Le plastique polyuréthane : des adhésifs à l'usage quotidien — le matériau polyvalent expliqué

Le polyuréthane ne ressemble souvent pas à du plastique. Qu'est-ce que c'est et comment est-il produit ?

Le polyuréthane est un polymère lié par des liaisons uréthane. Ces liaisons sont formées en faisant réagir un di- ou poly-isocyanate avec un polyol. Le polyuréthane est unique en ce qu'il n'est pas fabriqué comme beaucoup d'autres plastiques. La plupart des polymères, comme le polyéthylène, sont produits sous forme de poudre puis moulés dans une forme désirée. 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 l'habillement, 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 l'équipement marin.

Pièces en plastique

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

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

Tissu

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

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

Roues

La grande capacité de charge du polyuréthane en fait le matériau de base pour les roues et pneus élastomères. On les trouve sur les chariots de supermarché, les ascenseurs, les montagnes russes et les patins à roulettes.

Revêtements de sol et infrastructures

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

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

Mousses et coussins

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

Les mousses flexibles sont douces avec des caractéristiques d'absorption élevées. Les mousses polyuréthane semi-flexibles sont plus fermes et utilisées pour les tableaux de bord et les garnitures de portières. Les produits en mousse à haute résilience sont adaptés pour les assises en mousse, les joints et les panneaux d'isolation.

Les mousses en spray polyuréthane remplissent les crevasses autour des fenêtres pour une meilleure isolation.

Adhésifs et mastics

Le polyuréthane est utilisé dans les adhésifs haute performance et les mastics de surface. Ces mastics comblent les vides tout en permettant l'expansion et la contraction des matériaux de construction. Les propriétés élastomères du mastic permettent un mouvement de 25 à 50 %. Les mousses en spray sont également développées à partir de polyuréthane et comblent les crevasses pour une meilleure isolation du bâtiment.

Propriétés du polyuréthane

Les densités de polymère du polyuréthane peuvent être contrôlées, résultant en une gamme de propriétés. Les avantages du polyuréthane incluent une haute élasticité et malléabilité, en faisant un matériau de base idéal pour de nombreux produits en plastique, comme vu ci-dessus.

PROPRIÉTÉS DU POLYURÉTHANE

AVANTAGES

INCONVÉNIENTS

Haute résistance à l'abrasion et aux solvants

Faible capacité thermique

Haute capacité de charge et élasticité

Propriétés toxiques (isocyanates)

Haute isolation

Faible tolérance à la lumière du soleil

Bonne qualité de moulage

Inflammable

Structure et production du 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 d'abord comprendre 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 réactif, et contient souvent des matériaux polymériques. Lorsqu'un isocyanate a deux groupes isocyanate, il est appelé di-isocyanate (TDI). Le TDI est utilisé pour réagir avec les polyols dans la production de polyuréthane.

2) Polyols

Les polyols peuvent être soit des polyols polyéther, soit des polyols polyester. Les polyols polyéther sont fabriqués lorsque des 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 avec un poids moléculaire plus élevé résultent en des polyuréthanes flexibles. Les polyols de poids moléculaire plus faible 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 un faible réticulation créent un polymère extensible, tandis que des chaînes plus courtes résultent en un polymère plus dur. Il y a de nombreux choix disponibles pour les isocyanates et les polyols, et une variété de conditions de traitement sont utilisées pour la production.

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

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

Charges

Améliore les propriétés du matériau et réduit les coûts

Agents gonflants et tensioactifs

Contrôle la structure cellulaire de la mousse polyuréthane

Suppresseurs de fumée

Réduit le niveau de fumée lors de la combustion

Pigments

Ajoute de la couleur pour l'esthétique

Classifications du polyuréthane

Le polyuréthane peut être classé en deux groupes selon leurs réactions à la chaleur :

Thermoplastique

Le polyuréthane thermoplastique est polyvalent en ce qu'il peut être réchauffé et remoulé de nombreuses fois. Lorsqu'il est chauffé, il devient liquide et peut être moulé dans la forme désirée sans aucun changement des propriétés du plastique. Le polyuréthane thermoplastique est le mieux adapté pour les produits finis qui nécessitent des tolérances de chaleur supérieures à 250 °F (121 °C).

Thermodurcissable

Le polyuréthane thermodurcissable ne peut être formé qu'une seule 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 catégorisé en quatre types principaux : élastomères, revêtements, mousses flexibles et 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 pour la chaleur, le poids et l'abrasion doivent être considérées.

Élastomères

Les élastomères de polyuréthane ont une élasticité très élevée. 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 revenir à leur forme originale 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 flexibles

Les mousses flexibles ont une haute résistance aux chocs et un bon amortissement. Les mousses polyuréthane semi-flexibles sont également disponibles comme alternatives plus fermes.

Mousses réticulées

Les mousses réticulées offrent une structure plus rigide et plus épaisse comparée aux mousses flexibles.

Entretien du plastique polyuréthane

Le polyuréthane est facile à entretenir et nécessite peu de maintenance. Il est résistant aux solvants, aux huiles et à la corrosion — et très durable contre les intempéries et l'abrasion. L'entretien régulier est aussi simple qu'essuyer la surface avec un chiffon humide. Pour les cas avec plus de dommages de surface, des détergents et agents de nettoyage peuvent être utilisés. Cependant, il est préférable de réserver 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 façons : 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

Rebond

Les déchets de polyuréthane sont coupés en petits morceaux, pulvérisés avec un prépolymère, et liés au grade de mousse désiré. Une méthode populaire pour les sous-couches de tapis recyclés.

Regrind

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

Pressage adhésif

Les pièces en polyuréthane sont granulées et mélangées, puis mises sous chaleur et pression pour former des panneaux ou des moulages. Les panneaux de particules résultants peuvent être utilisés dans les produits d'insonorisation et les 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 résulte en des polyols qui peuvent être utilisés comme carburant. Les produits chimiques intermédiaires peuvent être utilisés comme matières premières pour créer du polyuréthane recyclé.

Pyrolyse

Du gaz et de l'huile sont créés en décomposant les polyuréthanes dans un environnement exempt d'oxygène.

Hydrogénation

Du gaz et de l'huile sont créés à partir de polyuréthanes usagés en appliquant chaleur, pression et oxygène.

L'avenir du polyuréthane

Le polyuréthane est une ressource impressionnante avec sa combinaison de caractéristiques praticables. Les produits en polyuréthane offrent également de la variété — allant des plastiques, mousses, revêtements, aux mastics — qui bénéficient à une multitude d'industries.

Les produits en polyuréthane ont une durée de vie cyclique car ils continuent de conserver de la valeur même après avoir atteint la fin de leur cycle de vie produit. En 2010, le constructeur automobile américain Chrysler a annoncé qu'il utiliserait 180 000 livres de mousses polyuréthane recyclées pour leurs sièges et appuie-têtes. Alors que le monde devient vert, l'industrie du polyuréthane suit le mouvement avec des pratiques durables.