Plastique polyuréthane :des adhésifs aux pantalons de yoga

Le polyuréthane n'a souvent pas l'air d'être du plastique. Qu'est-ce que c'est et comment est-il produit ?

Le polyuréthane est un polymère relié par des liaisons en uréthane. Ces liaisons sont formées par réaction d'un di- ou poly-isocyanate avec un polyol. Le polyuréthane est unique en ce sens qu'il n'est pas fabriqué comme beaucoup d'autres plastiques. La plupart des polymères, tels que le polyéthylène, sont produits sous forme de poudre, puis moulés sous la forme souhaitée. En revanche, les polyuréthanes sont généralement formés directement dans le produit final.

À quoi sert le plastique polyuréthane ?

Le polyuréthane est le composant de base pour diverses applications commerciales et matériaux de construction. On le trouve également dans les vêtements, les articles de sport et les dispositifs de gestion du trafic.

Le plastique polyuréthane est souvent utilisé comme composant de base dans les planches de surf et les équipements marins.

Pièces en plastique

Le plastique polyuréthane peut être rigide ou flexible. Le polyuréthane rigide est utilisé dans les pièces structurelles pour des applications industrielles et commerciales. Il est également utilisé pour les composants de planches de surf et de bateaux, ainsi que pour les lunettes d'instruments électroniques. Le polyuréthane flexible est un matériau courant pour créer des poignées dans les équipements sportifs, tels que les clubs de golf et les raquettes de tennis.

Les bornes flexibles sont durables et économiques, conçues pour une gestion du trafic non abrasive et à faible impact.

Bornes flexibles

Les bornes flexibles en polyuréthane offrent des solutions de gestion du trafic dans les parkings et les rues de la ville. Les bornes à faible impact sont durables et économiques, utilisées comme délimiteurs de voies cyclables ou pour marquer la fin d'une place de stationnement. Pour les zones où les besoins de circulation changent, une borne flexible amovible permet des configurations variées.

Le spandex, composé d'au moins 85 % de polyuréthane, est largement utilisé dans les vêtements de sport.

Tissu

Le polyuréthane peut être transformé en fibres à l'aide d'une technique de filage à sec. Ces fibres sont largement utilisées dans les tissus pour les vêtements, des vêtements de sport à la bonneterie. Chimiquement, le tissu, connu sous le nom de Spandex, Lycra ou élasthanne, est composé d'au moins 85 % de polyuréthane.

La capacité de charge élevée du polyuréthane permet d'obtenir des roues en élastomère durables.

Roues

Le polyuréthane a une capacité de charge élevée et est le matériau de base des roues et des pneus en élastomère. Ceux-ci peuvent être trouvés sur les caddies, les ascenseurs, les montagnes russes et les patins à roulettes.

Les sols revêtus de polyuréthane sont protégés contre l'abrasion et les chocs.

Planchers et infrastructure

Les revêtements en polyuréthane sont idéaux pour les surfaces qui nécessitent une résistance à l'abrasion et à la corrosion, telles que les planchers de bois franc et les infrastructures extérieures. Grâce à un entretien régulier, ces surfaces peuvent être protégées de l'usure quotidienne.

Les mousses de polyuréthane semi-flexibles ont des propriétés plus fermes, idéales pour les tableaux de bord et les doublures de porte.

Mousses et coussins

Les mousses flexibles sont douces avec des caractéristiques d'absorption élevées. Les mousses de polyuréthane semi-flexibles sont plus fermes et utilisées pour les tableaux de bord et les doublures de porte des voitures. Les produits en mousse à haute résilience conviennent aux sièges en mousse, aux joints et aux panneaux isolants.

Les sprays en mousse de polyuréthane remplissent les crevasses autour des fenêtres pour une meilleure isolation.

Adhésifs et produits d'étanchéité

Le polyuréthane est utilisé dans les adhésifs hautes performances et les mastics de surface. Ces scellants comblent les vides tout en permettant la dilatation et la contraction des matériaux de construction. Les propriétés élastomères du mastic permettent un mouvement de 25 à 50 %. Des sprays mousse sont également développés à partir de polyuréthane et comblent les interstices pour une meilleure isolation des bâtiments.

