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Polyuréthane et uréthane

 

ARCANE Industries proposent aux industriels et aux artisans des solutions de nettoyage du matériel d’application des peintures polyuréthanes. Pour les particuliers, nous proposons un Nettoyant mousse polyuréthane extrêmement efficace pour assurer une belle finition de vos travaux.

Nous commercialisons également des mastics d'étanchéité et des colles polyuréthanes. Enfin, notre mousse polyuréthane est également en vente sur notre site marchand

Maison-etanche.com.

 

Uréthane ou uréthanne 

 

 Nom générique des carbamates de formule générale RNH-CO-OR' esters de l'acide carbamique (NH2-CO-OH) inconnu à l'état naturel. Ce que l'on nomme plus couramment "uréthane" est un carbamate d'éthyle : C3H7NO2

 

Ils ont donné leur nom aux polyuréthanes, polymères des uréthanes.

Les polyuréthannes

 

a) Synthéses :

 Les polyuréthanes sont des polymères qui contiennent le groupement uréthane. La fonction uréthane est plus rarement appelée fonction carbamate (voir ci-dessus) :

 

R'-NH-CO-O-R

 

 Ce radical résulte de la réaction de condensation entre un composé à hydrogène mobile de type alcool R-OH et un isocyanate R'-N=C=O. Pour former un polyuréthane, il faut faire réagir des polyols (au moins deux fonctions alcools par molécule) avec des polyisocyanates (au moins deux fonctions isocyanates par molécule).

 

 La réaction d'un diol avec un diisocyanate conduit à un polyuréthane linéaire.

 

HO-R-OH+O=C=N-R'-N=C+O "donne" -[-O-R-O-CO-NH-R'-NH-CO-]-

 

 Polycondensation

 

 Il s'agit d'une réaction de polymérisation mettant en œuvre des monomères au moins di-fonctionnels (diol et diisocyanate) pour former des chaînes macromoléculaires, avec dégagement de molécules de faible masse molaire (le plus souvent de l’eau).

 

 

 Polyaddition

 

 Ce type de réaction regroupe l'ensemble des réactions de polymérisation mettant en œuvre des monomères au moins di-fonctionnels conduisant à des macromolécules, sans dégagement de petites molécules, contrairement à la polycondensation, par exemple les polyuréthanes et polyurées par réaction de diisocyanates avec des diols ou des diamines.

 Les résines époxydes par réaction de prépolymères porteurs de fonctions époxy (DGEBA par ex) avec des durcisseurs de type diamine, rentrent aussi dans cette catégorie.

 

 Les groupements isocyanates réagissent avec les alcools pour donner des groupements uréthanes stables.

 

 Pour les matières plastiques et pour les élastomères, la formation de polyuréthanes à partir de diisocyanates et d’eau avec dégagement de CO2 a pris une importance toute particulière car les mousses polyuréthanes sont très utilisées au quotidien.

 

 Mais l’élément le plus important du procédé de polyaddition des diisocyanates est leurs réactions sur les composés polyhydroxylés, car les groupements uréthanes ainsi formés (groupement ester de l’acide carbamique) sont stables. Dans les premiers temps des polyuréthanes, on utilisait des diols de faible masse molaire comme le butanediol et par polyaddition avec l’hexaméthylène diisocyanate, on obtenait des polyuréthanes linéaires (fibres polyuréthanes). Dans les polyuréthanes actuels, le groupement uréthane est en fait seulement l’élément de jonction entre les chaînes macromoléculaires. Ce groupement présente une stabilité et une rigidité exceptionnelle, son énergie de cohésion dépasse même légèrement celle de la fonction amide. Ceci explique les excellentes propriétés mécaniques des polyuréthanes, même si les groupements uréthanes ne représentent qu’une petite fraction de l’édifice macromoléculaire.

 

b) Un vaste champs d'applications

 

 C'est surtout l'emploi d'une large gamme de polyols de natures, masses molaires et fonctionnalités différentes qui a pu permettre le développement de la très grande diversité de polyuréthanes. 

 

En effet, ces polyols peuvent être :

 

•  des polyesters polyols longs résultant d'une polycondensation entre des diacides et un excès de diols dans le cas de molécules linéaires ou encore de la polyaddition par ouverture de cycles de lactones comme les polycaprolactones,

 

•  ou encore des polyéthers longs résultant de la polyaddition par ouverture de cycles éthers (oxirane(s), oxétane, ou encore tétrahydrofurane)

 

•  d'autres diols ou polyols longs tels que les polybutadiènes a, w dihydroxylés, les polycarbonates ou encore des polysiloxanes hydroxytéléchéliques.

 

•  des diols très courts appelés allongeurs ou extendeurs de chaines

 

•  des polyols courts de fonctionnalités supérieures à trois appelés réticulants ou rétifiants.

