Améliorer mécanique du polyuréthane

[Loic8977]

Bonjour

J'ai besoin de vous les amis!
Je souhaite améliorer la tenue mécanique de polyuréthane (compression/traction). Mais je suis une bille en chimie hélas.
J'ai déjà regardé les ratios isocyanate/polyol mais pas d'effet transcendant.

Au niveau des chaînes, comment peut-on faire pour augmenter l'élasticité/la flexibilité ? Augmenter la longueur de chaîne ?
Est-ce qu'il faut au contraire les rendre plus rigides ?

Au niveau durcisseur, qu'est-ce qui pourrait être utiliser ?

Avez vous d'autres idées ?

Merci à vous

Loïc
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[ecolami]

Bonjour,
Le plus efficace serait que tu contacte le fournisseur de résine et tu leur explique ce que tu veux faire. Cela fait des années qu'ils étudient la question, juste pour pouvoir livrer ensuite des solutions prêtes a l'emploi.
Tu ne peux pas vraiment agir sur le ratio polyol isocyanate parce que si tu mets un excès de polyol ton plastique absorbera (plus ou moins) de l'eau et, pire, l'excès de polyol finira par suinter, pas tout de suite mais aprés un temps plus ou moins long.
Plus les chaines de polyol sont longues et non ramifiées plus le plastique sera souple et mou.
Des chaines ramifiées formeront une résine thermodurcissable (impossible à fondre)
Si tu veux obtenir des mousses polyuréthane c'est différent... Tu ne le précise pas

[40CDV20]

Bjr,
+1 avec Ecolami, de quel PUR (thermoplastique ou thermodurcissable) s'agit-il, et pour quelle application ?
Par ailleurs, tout comme pour la majorité des polymères et qui plus est si des contraintes élevées sont appliquées, il faut obligatoirement introduire dans la formulation des charges et renforts.
C'est probablement la famille la plus prolifique de la chimie des polymères, par l'intégration de tous les polymères dérivés des isocyanates, ce qui est abusif.
A grosses mailles ce que l'on peut retenir :
-plus la fonctionnalité des réactifs est élevée plus le produit est rigide,
-les chaines "courtes" de polyol participent également à cette rigidité,
-la formation de liaisons allophanate en excès d'isocyanate, augmente la réticulation,
-à fonctionnalités équivalentes les polyesters donnent des produits moins souples que les polyéthers.
Cdt

[Loic8977]

Bonjour à tous les deux,

Merci pour vos réponses.
Effectivement je n'ai pas précisé, c'est pour faire une mousse PUR.
Je cherche a améliorer la contrainte à rupture en restant à iso-densité.
Je me demandais s'il faut mieux augmenter la rigidité ou au contraire avoir quelque chose de plus souple qui se déformera plus facilement, mais peut-être cassera à une contrainte plus élevée du coup (le chêne et le roseau)...

Loïc

[A voir en vidéo sur Futura]

[40CDV20]

Bjr,
Pour les PUR bi-composants cellulaires et/ou alvéolaires on doit allègrement atteindre aujourd'hui quelques milliers de formulation, quelle chance
Rien d'anormal dans la mesure où il faut considérer les phases de développement physico-chimique et les performances des produits finis (temps de crème, de fil, de montée, d'ouverture des cellules,....)
Considérons un basique de mousses de grande rigidité. Il faut un polyol, un isocyanate, un agent porophore, éventuellement un catalyseur(*) et souvent quelques adjuvants.
Le plus simple à définir est le porophore, c'est majoritairement du F11. Ces mousses demandant une forte réticulation, on utilise donc des polyols courts et très ramifiés. l'isocyanate doit être limité quant à sa teneur en groupements NCO, à défaut l'exothermicité sera incontrôlable (ça peut atteindre +200°C à cœur).
De façon pratique, il faut disposer d'un échantillonnage étendu et procéder à des essais.
Un polyol polyéther-sorbitol ou sucrose, additionné de triols courts telle la triéthanolamine est un bon candidat. A ce niveau, le mélange doit se situer entre 350 et 500 en indice d'hydroxyle. Pour l'isocyanate, naturellement du MDI brut, le TDI brut est également une option.
Pour des conditionnements de 30 à 200 l, les distributeurs gèrent des formulations commerciales (polyol et isocyanate) qui sont des mélanges optimisés (permettant une mise en oeuvre par des applicateurs, sans qualification "pointue").
Ces mousses sont dites "structurantes-isolantes" et présentent de bonnes valeurs en termes de résistance à la compression et en stabilité thermique. Empiriquement (isotropie incomplète), pour R com (mesuré dans le sens de l'expansion) on retient la formule P = 100 D² . P en Pascal (Pa), D en kg/m3 avec une plage usuelle 20 < D <100.
Où se faire facilement échantillonner ? bonne question,.... je pense qu' Ecolami devrait disposer de quelques contacts
(*) dans ce cas, très souvent déjà intégré au polyol commercial
Cdt

[Loic8977]

40CDV20, merci pour ta réponse.

Je dispose aujourd'hui de la meilleure formulation commerciale disponible pour mon application (que je ne peux détailler ici).
Je ne peux pas la révolutionner pour des raisons principalement de temps de gel qui ne peut être raccourci.

Ma question été plutôt : à partir d'une formulation donnée, quels sont les leviers d'optimisation que l'on a ? Sans changer toute la formule.
Est-ce qu'il faut plutôt rallonger les chaînes, les ramifier davantage?
Est-ce qu'il faut rigidifier l'ensemble ou au contraire donner de la souplesse ? J'ai vu tout et son contraire à ce niveau.
Pour le choix MDI vs TDI, en termes de cout lequel est le plus favorable?

