Introduction aux agents moussants polyuréthane – Agents moussants à base d’alcane

Les composés alcanes ont attiré l'attention en raison de leur ODP (potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone) nul, de leur effet de serre minimal, de leur non-toxicité et de leur impact environnemental négligeable. La technologie de moussage au pentane a déjà été adoptée par des fabricants dans des régions comme l’Europe et l’Asie. Les alcanes sans ODP répondent aux exigences du Protocole de Montréal pour l'élimination progressive des substances appauvrissant la couche d'ozone, bien que leur inflammabilité soit une limitation.

Dans la voie HC (Hydrocarbures), les composés à base de pentane sont les plus utiles en pratique pour les processus de moussage. Les principaux agents moussants à base d'alcane utilisés dans la pratique comprennent le cyclopentane liquide, le n-pentane et l'isopentane, collectivement appelés « agents moussants au pentane ».

Par rapport au CFC-11 et au HCFC-141b, l’utilisation de composés de pentane comme agents gonflants de mousse de polyuréthane nécessite de résoudre plusieurs problèmes:

1  Inflammabilité:  Les alcanes sont des composés organiques volatils (COV) hautement inflammables, nécessitant des mesures de sécurité strictes pendant la production.

2  Solubilité: Le pentane a une solubilité relativement faible dans les polyols polyéther. La solubilité du cyclopentane dans les polyétherpolyols en mousse rigide générale varie de 10 % à 20 %, tandis que le n-pentane et l'isopentane ont une solubilité inférieure à 7 %. Des polyols et additifs spéciaux ou modifiés sont généralement nécessaires pour atteindre la concentration d'agent moussant souhaitée.

3  Conductivité thermique: Les alcanes ont une conductivité thermique en phase gazeuse relativement élevée, ce qui donne des mousses rigides avec des performances d'isolation inférieures à celles des mousses à base de HCFC-141b.

4  Coefficient de diffusion: Le coefficient de diffusion du pentane dans les mousses de polyuréthane est supérieur à celui du CFC-11, ce qui nécessite des mesures de protection pour que la mousse rigide conserve ses propriétés.

5  Problèmes de condensation: Le cyclopentane, avec un point d'ébullition plus élevé, est sujet à la condensation, réduisant ainsi la quantité de cyclopentane dans les cellules de mousse tout en augmentant la quantité de CO₂ et d'air entrant dans les cellules. Il en résulte une conductivité thermique accrue de la mousse. La condensation se produit généralement à des températures proches 25°C, entraînant des chutes de pression internes et impactant la stabilité dimensionnelle de la mousse. Pour atténuer cela, la densité de la mousse (par exemple 38 kg/m³) est souvent augmenté, ou les matières premières et les formulations sont améliorées pour améliorer la densité de réticulation et la structure cellulaire, renforçant ainsi la matrice de mousse et améliorant la stabilité. Bien que le n-pentane puisse également se condenser, sa pression de vapeur plus élevée rend la condensation moins grave.

Avancées dans les formulations et la technologie

Initialement, les méthodes de co-soufflage au cyclopentane monocomposant ou au cyclopentane-eau étaient couramment utilisées. Par la suite, des mélanges de cyclopentane avec des alcanes à point d'ébullition inférieur tels que l'isopentane ou le butane ont été introduits pour résoudre les problèmes causés par le point d'ébullition élevé du cyclopentane. Les améliorations apportées aux matières premières et aux formulations ont donné lieu à des mousses présentant d'excellentes caractéristiques de performance.

Parmi les agents moussants à base d'alcane, le cyclopentane a la conductivité thermique en phase gazeuse la plus faible et une solubilité relativement élevée dans les polyéthers polyols, ce qui en fait l'agent moussant alcane le plus largement utilisé. La technologie de moussage à base de cyclopentane est devenue l'une des alternatives mondiales aux agents moussants CFC, en particulier dans les applications de mousse rigide pour l'isolation des réfrigérateurs.

Le cyclopentane offre plusieurs avantages:

● Rentabilité:  C'est l'alternative la plus économique parmi les substituts chlorocarbonés.

● Avantages environnementaux: Le cyclopentane n’a aucun ODP.

● Améliorations de la sécurité: Les problèmes de sécurité associés à l’utilisation du cyclopentane ont été résolus efficacement.

En Chine, le cyclopentane a été choisi pour remplacer les agents moussants chlorocarbonés, avec le soutien de la China Household Electrical Appliances Association. Le cyclopentane présente un large potentiel de marché et une disponibilité abondante. Il peut être obtenu par la séparation et le traitement des fractions C5, un sous-produit du craquage de l'éthylène.

Tendances de l'industrie

Avec l'interdiction du HCFC-141b dans les pays développés et le coût élevé des agents moussants à base de HFC, de nombreuses entreprises ont adopté des systèmes de moussage au pentane comme substitut au HCFC-141b dans la production de mousses de polyuréthane rigides pour l'isolation des réfrigérateurs et d'autres applications.