Polyuréthane - Simplifié

Il est présent dans les voitures que nous conduisons, dans les chaussures que nous portons, dans le mobilier de nos maisons et de nos entreprises. On peut le trouver sous de nombreuses formes : pièce moulée, coussin en mousse, revêtement par pulvérisation ou encore adhésif. En d'autres termes, le polyuréthane est partout.

D'où vient donc le polyuréthane ? Pour faire simple, il est le résultat d'une réaction chimique qui implique généralement deux composants : l'isocyanate et le polyol. Ce qui est passionnant, ce sont les possibilités illimitées de création de nouvelles formules – ou « recettes » – qui permettent de manipuler le polyuréthane pour le rendre dur ou mou, souple ou rigide, léger ou gélifié.

C'est un jeu d'enfant

Fabricant spécialisé de systèmes polyuréthane

Pour le profane, c'est un peu comme de la pâtisserie. Avec les deux principaux ingrédients, la farine et le sucre, vous pouvez préparer une grande variété d'aliments tels que des pâtes à tarte, des biscuits, du pain ou un gâteau des anges, juste en ajustant les quantités de farine et de sucre et en ajoutant d'autres ingrédients tels que du bicarbonate de soude et des assaisonnements. Vous pouvez aussi acheter des mélanges tout prêts qui contiennent déjà les bonnes proportions des ingrédients dont vous avez besoin. Il vous suffit d'ajouter les liquides, de verser la pâte dans un moule ou de la déposer à la cuillère sur une plaque à biscuits, de la chauffer à une température donnée pendant un certain temps pour obtenir un produit fini.

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Ajout d'un catalyseur

Un catalyseur est utilisé pour diminuer l'énergie d'activation nécessaire pour entraîner une réaction, et augmenter ainsi la vitesse d'une réaction chimique. Si l'air, l'eau ou la chaleur peuvent suffire à déclencher la réaction, les catalyseurs chimiques peuvent également être utilisés, généralement en petites quantités.


Lors de la réalisation d'un gâteau, vous pouvez mélanger les ingrédients et les laisser sur la table, mais de cette façon, vous n'obtiendrez probablement jamais de gâteau. La chaleur du four agit comme catalyseur pour transformer les réactifs (ingrédients) en produit final souhaité : votre gâteau !

Polyuréthane

Gâteau ! Mmm.

Fabricant spécialisé de systèmes de polyuréthane

Les systèmes polyuréthane sont comme les mélanges à gâteau liquides. Dans les systèmes mono-composant, la « pâte » est un prépolymère déjà mélangé. Une fois le récipient ouvert, le mélange commence à réagir avec l'humidité de l'air et la durée de vie en pot commence à s'écouler. Dans un système bi-composant, les composants ISO et POLYOL sont maintenus séparés, de sorte que la réaction chimique ne démarre pas avant que les deux composants ne soient mélangés selon des quantités définies par le rapport de mélange. Par exemple, un rapport de mélange de 100:25 signifie 100 parts de POLY pour 25 parts d'ISO.

Attention : Manipulez les systèmes de polyuréthane avec précaution. Ils ne peuvent en aucun cas être ingérés. La terminologie empruntée à la pâtisserie n'est qu'une façon colorée d'expliquer comment les ingrédients se combinent ; il ne s'agit en aucun cas d'imaginer que les produits peuvent être comestibles.

Lorsqu'elle est introduite dans les ISO ou les prépolymères, même une infime quantité d'eau suffit à déclencher la réaction chimique qui peut créer une pression suffisante pour déformer un fût en acier ou le transformer en projectile. Pour cette raison, il est extrêmement important de garder les ISO et les prépolymères au sec. L'azote est plus lourd que l'oxygène, de l'azote gazeux – souvent appelé couverture d'azote – est ainsi ajouté avant de sceller le fût, dans l'espace libre séparant le produit de l'extrémité supérieure du fût. Cela constitue une couche supplémentaire de protection contre l'humidité.

Veillez toujours à consulter les fiches de données de sécurité (FDS) et les fiches de données techniques (FDT) pour connaître les précautions à prendre lors de la manipulation de tout produit chimique.