Loïc

[ecolami]

40CDV20, merci pour ta réponse.

Je dispose aujourd'hui de la meilleure formulation commerciale disponible pour mon application (que je ne peux détailler ici).
Je ne peux pas la révolutionner pour des raisons principalement de temps de gel qui ne peut être raccourci.

Ma question été plutôt : à partir d'une formulation donnée, quels sont les leviers d'optimisation que l'on a ? Sans changer toute la formule.
Est-ce qu'il faut plutôt rallonger les chaînes, les ramifier davantage?
Est-ce qu'il faut rigidifier l'ensemble ou au contraire donner de la souplesse ? J'ai vu tout et son contraire à ce niveau.
Pour le choix MDI vs TDI, en termes de cout lequel est le plus favorable?

Loïc

Bonjour,
En ayant fixé +la meilleure formulation commerciale+ il ne reste plus que les CONDITIONS de mise en oeuvre. Ces conditions sont contraintes par le mode d'emploi du fournisseur. Il ne reste plus grand chose comme possibilité: au lieu de couler en une fois fractionner, ce qui peut favoriser l'évacuation de la chaleur et modifier plus ou moins le résultat final.
On ne peut pas agir sur la longueur et la ramification des chaînes puisque tu as +la meilleure formulation commerciale +
Le TDI est plus volatile que le MDI et ses vapeurs sont TRES TOXIQUES. Il est aussi plus réactif. Le MDI est souvent prépolymerisé et moins réactif.
Il existe d'autres isocyanates non aromatiques comme l'Isophorone Di Isocyanate et L'Hexaméthylène Di Isocyanate (HDI).
Le HDI est linéaire a la différence des autres ce qui doit avoir une influence sur les produits finis. Le HDI est aussi volatile et irritant.
Les catalyseurs sont des amines TERTIAIRES plus ou moins volatiles. Certaines disparaitront plus ou moins dans l'air du fait de la chaleur de réaction. D'autres non volatiles resteront (DABCO Diazabicyclooctane)
Les amines volatiles sont TOXIQUES et il faut s'en protéger. Certaines provoquent des vertiges. (expérience vécue dans mon travail de traitement de déchets industriels dangereux).

[40CDV20]

Bjr,
Pour éviter toute confusion. Ce qui est dit ci-dessus se rapporte bien entendu à un moussage "in situ". S'il s'agissait de "moussage en bloc" ce serait différent car la réactivité devrait être ajustée (temps de crème env. 1', de fil 4' avec une objectif de D 35/45 Kg/m3)

Pour tenter de répondre au mieux il faut connaitre la caractérisation du produit fini et son application. Et ce peut être diablement pointu (*)
Mais, non, généralement ce n'est pas une bonne idée de "triturer sur le pouce") une formulation commerciale de polyols/isocyanates. Soit comme au dessus on vise une grande rigidité et si c'est insuffisant on reformule du départ en "plus court et plus ramifié", soit on dispose de deux options mais également en repartant de zéro :
-une formulation majoritaire en liaisons carbodiimide/isocyanurate + catalyseurs, et on ajuste en polyol, ce qui assouplit légèrement le produit fini mais avec une sensible baisse de R (je connais assez peu cette voie et de fait la caractérisation des mousses obtenues)
-une formulation semi-rigide, tel le grand classique, TDI 65-35 et polyesters polyols d'I.OH 100/150. Ici on recherche principalement une fonction amortissante, on est donc moins rigide mais aussi moins résistant mécaniquement parlant

MDI vs TDI économiquement ? pas si simple pour la bonne raison que le "TDI commercial" (dont l'applicateur ne sait rien ou presque), peut être du 2.4 ou du 80(2.4)-20(2.6), du 65-35 voire un mix des deux derniers ! et je passe sur les niveaux de pureté
Pour le MDI ce peut être un grade haute pureté (mais avec un risque élevé de dimérisation qu'il faut savoir gérer), et plus souvent il me semble, un grade brut.
(*) par ex. j'ai travaillé un temps sur des supports en mousse de PUR de calage de réflecteurs radar (SER ajustable voir lentille de Luneberg), intégrés dans une cible aérienne d'entrainement aux tirs missiles.
Cdt

[40CDV20]

Re,
Pour préciser, je me suis limité pour ma réponse aux questions de Loïc

L'intervention d'Ecolami est également intéressante car intégrant des données pratiques et de sécurité. Effectivement on dispose aussi du 1.5 NDI (avec application préférentielle dans les élastomères), mais aussi du HDI voire du IPDI (aliphatiques donc à priori un peu moins toxiques), ces derniers étant préférés au 1.5 NDI dont on ne sait pas empêcher le brunissement dans le temps des produits finis
Cdt

[Loic8977]

Bonjour à tous les deux,

Merci pour vos réponses qui sont autant de pistes de réflexion.
Pour répondre principalement à Ecolami : je dispose de la meilleure formulation commerciale disponible, MAIS ses performances sont insuffisantes pour l'application visée. Il faut donc des pistes d'amélioration (je sais ce qu'il y a dans ladite formulation ce qui me permet de savoir sur quoi je joue).
Je peux travailler avec le fournisseur pour effectuer des modifications sur cette formulation, il y est ouvert, mais ne fera pas le travail de son côté car l'application n'est pas ce vers quoi il souhaite aller.

Il s'agit de moussage en bloc.
La propriété à améliorer c'est principalement la tenue méca en compression, et la traction au 2ème ordre.
Je ne peux bien entendu pas augmenter la densité (ça sera trop facile !).

Merci pour les éléments sécurité, effectivement je n'avais pas mis ça dans mes œillères mais à garder en tête...

Loïc