Résines Aminiques

urea amino resins

1. Introduction

Les résines aminiques sont des polymères de condensation formés par la réaction de composés carbonylés avec des composés contenant des groupes amino, imino ou amide. La réaction libère de l’eau et les produits résultants sont des oligomères, également appelés prépolymères.

Une grande variété de composés contenant du carbonyle et de l’azote peuvent être utilisés pour produire des résines aminiques, mais les plus courants sont le formaldéhyde, l’urée et la mélamine. Ces composés sont utilisés car ils sont relativement peu coûteux et faciles à obtenir. Le type de réaction chimique qui se produit détermine le poids moléculaire du prépolymère.

Table des matières

Les résines aminiques sont produites à grande échelle dans des installations industrielles modernes. Ils offrent de nombreux avantages techniques, notamment une bonne adhérence, une bonne résistance à l’eau et une bonne résistance chimique.

L’histoire des résines aminiques a commencé avec la synthèse de l’urée et du formaldéhyde au 19ème siècle. Les premières résines aminées commerciales ont été produites au début du 20e siècle. Une avancée majeure a eu lieu dans les années 1930 avec le développement des panneaux de particules liés à la résine.

Aujourd’hui, les résines aminiques sont utilisées dans une grande variété d’applications, notamment :

  • Adhésifs pour panneaux de particules, MDF, contreplaqué et autres produits en bois
  • Poutres lamellées et parquet
  • Assemblage de meubles
  • Renforcement du papier
  • Composés de moulage
  • Endos de moquette
  • Auxiliaires en cuir
  • Amendements de sol
  • Revêtements de surface protecteurs
  • Saturation du papier décoratif

Les résines aminiques constituent une classe polyvalente et importante de polymères avec un large éventail d’applications.

2. Propriétés physiques des résines aminiques

Les résines aminiques sont disponibles dans le commerce sous deux formes : des solutions concentrées et des solides, tels que des poudres.

Les solutions sont généralement à base d’eau, mais les alcools sont utilisés comme solvants dans les résines de revêtement de surface. Les solutions varient en couleur, d’incolore et claire à laiteuse et trouble. Ils sont également collants au toucher et ont une viscosité élevée, généralement de 20 à 70 000 mPa·s (mesurée à 20°C).

L’odeur des solutions de résines aminiques peut varier en fonction de la teneur en formaldéhyde libre, allant d’inodore à caractéristique à piquante. La densité des solutions aux concentrations disponibles dans le commerce de 50 à 80 % de solides est de 1,15 à 1,31 g/cm3.

Une propriété importante des solutions de résines aminiques est leur tolérance à l’eau, ou la quantité d’eau qui peut être ajoutée sans précipiter les solides. A des températures relativement basses, inférieures à environ 20°C, de nombreuses solutions de résines aminées présentent un trouble prononcé et une augmentation inhabituellement importante de la viscosité.

Certaines solutions de résines aminiques présentent également le phénomène de pseudoplasticité (thixotropie), ce qui signifie que la viscosité diminue à mesure que la force de cisaillement augmente. La thixotropie n’est pas toujours souhaitable, mais elle peut être utile dans certaines applications.

Sous forme de poudre, les résines aminiques sont blanches. Les poudres séchées par pulvérisation disponibles dans le commerce ont une taille de particules de 15 à 70 μm, mais toujours inférieure à 200 μm. La densité apparente des poudres est de 0,5 à 0,8 kg/L.

Lorsque les poudres de résines aminiques sont dissoutes dans l’eau, elles forment généralement des liquides laiteux. Toutefois, dans certains cas, des solutions claires peuvent être trouvées. Les additifs de type farine peuvent être mélangés à certaines résines aminés, qui peuvent alors prendre plus ou moins la couleur de l’additif.

3. Réactions chimiques des résines aminiques

Les résines aminiques sont des mélanges de diverses substances, même lorsqu’elles sont préparées à partir de seulement deux composants. Par exemple, les résines urée-formaldéhyde sont composées de composés hydroxyméthylés, d’oligomères et de méthylène-urée. Les propriétés chimiques des résines aminiques sont communes à toutes ou à la plupart d’entre elles.

L’une des propriétés chimiques importantes des résines aminiques est que le formaldéhyde est lentement séparé des composés hydroxyméthylés et subit des réactions d’addition avec d’autres groupes aminés.

degradation of Formaldehyde from hydroxymethyl compounds

Une autre propriété chimique importante des résines aminiques est que les composés hydroxyméthylés subissent une condensation lente en l’absence de chaleur ou réagissent avec l’urée pour donner des composés méthylène. Cette réaction est responsable de l’augmentation progressive de la viscosité que subissent les résines aminiques pendant le stockage.

methylene–diurea production

Ces réactions sont accélérées par les catalyseurs acides et les températures élevées. Par conséquent, des acides ou des substances acidifiantes sont utilisés comme durcisseurs qui accélèrent la condensation lors du traitement des résines aminiques.

Les solutions de résines aminiques sont généralement rendues légèrement alcalines, c’est-à-dire à pH 7,5–9, afin de les stabiliser. Cependant, le pH diminue lentement à mesure que de l’acide formique se forme. Cet effet est plus prononcé pour les résines urée-formaldéhyde et beaucoup moins significatif pour les résines mélamine-formaldéhyde.

Les groupes hydroxyméthyle des résines aminiques peuvent être convertis avec des alcools en éthers correspondants. Cette réaction est utilisée dans les résines de revêtement de surface et les résines d’imprégnation pour la fabrication de matériaux de bande de chant à base de papier.

Le formaldéhyde libre, présent à des concentrations de 0,03 % à environ 2 %, revêt une importance pratique. Il réagit avec les sels d’ammonium des acides pour donner de l’hexaméthylènetétramine et de l’acide libre, qui agit comme durcisseur.

Les poudres de résine se condensent également avec le temps pour donner des produits de masse moléculaire relativement élevée, mais dans ce cas, la réaction est plus lente d’un facteur d’au moins cinq.

4. Matières premières pour les résines aminiques

Les matières premières des résines aminiques sont le formaldéhyde, l’urée, la mélamine, la thiourée et les urées substituées. Les guanamines et l’aniline sont également employées.

  • Le formaldéhyde est la matière première la plus importante pour les résines aminiques. Il est disponible sous forme de paraformaldéhyde solide, de solution aqueuse ou de précondensat urée-formaldéhyde.
  • L’urée est la deuxième matière première la plus importante pour les résines aminiques. Il est disponible sous forme de produit cristallin blanc ou de granulés.
  • La mélamine est une matière première moins courante pour les résines aminiques. C’est une poudre blanche qui se sublime en chauffant.
  • La thiourée est une matière première relativement coûteuse et peu utilisée en grande quantité.
  • Les urées substituées sont un groupe de dérivés de l’urée utilisés dans des applications spécialisées.

En plus de ces matières premières, divers modificateurs peuvent être utilisés pour améliorer les propriétés des résines aminés. Ces modificateurs comprennent les alcools aliphatiques, les glycols, les sucres, les alcools de sucre, les polysaccharides et le caprolactame.

Le choix des matières premières et des modificateurs pour les résines aminiques dépend de l’application spécifique. Par exemple, les résines urée-formaldéhyde sont couramment utilisées dans les adhésifs, tandis que les résines mélamine-formaldéhyde sont utilisées dans les stratifiés et la vaisselle.

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