Polyurées
Les polyurées sont définies comme des polymères qui contiennent des groupes uréylène – NHCONH – dans la chaîne polymère. Les polyurées linéaires sont des produits de polycondensation thermoplastiques à structure aromatique (R = arylène) ou aliphatique (R = alkylène).
Les polyurées à structure aliphatique présentent une différence de 50 à 100 °C entre le point de ramollissement et le début de la décomposition. Ils peuvent être utilisés comme moulures.
Les polyurées à structure aromatique ont des points de ramollissement proches de leurs températures de décomposition et sont solubles dans les solvants organiques, en particulier dans les solvants dipolaires aprotiques tels que le DMF, la N-méthylpyrrolidinone (NMP) et le DMSO.
Ils sont utilisés pour la préparation de laques, vernis et enduits.
Table des matières
1. Production de polyurées
La synthèse des polyurées repose sur des réactions entre des polyamines, notamment des diamines, de structures aliphatiques, aromatiques ou hétérocycliques et du dioxyde de carbone, du sulfure de carbonyle, des esters carboniques, du phosgène, de l’urée, de l’uréthane et des isocyanates.
Techniquement, les seules réactions pertinentes sont entre les polyamines et les polyisocyanates et entre les isocyanates et l’eau.
1.1. À partir de diisocyanates et de diamines
Les polyurées sont facilement préparées par une réaction de polyaddition entre des diisocyanates et des diamines.
Les groupes isocyanates liés à un cycle aromatique sont plus réactifs que ceux liés à une chaîne aliphatique.
De nombreuses amines aliphatiques sont extrêmement réactives vis-à-vis des isocyanates, même à basse température. Les amines aliphatiques secondaires et aromatiques primaires réagissent de manière similaire. Les amines aromatiques secondaires sont moins réactives.
Dans la réaction des amines-isocyanates, un accepteur/donneur de protons, par exemple une amine, une urée ou un acide carboxylique, agit comme catalyseur.
Les réactions entre les isocyanates et les amines sont généralement autocatalytiques, mais elles peuvent être catalysées par de nombreux autres catalyseurs, amines ou acides. Ils sont généralement réalisés par polyaddition interfaciale ou en solution.
1.2. À partir de diisoscyanates et d’eau
Cette réaction est utilisée dans la fabrication de mousses, dans lesquelles le dioxyde de carbone résultant agit comme agent moussant.
Différentes amines ou complexes d’amines de sels métalliques sont des catalyseurs appropriés.
2. Propriétés chimiques des polyurées
Stabilité thermique
Les polyurées ont une stabilité thermique supérieure à celle des polyuréthanes mais inférieure à celle des polyamides. La stabilité thermique du groupe urée est un problème complexe.
Ainsi, la polyhexaméthylèneurée (pf = 300°C) peut être chauffée à 260°C sans décomposition, alors que la polydécaméthylèneurée (pf = 230°C) se décompose rapidement à 260°C à l’état fondu.
Le mécanisme de cette décomposition thermique implique un transfert d’hydrogène pour donner des isocyanates et des amines.
Stabilité hydrolytique
Les polyurées ont une excellente stabilité à l’hydrolyse dans des conditions acides et alcalines.
3. Utilisations des polyurées
Les polyurées sont utilisées comme mousses.
La production de polyurées par moulage par injection-réaction (RIM) est un procédé bien établi. Il offre plusieurs avantages pour la production à grand volume de grandes pièces : basse pression (< 343 kPa), basses températures (54–60°C) et utilisation d’intermédiaires liquides réactifs.
Avec les polyols, les isocyanates et les diluants, différents polymères peuvent être formulés avec une large gamme de propriétés, d’un élastomère flexible à un plastique rigide.
Le produit final peut être solide, microcellulaire ou modifié en mousse avec une variété de charges.
Le RIM renforcé de fibre de verre (RRIM) offre une stabilité dimensionnelle et une résistance élevée aux chocs.
Pour réduire le poids des automobiles, des matériaux RIM et RRIM à haut module adaptés aux panneaux de carrosserie externes ont été développés à partir d’élastomères de polyurée.
De plus, ces élastomères sont résistants à la corrosion et aux chocs. Les progrès de la technologie RIM comprennent le développement de nouveaux systèmes de polyurée pour la production de panneaux de carrosserie automobile.
Dans les panneaux de carrosserie automobile, les matériaux RIM en polyurée offrent une plus grande résistance aux chocs à renfort de flocons de verre équivalent ; amélioration de la stabilité thermique pour moins de distorsion pendant les cycles de durcissement de la peinture ; et une absorption d’eau plus faible pour une meilleure résistance à l’environnement.
Ces polyurées sont généralement préparées par la réaction d’un isocyanate à base d’amine-MDI avec un polyéther à terminaison amine (au lieu du polyéther à terminaison hydroxy standard) et une diamine aromatique comme allongeur de chaîne.
Les élastomères polyurée RIM présentent les avantages suivants :
- La réaction autocatalytique de l’isocyanate avec l’amine est plus rapide que la réaction isocyanate-eau et donne des polymères à haut module pour les applications automobiles
- Les catalyseurs ne sont pas nécessaires et le processus peut être automatisé
- La décomposition et le jaunissement du produit final ne se produisent pas
- La thermostabilité plus élevée prolonge leur utilité pratique
Les matériaux de revêtement peuvent être fabriqués à partir de polyurées en solution ou en émulsion. Les polyurées appliquées par pulvérisation présentent une excellente adhérence sur une variété de substrats, y compris l’acier sablé ou apprêté, l’aluminium et le béton.
Les produits comprennent des élastomères de polyurée pulvérisés à deux composants, préparés à partir de résines de polyéther à terminaison amine et de polyisocyanates.
Les systèmes d’élastomères polyurées en spray ne nécessitent aucun catalyseur et ont une réactivité et un durcissement extrêmement élevés.
Dans d’autres applications, des dispersions aqueuses de polyurée peuvent être utilisées pour des revêtements avec une dureté et une résistance aux solvants améliorées.
Références
- Polyureas; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/14356007.d21_d01.pub2