 

 Puisque les polyols utilisés dans la synthèse d'élastomères sont souvent très longs, les polyuréthanes qui en résultent contiennent très peu de fonctions uréthanes. L'appellation « polyuréthane » est parfois abusive stricto sensu ; en pratique, elle couvre tous les polymères dérivés des isocyanates. C'est ainsi que, dans les mousses souples, on compte une liaison uréthane pour environ 20 ponts éther et que, dans certaines mousses rigides (issues de polyisocyanurates), les uréthanes sont quasi absents. Mais, l'usage prévalant, ils seront cependant traités dans les ouvrages sur les polyuréthanes ainsi que les polyurées résultant de la réaction de la réaction entre des polyisocyanates et des polyamines. 

 

 En outre, la formulation, permet de moduler là encore les propriétés des polyuréthanes au travers de l'emploi de nombreux additifs et charges.

 

 Cet ensemble impressionnant de matières premières permet d'obtenir une infinité de formulations. C'est cette diversité impressionnante de matières premières qui constitue la clé de la diversité des polyuréthanes tant au niveau des structures que des applications.

 

 Ainsi, les polyuréthanes constituent l'une des plus vastes familles de matières dites « plastiques », bien que les polyuréthanes soient plus souvent des structures thermodurcissables que thermoplastiques :

 

•  Mousses souples de faible densité (10-80 kg/m3),

 

•  Mousses flexibles haute densité (> 100 kg/m3),

 

•  Mousses semi-rigides et microcellulaires (400-800 kg/m3),

 

•  Mousses rigides (30-80 kg/m3),

 

•  Mousses rigides à haute densité,

 

•  Elastomères et masses de coulée thermodurcissables,

 

•  Elastomères et plastomères thermoplastiques,

 

•  Fibres textiles (du type ELASTANNE),

 

•  Adhésifs, peintures, revêtements et vernis,

 

•  Colles et liants (voir ci-dessous)

 

 

  • Utilisation : liants

 Les polyuréthanes sont largement utilisés dans les enduits, laques, peintures et vernis que cela soit dans le bâtiment, l'ameublement ou la protection du bois. Les combinaisons polyhydroxylées avec plus de deux hydroxyles conduisent, avec des polyisocyanates, à des macromolécules rétifiées qui sont très importantes dans le domaine des peintures. De telle combinaisons polyhydroxylées sont faciles à obtenir (exemple : estérification de diacides avec un excès de polyols). Grâce aux possibilités de variation illimitées, on peut obtenir des peintures avec tous les degrés de dureté ou d’élasticité voulus.

 

Les composés polyhydroxylés peuvent être :

 

  • Acryliques hydroxylées:
  1. Laques haut de gamme pour la finition des salles de bains ou cuisines.
  2. Avantages : très résistantes, transparentes et parfaitement non jaunissantes.
  3. Inconvénients : séchage long et prix élevé.
  • Polyesters
  1. Laques destinées aux finitions qui nécessitent de bonnes performances mais un résistance au jaunissement plus faible (bureau, collectivité…).
  2. Avantages : assez résistantes, séchage plus rapide et prix plus bas.
  3. Inconvénients : résistance au jaunissement plus faible.
  • Alkydes
  1. Ce sont des résines polyesters modifiées à très bas prix pour des gammes low cost.
  2. Elles sont de mauvaise qualité mais ont un prix très bas comparé aux autres types de résines.

 En jouant sur la nature des composés hydroxylés et polyisocyanates, on obtient une multitude de combinaisons.

 
  • Utilisation : colles

 Lorsqu'ils sont réactifs sans solvant ou à très haut extrait sec, les polyuréthannes constituent d'excellents adhésifs structuraux, avec une bonne tenue au pelage et à la déchirure . Ils sont obtenus par polyaddition entre un isocyanate et des polyesters ou des polyéthers branchés comprenant plusieurs groupements hydroxyles. La réticulation est catalysée par l'humidité ambiante, les polyuréthannes passant d'un état pâteux à un état élastique. Il s'agit en général de systèmes bi-composants, qui sont utilisés pour des collages mixtes entre substrats rigide/souple comme les assemblages métal/plastique. Les polyuréthannes se caractérisent par une élasticité et une souplesse importantes même à basse température, et possèdent une bonne adhérence, une excellente dureté et une résistance aux phénomènes de vieillissement. Leur prise est en général moins rapide que celle des époxydes. Leur résistance au cisaillement est plus faible que celle des autres colles structurales et leur mise en oeuvre technique est très lourde (étalement difficile). Des polyuréthannes monocomposants se sont donc développés, auxquels on ajoute des activateurs pour accélérer la polymérisation.