Qu’est-ce que le polyuréthane ?
Les polyuréthanes sont des polymères à liaisons uréthanes obtenus par réaction entre des groupes isocyanates et des groupes hydroxyles.
En modifiant le type et la composition des principales matières premières et la méthode de moulage, le polyuréthane peut être fabriqué à partir de matériaux flexibles spongieux, semblables à du caoutchouc, jusqu’à des matériaux durs et résistants tels que les pneus en caoutchouc.
Utilisations du polyuréthane
Les polyuréthanes peuvent être divisés en deux catégories principales en termes d’apparence : les polyuréthanes à base de mousse, qui sont poreux, et les polyuréthanes sans forme, qui ressemblent à du caoutchouc. Les utilisations de chacune de ces catégories étant très différentes, elles sont décrites séparément ci-dessous.
1. À base de mousse
Le polyuréthane à base de mousse se décline en deux types : la mousse souple et la mousse dure. La mousse souple, en particulier, est utilisée dans un large éventail d’utilisations, des articles de tous les jours aux utilisations industrielles. Les utilisations de la mousse souple comprennent les éponges utilisées dans les cuisines, les coussins pour les écouteurs et autres appareils, les rouleaux pour les équipements industriels et les matériaux d’insonorisation.
Les utilisations de la mousse rigide de polyuréthane sont souvent utilisées sur les chantiers de construction comme isolant thermique.
2. Systèmes non moussés
Les polyuréthanes non moussés sont riches en élasticité et en ténacité et sont utilisés comme matériaux structurels élastiques tels que le caoutchouc et les élastomères, ainsi que dans les textiles, les peintures et les adhésifs.
En tant qu’élastomères, ils sont utilisés dans les pneus, les courroies, les joints, les rouleaux, les pièces de machines et les pare-chocs d’automobiles. Les fibres de polyuréthane sont également connues sous le nom de spandex et sont largement utilisées dans les vêtements tels que les vestes, les pantalons, les maillots de bain, les vêtements de sport, etc. en raison de leur grande élasticité.
Composition du polyuréthane
Les matières premières utilisées pour fabriquer le polyuréthane comprennent les diisocyanates, dont la molécule comporte des groupes isocyanates bifonctionnels, les polyols, dont la molécule comporte des groupes hydroxyles, et les diols de faible poids moléculaire.
Alors que les diisocyanates utilisés dans les polyuréthanes sont peu nombreux, comme le montre le tableau 1, il existe une très large gamme de polyols, qui sont les matières premières du côté des composants du groupe hydroxyle. En effet, les polyols eux-mêmes sont des polymères dont le poids moléculaire varie de plusieurs centaines à plusieurs milliers, et les monomères qui les composent se présentent sous la forme d’un large éventail de combinaisons.
Les diols de faible poids moléculaire du groupe hydroxyle sont également représentés dans le tableau 1, et leurs dimères sont également utilisés comme diols de faible poids moléculaire. Les triols à trois groupes hydroxyle, représentés dans le coin inférieur droit du tableau 1, et les alcools à un groupe hydroxyle sont également utilisés pour ajuster le poids moléculaire.
Caractéristiques des polyuréthanes
Les caractéristiques des polyuréthanes varient considérablement en fonction du type de matière première utilisée dans le mélange, mais en général, les polyuréthanes présentent une excellente résistance mécanique (élasticité, ténacité) et les autres caractéristiques suivantes.
1. Avantages
- Résistance mécanique élevée, excellente élasticité et ténacité, haute résistance à la traction. Maintien de l’élasticité même en cas de dureté élevée.
- Excellente résistance à l’abrasion et au vieillissement.
- Excellente résistance à l’huile et aux solvants et bonne adhérence.
- Excellentes propriétés à basse température et bonne résistance aux intempéries.
- Grande résistance à la compression.
2. Inconvénients
- Mauvaise résistance à la chaleur, avec une limite de température d’utilisation continue de 80°C à 100°C.
- Facilement hydrolysable et vulnérable à l’eau.
- La combustion génère des gaz toxiques.
Ces caractéristiques varient fortement en fonction de la combinaison des matières premières utilisées. Par exemple, la dureté et la résistance varient considérablement en fonction du rapport entre les polyols et les diols de faible poids moléculaire utilisés. De plus, le composant polyol contribue de manière significative à la résistance aux intempéries et à l’hydrolyse ; il est donc important de concevoir les molécules en fonction des performances requises.
Autres informations sur le polyuréthane
Méthodes de production des mousses de polyuréthane
La mousse de polyuréthane est un matériau moulé semblable à une éponge, fabriqué en faisant mousser du polyuréthane pendant le processus de moulage. Il existe plusieurs méthodes de fabrication de la mousse de polyuréthane, notamment le moulage en plaques, qui consiste à faire mousser un mélange de matières premières sans le placer dans un moule, puis à le découper pour lui donner la forme voulue. Le moulage en moules, qui consiste à utiliser un moule pour lui donner la forme voulue. Le moulage en stratifié, qui permet de produire des panneaux isolants de grande taille.
1. Polyuréthane à base de mousse souple
Dans les polyuréthanes mous, de l’eau est ajoutée comme agent moussant à la matière première, le polyol, et les groupes isocyanates réagissent avec l’eau pour produire du dioxyde de carbone. Parallèlement, la résinisation se poursuit par la réaction du polyol, du diol de faible poids moléculaire et de l’isocyanate, de sorte que les bulles de gaz carbonique durcissent en continu pour former une mousse poreuse.
Lors de la réaction avec l’eau, l’isocyanate devient une amine, mais en raison de la réactivité extrêmement élevée de l’amine, celle-ci réagit immédiatement avec un autre groupe d’isocyanate pour former une liaison urée. C’est pourquoi la composition des polyuréthanes à base de mousse souple n’est pas seulement liée à l’uréthane, mais contient également de nombreuses liaisons d’urée.
2. Polyuréthanes à base de mousse rigide
Dans les polyuréthanes à mousse rigide, on utilise comme agent moussant un agent physique à faible point d’ébullition, qui s’évapore avec la chaleur de réaction lors de la conversion de l’uréthane. Les bulles de la mousse rigide sont des bulles indépendantes qui assurent un haut degré d’isolation thermique.