Procédé de fabrication mousse polyuréthane

[Curiosity59]

Bonjour tout le monde,

Pouvez-vous me renseigner sur le procédé de fabrication de la mousse en polyuréthane ?

J’aimerais savoir quels sont les composants utilisés, et comment en maîtriser la densité et la fermeté ?

Bien à vous
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[40CDV20]

Bjr,
Je suppose qu'il n'est pas question ici de mousse PU monocomposant. S'il s'agit de bicomposants (masse volumique 10-900 Kg/m3), il faut distinguer.
Les mousses :
-semi-rigides, avec ou sans peau, moulées en blocs ou coulées in situ
Mode d'obtention, à chaud ou à froid.

-rigides, moussage in situ ou projection
En première approche cela parait assez simple, il faut à minima :
-un polyol
-un isocyanate
-un agent porophore tel un fluoroalcane. En réalité, c'est plus compliqué car il s'agit souvent de mélanges de polyols, d'ajuster la stoechiométrie en fonction de l'indice d'isocyanate et d'autres additifs qui vont permettre de contrôler la réactivité du système retenu pour faciliter sa mise en oeuvre.
Par ex. pour une mousse souple basique en retenant un TDI sous forme de mélange (2-4 80% + 2-6 20%), on y trouve :
-polyol IOH 42
-polyol IOH 56
-eau
-F11
-DABCO
-silicone
-octanoate d'étain
L'essentiel du marché est réalisé sur des formulations commerciales et se réduit pour l'applicateur à mélanger manuellement ou automatiquement deux compositions sans vraiment savoir ce qu'il y a dedans !
Cdt

[Curiosity59]

Bonjour,

Merci pour la rapidité et la qualité de la réponse.

Pour tout vous dire je souhaite réaliser par moi même deux blocs de 2 m3 de mousse bicomposants (28 kg/m3 et 21 kg/m3).

[40CDV20]

Bjr,
On va considérer que vous maitrisez le développement physico-chimique et la fameuse courbe hauteur/temps, tout comme le vocabulaire associé, temps de crème, de fil, de montée, d'ouverture des cellules et hors poisse. A défaut, ce sera compliqué de vous comprendre avec votre fournisseur.
A vos valeurs, on est dans le basique qui couvre la plage 10-60 kg/m3, dont le coeur d'application est du 20-40 kg/m3 (essentiellement domestique et équipement automobile).
Vous pouvez partir sur une formulation standard, telle
-TDI 80(2-4)-20(2-6)
-Polyéther-triols MM 3000-4000 (donc 3 fonctions alcool, il s'agit de mélanges commerciaux)
Globalement, le 2-4 est plus réactif que le 2-6. Il est rare et déconseillé d'utiliser du 2-4 pur, autre que pour des applications d'élastoméres. Si le 80-20 tend à s'imposer comme standard "tous usages", on trouve également sur le marché du 65-35.
En "artisanal", ce sont les moyens techniques disponibles pour la mise en oeuvre et le niveau de maitrise de l'opérateur qui guident le choix.
Cdt

[A voir en vidéo sur Futura]

[Curiosity59]

Bonjour !

Merci infiniment

En ce qui concerne les calculs et le matériel je vais probablement me tourner vers une personne physique qui m’accompagnera. Je serais déjà un peu plus informé grâce à vous.

Pensez-vous que cette expérience est réalisable devant un groupe d’adultes ? Il faudrait les protéger des effets nocifs des isocyanates et les accompagner d’une personne qui maîtrise le sujet peut-être ?

[40CDV20]

Bjr,
Je ne suis pas (ou plus exactement n'étais pas), un grand spécialiste de la mise en œuvre des mousses PU ni de la transformation des polymères au sens étendu. En génie des matériaux non-métalliques, les applications, ne passionnent guère mais ne peuvent pas être "totalement passées à la trappe" !
Ce n'est bien entendu qu'un avis, l'opération ne présente pas de risque important et a le mérite d'être spectaculaire, même s'il ne s'agit pas d'une coulée continue d'un bloc d'une centaine de mètres !
Pour ce qui est du niveau technique requis, la plupart des unités de production indépendantes s'auto-suffisent en cédant le volet technique à leurs fournisseurs, eux même se concentrant préférentiellement sur l'artistique et le désign. "Faire du bloc" est souvent une spécialité d'unités fillialisées, ça se vérifie dans l'automobile. Ici, tout est automatisé bien entendu.