Propriétés du polyuréthane

Les densités de polymère du polyuréthane peuvent être contrôlées, ce qui se traduit par une gamme de propriétés. Les avantages du polyuréthane incluent une élasticité et une moulabilité élevées, ce qui en fait un matériau de base idéal pour de nombreux produits en plastique, comme indiqué ci-dessus.

PROPRIÉTÉS DU POLYURÉTHANE

AVANTAGES

INCONVÉNIENTS

Haute résistance à l'abrasion et aux solvants

Faible capacité thermique

Capacité de charge et élasticité élevées

Propriétés toxiques (Isocyanates)

Haute isolation

Faible tolérance au soleil

Bonne qualité de moulage

Inflammable

Structure et production de polyuréthane

Le polyuréthane est produit par la réaction exothermique entre deux molécules, les isocyanates et les polyols, qui créent une liaison uréthane. Il est important de comprendre d'abord les isocyanates et les polyols car le polyuréthane est le résultat de ces deux composés.

1) Isocyanates

L'isocyanate a la formule R–N=C=O. C'est un composé organique qui est réactif et contient souvent des matériaux polymères. Lorsqu'un isocyanate a deux groupes isocyanate, on parle de di-isocyanate (TDI). Le TDI est utilisé pour réagir avec les polyols dans la production de polyuréthane.

2) Polyols

Les polyols peuvent être des polyéthers ou des polyesters polyols. Les polyols de polyéther sont fabriqués lorsque les époxydes réagissent avec des composés contenant de l'hydrogène actif. La polycondensation se produit entre les acides carboxyliques multifonctionnels et les composés polyhydroxylés. Les polyols à poids moléculaire plus élevé donnent des polyuréthanes souples. Les polyols de poids moléculaire inférieur produisent des polyuréthanes rigides.

3) Polyuréthane

Le type d'isocyanate et de polyol utilisé dans la production de polyuréthane influence ses propriétés. Les polyols sont responsables du contrôle de la flexibilité et de l'élasticité du polymère. Des chaînes plus longues et une faible réticulation créent un polymère extensible, tandis que des chaînes plus courtes donnent un polymère plus dur. Il existe de nombreux choix disponibles pour les isocyanates et les polyols, et une variété de conditions de traitement sont utilisées pour la production.

Les additifs sont également impliqués dans le processus de fabrication du polyuréthane. Ces produits chimiques contrôlent les réactions et les propriétés de formation du polyuréthane.

ADDITIFS UTILISÉS DANS LA PRODUCTION DE POLYURÉTHANE

Catalyseurs

Accélère la réaction chimique

Agents de réticulation

Renforcement mécanique

Retardateurs de flamme

Réduit l'inflammabilité

Plastifiants

Réduit la dureté

Remplisseurs

Améliore les propriétés des matériaux et réduit les coûts

Agents gonflants tensioactifs

Contrôle la structure cellulaire de la mousse de polyuréthane

Anti-fumée

Réduit le niveau de fumée lors de la combustion

Pigments

Ajoute de la couleur pour l'esthétique

Classifications du polyuréthane

Les polyuréthanes peuvent être classés en deux groupes en fonction de leurs réactions à la chaleur :

Thermoplastique

Le polyuréthane thermoplastique est polyvalent dans la mesure où il peut être réchauffé et remoulé de nombreuses fois. Lorsqu'il est chauffé, il se transforme en liquide et peut être moulé dans la forme souhaitée sans aucune modification des propriétés du plastique. Le polyuréthane thermoplastique est le mieux adapté aux produits finis qui nécessitent des tolérances à la chaleur de plus de 250 °F.

Thermodur

Le polyuréthane thermodurcissable ne peut pas être formé plus d'une fois. Lorsque le polyuréthane thermodurcissable durcit, il subit une réaction chimique, rendant le changement permanent. Le polyuréthane thermodurcissable est l'option la plus durable pour les produits porteurs et résistants à l'abrasion.

Types de polyuréthane

Le polyuréthane peut être classé en quatre types principaux :les élastomères, les revêtements, les mousses souples et les mousses réticulées. Pour chacun des types, la classe de polyuréthane la plus appropriée doit être choisie, soit thermoplastique, soit thermodurcissable. Selon la conception et l'application spécifiques, différentes exigences en matière de chaleur, de poids et d'abrasion doivent être prises en compte.

