Isocyanates organiques importants : Diisocyanate de méthylène diphényle polymère (PAPI)

Le diisocyanate de méthylène diphényle polymère, abrégé en PAPI, également connu sous le nom de MDI brut ou MDI polymère, est largement utilisé dans la fabrication de mousses rigides de polyuréthane et de polyisocyanurate. Il est également partiellement utilisé dans les mousses de polyuréthane semi-rigides et les mousses flexibles moulées.

Le PAPI est essentiellement un mélange contenant diverses fonctionnalités de diisocyanates de méthylène diphényle. En règle générale, le MDI représente environ 50 % du mélange total. Le reste est constitué d'isocyanates oligomères présentant des fonctionnalités de trois ou plus.

Dans l'industrie nationale de la mousse de polyuréthane, en particulier dans le secteur de la mousse de polyuréthane rigide, certains appellent simplement PAPI MDI dans l'achat et la production de matériaux, ce que les nouveaux arrivants devraient noter.

La méthode de production du PAPI (MDI brut) est la même que celle du MDI, avec un rapport molaire aniline/acide chlorhydrique légèrement inférieur. La synthèse du PAPI, comme du MDI, s'effectue en deux étapes. Tout d'abord, la solution d'aniline et de formaldéhyde (formol) se condense sous l'action de l'acide de Lewis pour former un mélange de polyamines contenant une certaine quantité de diamines. Ce composé polyamine est ensuite phosgéné pour obtenir le PAPI. Lors de la synthèse des polyamines, la teneur en diamine doit être contrôlée autour de 50 %. Ceci est généralement réalisé en ajustant les quantités d'aniline et de formaldéhyde introduites pour maintenir un rapport molaire spécifique. Expérimentalement, lorsque le rapport molaire de l'aniline au formaldéhyde est de 1,75, le composé polyamine résultant contient environ 50 % de diamines. Par conséquent, le rapport molaire de l'aniline au formaldéhyde varie généralement dans la plage de 1,6 à 2,0. Les autres conditions opératoires de synthèse des polyamines sont similaires à celles du MDA.

Pour le processus de production de MDI et de PAPI par la méthode de coproduction, les polyamines requises doivent contenir 60 % à 75 % de diamines. Ceci est également réalisé en modifiant le rapport molaire de l'aniline au formaldéhyde. Lorsque le rapport molaire aniline/formaldéhyde est de 4/1,4, les polyamines synthétisées contiennent environ 75 % de diamines. Les conditions du procédé de phosgénation des polyamines sont similaires à celles du MDA et ne sont donc pas détaillées ici.

Généralement, le processus de coproduction de MDI et PAPI est adopté. Actuellement, la production mondiale d’isocyanates évolue vers des processus à grande échelle, continus et automatisés. Les usines étrangères de coproduction de MDI et de PAPI ont atteint des capacités de production allant jusqu'à 90 000 tonnes par an.

Le PAPI contient 40 à 50 % de MDI pur, le reste étant constitué de polyisocyanates ayant des fonctionnalités allant de trois à six et une petite quantité de polyisocyanates de haut poids moléculaire.

Sur la base des différences de viscosité du produit et de la fonctionnalité moyenne des groupes NCO, le PAPI peut être divisé en différentes qualités. Les différences entre les différents produits PAPI résident principalement dans les proportions de 4,4'-MDI, 2,4’-MDI et différentes fonctionnalités des polyisocyanates de méthylène diphényle, entraînant des fonctionnalités et des réactivités moyennes variables. En fonction de la viscosité, le PAPI peut être classé en PAPI à haute viscosité, de qualité standard et à faible viscosité. Les MDI polymères de qualité standard et à faible viscosité sont utilisés uniquement dans les mousses flexibles, tandis que les PAPI à haute viscosité et de qualité ordinaire sont utilisés dans les mousses rigides. La fonctionnalité moyenne du PAPI de qualité standard est d'environ 2,7, avec une viscosité de 100 à 300 mPa.·s, et une fraction massique de NCO d'environ 31 % à 32 %, contenant environ 50 % de MDI en masse, dont la majeure partie est de 4,4’-MDI. Ce type de MDI polymère est largement utilisé dans les mousses flexibles auto-pelliculaires et les mousses semi-rigides non soufflées à l'eau, ainsi que dans les mousses haute résilience durcies à froid lorsqu'elles sont mélangées avec du TDI et du MDI liquide. Une viscosité plus faible implique une fonctionnalité plus faible, par exemple, la fonctionnalité moyenne du PAPI à faible viscosité se situe généralement entre 2,5 et 2,6, principalement utilisé dans les mousses flexibles haute densité et les mousses auto-pelliculaires.

Les produits de la série MDI comprennent le PAPI et le MDI modifié, avec des pressions de vapeur bien inférieures à celles du TDI, ce qui rend le MDI plus sûr à utiliser que le TDI. De plus, le MDI a une réactivité globale plus élevée que le TDI, ce qui se reflète dans les performances du processus de mousse : un durcissement plus rapide, des températures de moulage plus basses, des temps de démoulage plus courts et de meilleures propriétés de mousse. Les mousses flexibles à base de MDI se caractérisent par une dureté élevée et de bonnes propriétés portantes. Par conséquent, le PAPI et le MDI modifié sont largement utilisés dans les produits de moulage par injection à réaction rapide (RIM) et les coussins automobiles à forte charge. Il existe une tendance à l'étranger à utiliser des systèmes MDI au lieu des systèmes TDI dans les mousses flexibles moulées.