En ce qui concerne l'hygiène et la sécurité
Il serait productif d'avoir l'avis d'un spécialiste de ces questions, pour ne citer qu'Ecolami grand contributeur du forum chimie

Les polyols, agents d'expansion et additifs sont peu toxiques, il suffit d'appliquer les règles de manipulation des produits chimiques
Pour les isocyanates, sans être très toxiques, les précautions cibleront les contacts/expositions avec les tissus vivants et la protection des voies respiratoires. De façon générale ils sont à considérer comme allergènes, de fait il est prudent de rester sous la limite de 0.02 ppm dans l'air. C'est très peu dans l'absolu, mais déjà beaucoup quand il s'agit d'allergie. A noter, les TDI et HDI sont parmi les plus volatils.
Je ne vois pas trop l'intérêt d'affubler les spectateurs de masques respiratoires et de combinaisons de "style Guantanamo" , un périmètre de sécurité et une captation des vapeurs au point d'émission me paraît suffire.
Attendons d'autres avis plus affûtés ou plus complets.
Cdt

[ecolami]

Bonsoir,
Si vous voulez obtenir des blocs de 2 mètres cubes il faut s'inquiéter du dégagement de chaleur au sein d'un isolant thermique ou plus simplement envisager une possible inflammation AU CENTRE de la masse. Explication, imaginez que dans chaque point de la masse un certaines chaleur est produite et s'évacue par rayonnement vous comprenez pour quoi au centre converge tous les rayons qui proviennent de la partie qui n'a pas pu ateindre l'exterieur.
Dans mon travail de traitement de déchet chimiques dangereux j'ai eu l'occasion d'observer cette inflammation.
Si vous voulez absolument 2 mètres cubes de mousse il faudra couler cette mousse en longueur et non pas dans un volume cubique ou sphérique il faut augmenter la surface de contact a l'air.
Pour votre expérience il faut préciser a un fournisseur de résines la nature de ce que vous voulez faire pour qu'il vous choisisse les bons réactifs, préciser aussi que vous souhaitez faire ça devant un public sans nécessite de protection. Il y a longtemps j'avais vu, au Centre Pompidou a Paris un artiste qui renversait de la mousse colorée sur le sols par bidons de 30litres et qui s'ingéniait a faire des formes originales. Un film plastique protégeait le sol ....
Vous n'avez pas précisé si vous vouliez une mousse dure ou souple ni si elle devait ou non être imperméable. Les mousses perméables sont obtenues en ajoutant une faible quantité d'eau qui provoquera un dégagement de gaz carbonique qui cheminera dans la mousse pour sortir. Les mousses imperméables sont obtenues avec des solvants trés volatiles, parfois c'est l'amine tertiaire catalyseur qui est choisie trés volatile. Dans ce cas les bulles de vapeurs de solvant ou d'amine restent closes et le solvant s'évaporent lentement apres le durcissement.
Il existe divers isocyanates et les TouèneDi-Isocyanate sont parmi les plus volatiles (liquide incolores a odeur ÄCRE): les vapeurs sont fortement irritantes et toxiques, il faut comprendre que les isocyanates réagissent avec l'eau avec tout ce qui a des fonction amines ou alcool (pensez au protéines, acide aminés etc..) Je déconseille leur emploi en présence de personnes non protégées Il y a une fiche de sécurité et toxicologique INRS sur ces isocyanates. Si vous la consultez vous comprendrez mieux ma mise en garde.
Il existe un isocyanate non volatiles présentant donc moins de risque question vapeur d'iso c'est les MDI ou plus souvent des prépolymères de MethaneDiphénylIsocyanate (liquide huileux brun sans odeur) Mais pour la chaleur c'est pareil.
Les amines tertiaires catalyseurs sont souvent assez volatiles (mais pas le DABCO) et il faut s'en protéger avec un masque pour les plus volatiles; sinon vous risquez d'avoir des vertiges avec certaines (experience vécue)
Voila des conseils qui me paraissent nécessaires.

[40CDV20]

Bjr,
Merci Ecolami, l'expérience de terrain demeure irremplaçable.

S'il s'agit de mousse rigide, on monte d'un cran dans la difficulté. L'exigence d'une forte réticution va imposer des polyols courts et ramifiés, tel des des polyéthers de sorbitol alliés à la triéthanolamine, lequel mélange fait grimper le taux d'hydroxyle au dessus de 400. Même combiné avec un isocynate à groupement NCO réduit, il sera difficile de contrôler l'exothermicité à coeur à > +180°C à fortiori si l'exigence est de produire un bloc (format usuel, section 1000 x 1000 et longueur au moins égale à 1000). Ce qui conviendrait bien est du MDI brut beaucoup plus accommodant qu'un MDI pur, qui à tendance à dimériser spontanément dès l'ambiante.
Quand on parle de "blocs" pour les mousses rigides, il faut nuancer. Il s'agit en fait majoritairement de l'isolation thermique et/ou phonique intégrée aux "panneaux" (plâtre, acier, polymère,..), en technique dite de défilement continu. Il en est de même pour les "presques blocs" qui sont en fait des panneaux d'isolation thermique (transports cryos) dont les épaisseurs peuvent atteindre voire dépasser les 500 mm.
Cdt