Introduction aux matières premières de la mousse de polyuréthane

La mousse de polyuréthane (mousse PU) est principalement constituée de polyuréthane comme composant principal. Les matières premières comprennent principalement des polyisocyanates et des polyols, auxquels sont ajoutés divers additifs, dont les plus importants sont une série d'agents moussants liés au processus de moussage. Ces additifs conduisent à la production d’une quantité importante de mousse dans le produit de réaction, donnant lieu à des produits en mousse de polyuréthane. Cet article donne un bref aperçu des matières premières utilisées dans la production de mousse PU et des agents moussants.

1.Polyisocyanates

Les polyisocyanates les plus couramment utilisés dans la production industrielle de mousses de polyuréthane comprennent le diisocyanate de toluène (TDI), le polyméthylène polyphénylisocyanate (PAPI), le diisocyanate de diphénylméthane (MDI) et le MDI liquide (L-MDI).

TDI

Le TDI est principalement utilisé dans la production de mousses flexibles de polyuréthane. Le MDI a une réactivité plus élevée que le TDI, une volatilité plus faible, et certaines formes modifiées de MDI peuvent être utilisées comme substituts au TDI dans la production de mousses de polyuréthane flexibles, y compris la mousse de polyuréthane haute densité et la fabrication d'élastomères de polyuréthane semi-rigides ou microcellulaires.

Le PAPI, également connu sous le nom de MDI brut ou MDI polymérisé, a généralement un poids moléculaire moyen allant de 30 à 400, avec une teneur en NCO de 31 % à 32 %. Dans le domaine des mousses plastiques, le PAPI et le PAPI modifié sont principalement utilisés pour produire diverses mousses rigides de polyuréthane, certaines étant également utilisées dans la production de mousses flexibles à haut rebond, de mousses à peau intégrale et de mousses semi-rigides. Le PAPI peut être mélangé au TDI pour fabriquer des mousses plastiques durcies à froid et à rebond élevé.

2. Polyols polyéther et polyester

2.1 Polyols polyéther

Les polyéthers polyols utilisés pour produire des mousses flexibles de polyuréthane sont généralement des polyéthers à longue chaîne et à faible fonctionnalité. Dans la formulation de mousses souples, la fonctionnalité des polyéther polyols est généralement comprise entre 2 et 3, avec un poids moléculaire moyen allant de 2000 à 6500. Les triols de polyéther sont le plus souvent utilisés dans les mousses flexibles, généralement initiés avec du glycérol (propane-1,2,3-triol) et obtenus par polymérisation par ouverture de cycle avec du 1,2-époxy propane ou par copolymérisation avec une petite quantité d'oxyde d'éthylène, avec un poids moléculaire généralement compris entre 3000 et 7000.

Polyols de polyéther

Les polyéther polyols à haute activité sont principalement utilisés pour les mousses flexibles à haut rebond et peuvent être utilisés dans la production de mousses semi-rigides et d'autres produits en mousse. Certains polyéther diols peuvent être utilisés comme matériaux auxiliaires, mélangés à des polyéther triols dans des formulations de mousse flexible. Des polyétherpolyols à faible insaturation et à poids moléculaire élevé sont utilisés pour la production de mousses souples, réduisant ainsi la quantité de TDI requise.

Les polyéther polyols utilisés dans les formulations de mousse rigide sont généralement des polyéther polyols à haute fonctionnalité et à indice d'hydroxyle élevé pour obtenir une réticulation et une rigidité suffisantes. L'indice d'hydroxyle des polyéther polyols pour les formulations de mousse rigide est généralement compris entre 350 et 650 mg KOH/g, avec une fonctionnalité moyenne de 3 ou plus. Les formulations de mousse rigide utilisent souvent une combinaison de deux types de polyéther polyols, avec un indice d'hydroxyle moyen d'environ 4 000 mg KOH/g.

Les formulations de mousse semi-rigide utilisent souvent certains polyéthers de poids moléculaire élevé, en particulier des polyéther triols à haute activité, et certains polyéther polyols de faible poids moléculaire à haute fonctionnalité provenant de formulations de mousse rigide.

 2.2Polyesters polyols

Des polyester-polyols aliphatiques de faible viscosité, tels que des adipates-diols d'hexanediol ayant un indice d'hydroxyle d'environ 56 mg KOH/g, ou des polyester-polyols légèrement ramifiés, peuvent être utilisés pour produire des mousses flexibles de polyuréthane à base de polyester. Les polyester-polyols ont une réactivité élevée. Actuellement, la mousse de polyuréthane en blocs à base de polyester n'est utilisée que dans quelques domaines, comme les matériaux auxiliaires pour les vêtements.

Polyols de polyester

Les polyester-polyols aromatiques, synthétisés à partir d'acides dicarboxyliques (tels que l'anhydride phtalique, l'acide téréphtalique, etc.) et de diols à petites molécules (tels que l'éthylène glycol, etc.) ou de polyols, sont utilisés pour produire des mousses rigides de polyuréthane et des mousses rigides de polyisocyanurate. Les polyester-polyols à faible valeur d'hydroxyle dérivés de l'anhydride phtalique peuvent également être utilisés pour les mousses flexibles à haut rebond, les mousses à peau intégrale, les mousses semi-rigides et les matériaux polyuréthanes non moussants.

 2.3 Polyols polymères

Les polyols polymères, notamment le styrène rigide, les homopolymères d'acrylonitrile, les copolymères et les polymères greffés, agissent comme des « charges » organiques pour améliorer les performances de charge. Les polyols polymères sont utilisés dans la production de mousses en blocs flexibles de haute dureté, de mousses à rebond élevé, de mousses flexibles thermoplastiques, de mousses semi-rigides, de mousses auto-peau et de produits moulés par injection-réaction (RIM). Ils peuvent réduire l'épaisseur du produit, réduire la densité de la mousse pour réduire les coûts, augmenter l'ouverture des cellules en mousse plastique et conférer des propriétés ignifuges aux produits.

Polyols polymères

Les polyols de polyurée (dispersions PHD) constituent une classe spéciale de polyols modifiés par des polymères utilisés dans les mousses flexibles à haut rebond, les mousses semi-rigides et les mousses souples, mais leur présence sur le marché est limitée.

Il existe également des polyols spéciaux utilisés pour la production de mousses de polyuréthane, tels que les polyols à base d'huile végétale, les polyols de polyester à base de colophane et les polyesters polymères. Ceux-ci ne sont pas décrits en détail dans cet article.