Polyols de polyéther spéciaux - Polyols de polyurée

Les particules de polyurée sont dispersées dans le polyéther par la réaction de diamines ou d'hydrazine avec des diisocyanates dans des polyols de polyéther, formant des polyols de polyurée (également appelés « dispersions PHD » en allemand). Ces polyols de polyurée sont un type de polyol modifié par des polymères utilisé pour améliorer la capacité de charge des matériaux en mousse. Lors de la formation de la polyurée, certains groupes isocyanate terminaux sur les chaînes d'urée réagissent avec des groupes hydroxyle polyéther, créant des copolymères urée-uréthane. Ainsi, les polyols modifiés par la polyurée contiennent trois composants structurels : le polyéther non modifié, les dispersions de polyurée et les polymères urée-uréthane.

Le procédé de préparation de polyols de polyurée in situ par polymérisation par étapes de l'hydrazine et du TDI dans des polyols de polyéther consiste à chauffer des polyols à haute teneur en hydroxyle primaire, à les mélanger avec une solution aqueuse d'hydrazine dans un réacteur agité, à ajouter du TDI en une quantité stoechiométriquement équivalente à l'hydrazine, laisser le mélange réactionnel refluer sous la chaleur de réaction, refroidir le réacteur et utiliser un vide pour éliminer l'excès d'eau. La teneur en matières solides des polyols polyurées (proportion de TDI et d'hydrazine dans le polyol) est typiquement de 20 %.

Les polyéther polyols les plus couramment utilisés comme base pour la synthèse des polyurée polyols sont des polyéther polyols hautement actifs ayant une fonctionnalité de 3, un indice d'hydroxyle autour de 34 mg KOH/g et une fraction molaire d'hydroxyle primaire supérieure à 70 %. Des polyesters ont également été rapportés comme polyols de base dans la littérature. L'éthylènediamine, l'hexaméthylènediamine, la p-phénylènediamine, l'hydrazine, la N,N'-diméthylhydrazine et leurs hydrates peuvent être utilisés pour synthétiser des polyols de polyurée, bien que la production industrielle utilise couramment l'hydrate d'hydrazine. Pour éviter la sédimentation pendant le stockage en raison de la densité plus élevée des particules de polyurée par rapport au polyéther, un léger excès d'isocyanate par rapport aux groupes amino peut être utilisé pour générer des copolymères urée-uréthane supplémentaires, qui stabilisent la dispersion.

Les polyols de polyurée peuvent être préparés en utilisant des méthodes discontinues ou continues. Dans la méthode discontinue, la diamine est d'abord dispersée dans des polyéther polyols, puis l'isocyanate est ajouté lentement sous agitation vigoureuse. Cette méthode prend du temps, est difficile à contrôler et entraîne une viscosité plus élevée, mais elle est plus facile à mettre en œuvre pour la production. Dans la méthode continue, les isocyanates, les polyamines et les polyols sont pompés selon un rapport fixe dans une chambre de mélange pour un mélange rapide. La clé pour garantir la qualité du produit est la dispersion complète des diamines dans le polyéther et le contrôle précis de l’ampleur de la réaction de l’uréthane. Le temps de contact entre les isocyanates et le polyéther avant mélange avec la dispersion de diamine doit être strictement contrôlé. La production industrielle étrangère de polyols de polyurée utilise principalement la méthode continue, même si elle nécessite des investissements en équipements plus élevés.

Les polyols polyurée conviennent aux mousses souples à haute résilience, aux mousses semi-rigides, aux mousses flexibles et aux mousses rigides. Lorsqu'ils sont utilisés dans des mousses plastiques à haute résilience, ils offrent des avantages similaires aux polymères polyols, notamment une stabilité améliorée du système de mousse, une formation de cellules ouvertes et une capacité de charge améliorée de la mousse. Ils augmentent également le taux de gélification initial de la mousse, réduisant ainsi la quantité requise de catalyseur, et confèrent à la mousse des propriétés ignifuges, permettant au produit final d'atteindre une résistance aux flammes auto-extinguible même sans ignifugeants ajoutés.

Cependant, le coût de production élevé des polyols de polyurée a limité leur application, ce qui a entraîné un volume de production relativement faible.

Un autre type de polyéther polyol modifié, appelé PIPA, est créé en faisant réagir des polyéther polyols avec de la triéthanolamine (TEA) à 20°C, puis en ajoutant rapidement du TDI pour former des polyétherpolyols modifiés par du polyuréthane. La réaction, catalysée par le dilaurate de dibutylétain, se termine en 3–5 minutes. La quantité d'isocyanate ajoutée est généralement inférieure à celle requise pour réagir avec les groupes hydroxyle de TEA, avec un rapport TEA/TDI typique d'environ 1:1.