Polyols de produits naturels – Polyols d’ester de colophane

Les polyols d'ester de colophane, dérivés de la résine de colophane naturelle issue de produits forestiers, peuvent servir de matière première pour la mousse de polyuréthane rigide. Les performances de ces mousses sont comparables à celles fabriquées avec des polyéther polyols et sont également compétitives en termes de coût, trouvant certaines applications dans la production de mousse rigide.

La colophane est un mélange complexe de composés naturels polycycliques fusionnés. La plupart des molécules de colophane contiennent un groupe acide carboxylique. Seule une petite quantité d’acide lévopimarique peut réagir avec l’anhydride maléique à température ambiante pour former de l’acide maléopimarique. À des températures supérieures 100°C, les colophanes de type abiétique (y compris l'acide abiétique, l'acide palustrique et l'acide néoabiétique) subissent une isomérisation, produisant de l'acide lévopimarique.

L'acide lévopimarique résultant réagit avec l'anhydride maléique via une addition Diels-Alder, produisant de la colophane modifiée par l'anhydride maléique (colophane maléopimarique). La molécule d'acide maléopimarique contient trois groupes fonctionnels carboxyle, qui réagissent avec des diols en excès pour produire des polyols d'ester de colophane, parfois appelés « polyols de polyester de colophane ».

Lorsque le rapport molaire de la colophane à l’anhydride maléique est de 1 : (0,75-1) et que la réaction se produit à 180°C pendant 3 heures, l'équilibre est atteint. L'estérification de la colophane maléopimarique et des polyols est réalisée sous protection azotée. La réaction s'arrête lorsque l'indice d'acide chute à 5 mg KOH/g. En ajustant le rapport de la colophane maléopimarique aux polyols et la composition du polyol, des polyols d'ester de colophane maléopimarique avec différentes valeurs d'hydroxyle peuvent être obtenus.

Les réactions de la colophane avec l'anhydride maléique et l'estérification ultérieure peuvent être réalisées en continu. Par exemple, la gomme colophane fondue réagit avec une quantité spécifique d'anhydride maléique sous protection azotée à 160–200°C. Une fois terminé, un excès de diéthylèneglycol et un catalyseur sont ajoutés, et la réaction se déroule à environ 200°C. Une fois que l'indice d'acide tombe en dessous de 2, l'excès de diéthylèneglycol est récupéré sous pression réduite, donnant des polyols d'ester de diéthylèneglycol de colophane maléopimarique. Le produit final est un mélange complexe, comprenant principalement des polyols d'esters de diéthylèneglycol de colophane maléopimarique, avec de petites quantités d'esters de monoacides diterpéniques tricycliques et de substances neutres.

En raison de sa structure polycyclique fusionnée, le polyol d'ester de colophane maléopimarique présente une excellente résistance à la chaleur, maintenant la stabilité du poids à 200°C.

Les mousses de polyuréthane rigides et les mousses de polyisocyanurate (PIR) fabriquées à partir de ce polyol, seuls ou en mélange avec des polyols de polyéther de saccharose 635 conventionnels, présentent une résistance thermique supérieure. Les polyols d'ester de colophane maléopimarique améliorent la résistance thermique des mousses rigides dérivées de polyols de polyéther. Des études montrent que plus le poids moléculaire du diol utilisé dans la synthèse des polyols d'ester de colophane maléopimarique est petit, meilleure est la résistance thermique des polyesters et des mousses de polyuréthane résultants.

Une série de mousses rigides de polyisocyanurate (PIR, PAPI indice 3) ont été préparées en faisant réagir des polyols dérivés de l'acide maléopimarique (à base d'éthylène glycol, de diéthylène glycol, de triéthylène glycol et de polyéther N210) avec du PAPI.

Les mousses rigides fabriquées à partir de polyols d'ester d'éthylène glycol d'acide maléopimarique présentaient la meilleure stabilité thermique. En revanche, les mousses dérivées de polyols de polyéther ester N210 d'acide maléopimarique ont montré la plus mauvaise stabilité thermique en raison de la teneur plus élevée en liaisons éther thermiquement instables dans leur structure moléculaire.