaux ont été développés.

1-Production de dalles

La mousse Slabstock est également appelée mousse en feuille ou en bloc. Les mousses Slabstock sont produites par un processus continu. Les tailles de mousse sont sélectionnées et découpées pour être utilisées pour différentes applications. Les mousses Slabstock sont produites en continu par une machine de type convoyeur horizontal. Dans cette technique, les matières premières sont pompées dans un mélangeur fonctionnant à grande vitesse et déversées sur des convoyeurs avançant continuellement, et une formation de mousse se produit sur les convoyeurs. En production discrète, la production est réalisée à l'aide de moules. La méthode des dalles (blocs) est principalement appliquée à la production d’éponges.

2- Coulée in situ

Méthode de coulée in situ ; Il est utilisé pour la production de réfrigérateurs, de congélateurs, de panneaux sandwich et d'applications similaires. Ce procédé est également utilisé dans des applications sur le terrain telles que l'isolation interne et externe des réservoirs, l'isolation des réservoirs de GPL (gaz de pétrole liquéfié), l'isolation des réservoirs de pétrole lourd, l'isolation des réservoirs de produits chimiques et l'isolation du revêtement des tuyaux.

3- Moulage

Une autre méthode de production de mousse de polyuréthane est la méthode de moulage. Les mélanges d'isocyanates et de polyols sont appliqués par injection dans le moule à l'aide de machines basse et haute pression. Le mélange de polyols contient des polyols, des catalyseurs, des allongeurs de chaîne, des agents gonflants et des produits chimiques auxiliaires. Le mélange isocyanate et polyol est acheminé vers la partie tête de la machine en passant par différentes conduites sous pression. Une fois les deux produits mélangés dans la section de tête, ils sont versés dans le moule. Les moules en aluminium, en silicone et en polyester sont généralement utilisés comme matériaux de moulage. Les moules peuvent être à une température de 25 à 50 ^° C pendant l'application. La méthode de moulage est fréquemment utilisée dans des secteurs tels que l’ameublement et l’automobile où des mousses de polyuréthane flexibles sont utilisées. Les mousses de polyuréthane flexibles les plus couramment utilisées par procédé de moulage sont les volants, les pommeaux de vitesses, les pièces de garniture intérieure, les filtres à gasoil dans l'industrie automobile ; Dans le secteur du meuble, des produits tels que des oreillers et des fauteuils sont disponibles.

4- Laminage

La méthode de laminage est utilisée dans les applications de feuilles laminées de matériaux de revêtement flexibles tels que le papier d'aluminium, les papiers kraft et asphalte. Les panneaux obtenus par ce procédé peuvent être utilisés comme panneaux isolants sur les toits et les murs, et des matériaux de revêtement durs tels que les plaques de plâtre peuvent être utilisés dans la production semi-continue de matériaux de construction.

5- Processus de moule fermé (RIM)

Le procédé RIM consiste à mélanger deux composants réactifs et à couler ce mélange dans un moule fermé à l'aide d'un mélangeur haute pression. Avec ce procédé, des produits fins et larges peuvent être obtenus. Des exemples de produits RIM en mousse rigide comprennent des housses de chaise, des machines de bureau, des boîtiers d'ordinateurs et des pièces automobiles telles que des spoilers et des garde-boue.

6- Panneaux Sandwich

Les panneaux sandwich rigides en mousse de polyuréthane ont une structure à six faces composée d'une large plaque de bardage sur deux faces et d'un cadre sur quatre faces. Le mélange de mousse est versé dans la cavité fermée et expansé. La production de panneaux à petite échelle est réalisée selon un procédé par lots. Le processus continu présente un rendement élevé mais les coûts d'investissement initiaux sont élevés. Les panneaux sandwich sont utilisés dans les véhicules d'expédition transportant des aliments surgelés et dans les entrepôts frigorifiques.

7- Pulvérisation

Les systèmes de mousse rigide à deux composants peuvent être appliqués par pulvérisation sur une surface à une température d'environ 10 °C et plus. Zones où l'isolation par pulvérisation est appliquée à l'aide de cette méthode ; réservoirs extérieurs tels que les réservoirs de stockage de pétrole lourd, les entrepôts frigorifiques, les surfaces murales des caves de navires et les surfaces des toits-façades des bâtiments.

Propriétés générales du polyuréthane

Les systèmes de mousse rigide à deux composants peuvent être appliqués par pulvérisation sur une surface à une température d'environ 10 °C et plus. Zones où l'isolation par pulvérisation est appliquée à l'aide de cette méthode ; réservoirs extérieurs tels que les réservoirs de stockage de pétrole lourd, les entrepôts frigorifiques, les surfaces murales des caves de navires et les surfaces des toits-façades des bâtiments.

Propriétés générales du polyuréthane

Les matériaux en mousse de polyuréthane doivent avoir certaines propriétés mécaniques, structurelles et thermiques en raison de leurs domaines d'utilisation. Différentes méthodes de test sont appliquées pour les détecter.

1- Densité

La densité affecte presque toutes les propriétés du matériau polyuréthane. À mesure que la densité du matériau en mousse de polyuréthane dure augmente, la résistance à la compression, qui est l'une de ses valeurs mécaniques, augmente et, avec cela, une augmentation de la valeur du coefficient de conduction thermique est également observée. Par conséquent, la détermination de la densité des matériaux en mousse est d'une grande importance.

