Introduction aux agents moussants polyuréthane : agents moussants HCFC

Parmi les composés pouvant remplacer les CFC, les hydrochlorofluorocarbures (HCFC) contiennent moins d’atomes de chlore et incluent de l’hydrogène dans leur structure moléculaire. Cela les rend chimiquement moins stables, se décomposant souvent dans la basse atmosphère. Les HCFC ont un potentiel d’appauvrissement de la couche d’ozone (ODP) et un potentiel de réchauffement climatique (PRG) nettement inférieurs à ceux des CFC, ce qui entraîne un impact environnemental moindre.

HCFC-141b  est considéré comme le substitut le plus performant du CFC-11 en tant qu'agent moussant. Son point d'ébullition est légèrement supérieur à celui du CFC-11 et ses caractéristiques de processus de moussage sont similaires, avec une efficacité de moussage légèrement supérieure. Comparé aux HFC gazeux (par exemple, HFC-134a) ou aux agents moussants liquides inflammables à base de pentane, le HCFC-141b offre une plus grande commodité opérationnelle et peut être utilisé avec les équipements existants conçus pour le moussage du CFC-11. De plus, le HCFC-141b a une conductivité thermique relativement faible en tant que gaz et une bonne compatibilité avec les polyols et les isocyanates, ce qui donne des performances de mousse proches de celles des mousses de CFC-11.

Du milieu des années 1990 jusqu'en 2002 environ, le HCFC-141b (1,1-dichloro-1-fluoroéthane) était largement utilisé comme agent moussant en Amérique du Nord pour la mousse de polyuréthane rigide dans les réfrigérateurs, les congélateurs, l'isolation des bâtiments et les pipelines. Il a également été partiellement adopté dans certains pays européens et au Japon. Le HCFC-141b est principalement utilisé pour les mousses de polyuréthane rigides en Chine. La conductivité thermique de la mousse de polyuréthane rigide fabriquée avec du HCFC-141b est légèrement supérieure à celle des systèmes au CFC-11, mais avec des améliorations de la formulation et une augmentation de 10 % de la densité de la mousse, des performances d'isolation thermique comparables à celles des systèmes au CFC-11 peuvent être obtenues. Cependant, le HCFC-141b peut avoir un effet dissolvant à long terme sur les matériaux de revêtement des réfrigérateurs comme l'ABS et le HIPS, nécessitant des mesures de protection. De plus, pour obtenir le même effet isolant que la mousse CFC-11, il faut une légère augmentation de la densité de la mousse (environ 10 %).

HCFC-123  est un composé liquide avec un ODP et un GWP inférieurs à ceux du HCFC-141b. Il présente une bonne compatibilité avec les polyols, et son processus de moussage et sa conductivité thermique de mousse à même densité sont similaires à ceux du HCFC-141b. Bien que largement étudié pour son application dans la mousse au cours de la première phase de remplacement des CFC et considéré comme un agent moussant alternatif aux côtés du HCFC-141b, sa toxicité légèrement plus élevée a limité son utilisation.

HCFC-22 (chlorodifluorométhane) est un réfrigérant établi qui est peu coûteux, ininflammable et peu toxique, ce qui en fait un agent moussant compétitif. En raison de son poids moléculaire plus faible, moins de HCFC-22 est nécessaire par rapport au CFC-11. À température ambiante, le HCFC-22 est gazeux et est généralement dissous dans les composants polyols lorsqu'il est utilisé comme agent moussant pour polyuréthane. Sa pression de vapeur élevée peut provoquer sa volatilisation à partir du mélange, entraînant une accumulation de pression de gaz, ce qui nécessite des modifications de l'équipement telles que des mélangeurs statiques pour un mélange amélioré et des récipients résistants à la pression pour le pré-mélange. Les systèmes HCFC-22 peuvent être utilisés avec des machines à mousse haute et basse pression, et la mousse rigide obtenue a une conductivité thermique comparable à celle d'un système CFC-11 réduit de 50 %.

Inconvénients de l’utilisation du HCFC-22 pur:

1  Un point d’ébullition bas entraîne une mousse excessive, créant des vides dans la mousse rigide.

2  Les propriétés de solidification et de démoulage de la surface sont moins idéales.

3  La conductivité thermique de la mousse évolue plus rapidement lors du vieillissement à haute température.

Ces problèmes peuvent être atténués en mélangeant le HCFC-22 avec le HCFC-142b, qui a un point d'ébullition plus élevé et améliore la stabilité du moussage.

HCFC-142b (chlorodifluoroéthane)  a un ODP inférieur à celui du HCFC-141b mais un PRP et une conductivité thermique légèrement supérieurs. Il est généralement mélangé avec du HCFC-22 pour être utilisé.

Les agents moussants mélangés, tels que HCFC-141b/HCFC-22, HCFC-123/HCFC-22 et HCFC-22/HCFC-142b, réduisent la pression du gaz dans le mélange de polyols et réduisent les coûts des agents moussants. Ces mélanges utilisent des solvants ou des réfrigérants industriels facilement disponibles avec une technologie de production mature et des prix raisonnables.

Étant donné que les HCFC contiennent encore du chlore, leur ODP est supérieur à zéro, ce qui signifie qu'ils nuisent toujours à la couche d'ozone. L'Accord de Copenhague exigeait des réductions progressives de la production et de l'utilisation des HCFC : réduction de 85 % d'ici 2004, 35 % d'ici 2010, 10 % d'ici 2015, 0,5 % d'ici 2020 et interdiction complète d'ici 2030. Les pays développés ont déjà commencé à restreindre les agents moussants HCFC. Le HCFC-141b, agent moussant « de transition » dans l'industrie des mousses de polyuréthane, sera à terme interdit. Les États-Unis ont interdit les agents moussants HCFC en 2003.

Cet article présente les agents moussants HCFC comme substituts transitoires des CFC dans les mousses de polyuréthane, soulignant leurs propriétés, leurs applications, leurs impacts environnementaux et leurs limites, parallèlement aux efforts mondiaux visant à éliminer progressivement les HCFC en raison de leur potentiel de destruction de la couche d'ozone.