Élastomères

Les élastomères de polyuréthane ont une très grande élasticité. Les dispositifs de sécurité routière, tels que les bornes flexibles, bénéficient de ces propriétés élastiques. Conçues pour se plier sous les véhicules, les bornes flexibles peuvent rapidement reprendre leur forme d'origine après avoir été aplaties.

Revêtements

Les revêtements en polyuréthane offrent une résistance aux solvants agressifs tels que les nettoyants industriels. Ils offrent également une certaine protection contre les chocs. Les revêtements en polyuréthane sont idéaux pour les surfaces nécessitant une résistance à l'abrasion. Des solutions à base d'eau sont également disponibles.

Mousses souples

Les mousses flexibles ont une résistance aux chocs et un amorti élevés. Des mousses de polyuréthane semi-flexibles sont également disponibles comme alternatives plus fermes.

Mousses réticulées

Les mousses réticulées offrent une structure plus rigide et plus épaisse par rapport aux mousses souples.

Entretien du plastique polyuréthane

Le polyuréthane est facile à entretenir et nécessite peu d'entretien. Il est résistant aux solvants, aux huiles et à la corrosion et très résistant aux intempéries et à l'abrasion. L'entretien régulier est aussi simple que d'essuyer la surface avec un chiffon humide. Pour les cas où la surface est plus endommagée, des détergents et des agents de nettoyage peuvent être utilisés. Cependant, il est préférable de conserver les nettoyants agressifs pour une utilisation occasionnelle car ils peuvent affecter le niveau de brillance de certaines finitions en polyuréthane.

Recyclage du plastique polyuréthane

Le polyuréthane peut être recyclé de deux manières :recyclage mécanique ou chimique. Le recyclage mécanique réutilise le matériau sous sa forme polymère, tandis que le recyclage chimique ramène le matériau à ses composants chimiques.

1) Recyclage mécanique

Relier

Les déchets de polyuréthane sont coupés en petits morceaux, pulvérisés avec un prépolymère et liés à la qualité de mousse souhaitée. Une méthode populaire pour les sous-couches de moquette recyclées.

Rebroyé

Les garnitures industrielles en polyuréthane sont broyées en une poudre fine. La poudre peut ensuite être combinée avec des matériaux vierges pour produire une nouvelle mousse de polyuréthane.

Pressage adhésif

Les pièces en polyuréthane sont granulées et mélangées, puis soumises à la chaleur et à la pression pour former des panneaux ou des moulures. Les panneaux de particules résultants peuvent être utilisés dans des produits d'insonorisation et des applications de meubles.

2) Recyclage chimique

Glycolyse

Les polyuréthanes industriels et post-consommation sont mélangés avec des diols à haute température. De nouveaux polyols sont créés par une réaction chimique, qui peuvent ensuite être utilisés pour fabriquer du polyuréthane recyclé.

Hydrolyse

Une réaction entre les polyuréthanes usagés et l'eau donne des polyols qui peuvent être utilisés comme combustible. Les produits chimiques intermédiaires peuvent être utilisés comme matières premières pour créer du polyuréthane recyclé.

Pyrolyse

Le gaz et le pétrole sont créés en décomposant les polyuréthanes dans un environnement exempt d'oxygène.

Hydrogénation

Le gaz et le pétrole sont créés à partir de polyuréthanes usagés en appliquant de la chaleur, de la pression et de l'oxygène.

L'avenir du polyuréthane

Le polyuréthane est une ressource impressionnante avec sa combinaison de caractéristiques exploitables. Les produits en polyuréthane sont également très variés (plastiques, mousses, revêtements, mastics) et profitent à une multitude d'industries.

Les produits en polyuréthane ont une durée de vie cyclique car ils conservent leur valeur même après avoir atteint la fin de leur cycle de vie. En 2010, le constructeur automobile américain Chrysler a annoncé qu'il utiliserait 180 000 livres de mousses de polyuréthane recyclées pour ses sièges et appuie-tête. Alors que le monde passe au vert, l'industrie du polyuréthane emboîte le pas avec des pratiques durables.