2- Relation structure-propriété dans la mousse de polyuréthane

La matrice polymère, la structure cellulaire et donc la composition du gaz ont un effet sur les propriétés physiques, mécaniques et thermiques des mousses polymères. Outre les paramètres critiques tels que la répartition et la quantité de cellules, la structure des cellules, c'est-à-dire si elles sont fermées ou ouvertes, joue également un rôle important dans la détermination des propriétés finales de la mousse polymère.

3- Propriétés thermiques de la mousse de polyuréthane

Le polyuréthane est un matériau qui attire l'attention par ses très bonnes propriétés d'isolation thermique et est utilisé dans de nombreuses applications de la technologie actuelle. Il présente un très faible coefficient de conductivité thermique (0,022 W/mK) et une haute résistance à l'eau. En plus de ses propriétés d’isolation thermique et hydrofuge, il assure également une isolation phonique en fonction de sa structure.

La quantité de gaz soufflé restant à l’intérieur des cellules de la mousse de polyuréthane affecte ses propriétés isolantes. Le pentane et ses dérivés, l'un des gaz de soufflage physique, sont fréquemment utilisés dans la formation de mousse. En plus du gaz pentane, _{le CO2,} qui est un gaz de soufflage chimique, est formé à la suite de la réaction de l'isocyanate et de l'eau lors de la formation de mousse. La plus grande contribution à l'isolation thermique est apportée par ces gaz de soufflage et, par conséquent, un gaz avec un faible coefficient de conduction thermique doit être préféré dans la formulation.

Grâce à ses propriétés thermiques, le polyuréthane est fréquemment préféré dans les secteurs où l'isolation thermique est importante, comme le bâtiment, l'automobile et l'électroménager.

4- Propriétés mécaniques de la mousse de polyuréthane

Les propriétés mécaniques des mousses sont importantes car elles doivent être dimensionnellement stables dans les applications industrielles. Il est généralement connu que les propriétés mécaniques des matériaux cellulaires dépendent principalement de leur densité. Outre la densité, la taille des cellules est un autre paramètre qui affecte les propriétés mécaniques des mousses. Tandis que le diamètre des cellules des mousses diminue, la résistance à la compression et la densité, qui ont une relation proportionnelle entre elles, augmentent. Résistance à la compression et module élastique ; Cela dépend non seulement de la taille des cellules de la mousse, mais également du matériau des parois cellulaires, de la forme et du type de cellules (fermées ou ouvertes). Dans les mousses de polyuréthane, à mesure que l'indice d'isocyanate ou la teneur en isocyanate augmente, la densité de réticulation de la mousse et donc la résistance à la compression de la mousse augmentent. Cette situation; Cela peut s'expliquer par le fait que des quantités excessives d'isocyanate utilisées en raison de l'indice d'isocyanate élevé conduisent à la formation de segments durs d'isocyanurate, de biurets et d'allophanates dans la structure. Une teneur élevée en isocyanurate, biuret et allophanate provoque la formation d'une structure plus dure mais cassante et de plus en plus cassante dans les mousses. À mesure que l'indice d'isocyanate augmente, la densité de réticulation de la mousse augmente et la taille des cellules diminue de manière inversement proportionnelle à la densité, ce qui donne des mousses avec des pores plus petits. À mesure que l'indice d'isocyanate augmente, la densité de la mousse augmente, tandis que la taille des cellules diminue, et inversement proportionnelle à la diminution de la taille des cellules, la résistance à la compression de la mousse augmente. Étant donné que les polyols ayant un indice d'hydroxyle élevé nécessitent plus d'isocyanate lors de la formation de la mousse, les mousses de polyuréthane résultantes ont également une densité de réticulation plus élevée. D'une manière générale, les mousses à haute densité ou à forte densité de réticulation présentent une bonne résistance mécanique. À mesure que la teneur en polyol augmente, la taille des cellules des mousses augmente et donc la densité et la résistance à la compression des mousses diminuent. La structure ramifiée et l'indice OH élevé des polyols multiramifiés augmentent considérablement la densité de réticulation des mousses. Cependant, les cellules qui ne sont pas formées de manière homogène dans ces mousses, le taux élevé de cellules ouvertes et la dureté excessive des parois cellulaires provoquent un effritement et une structure fracturée. Ces structures affaiblissent également les propriétés mécaniques. Le changement de la quantité d'eau, qui est l'agent gonflant, entraîne une différence remarquable dans les propriétés physiques et mécaniques des mousses. À mesure que la teneur en eau augmente dans les formulations de mousse, la taille des cellules de la mousse augmente, la paroi cellulaire devient plus fine et donc la résistance à la compression diminue.

5- Stabilité dimensionnelle

La structure en polyuréthane présente une excellente stabilité dimensionnelle et cette caractéristique varie en fonction de la température ambiante. Parce qu’il a une large zone d’utilisation, il est exposé aux changements de température. La résistance à la traction est extrêmement importante dans les systèmes polyuréthane. Les mousses ayant une stabilité dimensionnelle inférieure aux normes se déformeront lorsqu'elles seront exposées à des températures plus élevées ou plus basses, provoquant des dommages à l'appareil ou de mauvaises performances. La mousse de qualité doit résister au retrait lorsqu’elle est exposée à des températures plus élevées ou plus basses ou à des niveaux d’humidité élevés. Une mauvaise stabilité dimensionnelle peut provoquer un gonflement, une expansion, une contraction ou une déformation de la mousse. Ce comportement conduit finalement à de mauvaises performances d’enrobage, d’imperméabilisation et, surtout, d’isolation des mousses.