Glossaire

Nous pourrions utiliser un langage complexe, mais les significations sont simples ; voici quelques définitions qui vous seront utiles en cas d'oubli
  • Additifs – Substances ajoutées à un composant polyol pour en modifier les propriétés, généralement dans un pourcentage relativement faible. Exemples : agents de dégazage, capteurs d'humidité, agents tensioactifs, promoteurs d'adhésion, etc.
  • Adhésif – Substance utilisée pour joindre deux ou plusieurs matériaux.
  • Aliphatique – Type de polyuréthane qui ne contient pas d'atomes de carbone disposés en structures cycliques aromatiques (benzène). Par rapport aux polyuréthanes aromatiques, les produits à base de polyuréthanes aliphatiques possèdent une résistance supérieure aux UV et intempéries, et une meilleure rétention de la couleur et de la brillance.
  • Température ambiante – Température de l'air ambiant.
  • Aromatique – Type de polyuréthane contenant quelques atomes de carbone disposés en structures cycliques aromatiques (benzène). Par rapport à l'aliphatique, les produits à base de polyuréthane aromatique sont généralement plus résistants, mais possèdent une moindre résistance aux UV et une moindre rétention de la couleur et de la brillance.
  • Catalyseur – Ingrédient utilisé pour augmenter la vitesse d'une réaction chimique.
  • Compression rémanente – Mesure de la résistance d'un matériau à une déformation permanente.
  • Agent de durcissement – Composé complétant une réaction polymère.
  • Durcissement – Liaison d'un matériau par réticulation permanente de ses molécules.
  • Temps de durcissement – Terme faisant référence à l'achèvement de la réaction chimique. À 100 %, le polyuréthane devrait avoir atteint 100 % de ses propriétés physiques maximales.
  • Temps de démoulage – Durée nécessaire pour qu'une pièce durcie puisse être démoulée.
  • Densité – La densité est égale à la masse de la substance divisée par son volume.
  • Décoloration – Tout changement par rapport à la couleur initiale.
  • Duromètre – Une des nombreuses façons de mesurer la dureté d'un matériau.
  • Élasticité – Mesure de la capacité d'un matériau à retrouver sa forme après avoir été étiré ou déformé.
  • Elastomère – Polyuréthane ayant des caractéristiques semblables à celles du « caoutchouc », qui résiste et se reforme après des déformations produites par la force.
  • Allongement – Pourcentage de la longueur d'origine sur lequel un échantillon s'étire avant de se rompre.
  • Système chargé – Polyuréthane avec charge
  • Inflammabilité – Capacité relative d'un matériau à supporter la combustion, exprimée par son point d'inflammabilité.
  • Point d'inflammabilité – Température la plus basse d'un matériau à laquelle il dégage des vapeurs suffisantes pour former un mélange inflammable avec l'air à proximité de sa surface.
  • Gel – Phase initiale semi-solide qui se développe lors de la formation d'une résine à partir d'un liquide.
  • Temps de gel – Le « temps de travail » depuis le mélange initial des composants de la matière première uréthane jusqu'à la solidification du matériau.
  • Température de transition – La zone de température où le polymère passe d'un matériau dur et vitreux à un matériau souple et caoutchouteux.
  • Résistance initiale – Capacité à être manipulé avant durcissement complet.
  • Hydrophile – Qui attire l'eau
  • Hydrophobe – Qui repousse l'eau
  • Température d'allumage – Température minimale à laquelle un solide, un liquide ou un gaz doit être chauffé pour déclencher ou provoquer une combustion auto-entretenue indépendante de l'élément chauffant.
  • Isocyanate (ISO) – Composés chimiques caractérisés par un ou plusieurs groupes NCO réactifs.
  • MDI – Acronyme de 4,4'-diisocyanate de diphénylméthylène, matière première couramment utilisée dans la production d'élastomères de polyuréthane.
  • Rapport de mélange – Représente la proportion appropriée (en poids ou en volume) de POLY et d'ISO à combiner avant la coulée.
  • Polymères hygrodurcissants – Prépolymères formulés pour durcir lors de leur exposition à l'humidité, soit dans le substrat, soit à l'air libre.
  • %NCO – Mesure de la teneur en isocyanate d'un prépolymère ou d'un autre composé contenant des isocyanates, exprimée en pourcentage du poids des groupes isocyanates n'ayant pas réagi dans le matériau. La valeur est utilisée pour déterminer le rapport de mélange approprié des composants du système polyuréthane.
  • Système mono-composant – Système durcissant par réaction à la vapeur d'eau.
  • Temps ouvert – Durée pendant laquelle une liaison utilisable peut être réalisée après application de l'adhésif.
  • Plastifiants – Produits chimiques utilisés comme additifs qui servent généralement à augmenter la flexibilité et à réduire la viscosité et la dureté.
  • Polyol – Alcool comportant plus de deux groupes hydroxyles réactifs par molécule.
  • Polyurée – Type d'élastomère dérivé du produit de la réaction entre un composant isocyanate et un composant de mélange de résine synthétique. L'isocyanate peut être de nature aromatique ou aliphatique.
  • Polyuréthane – Composé basé sur la réaction de divers isocyanates et de résines polyol.
  • Post-durcissement – Période secondaire de durcissement d'une pièce coulée à température élevée, une fois qu'elle a atteint sa « résistance initiale» qui favorise l'achèvement de la réaction chimique.
  • Durée de vie en pot – Temps disponible pour travailler avec un produit avant qu'il ne commence à se gélifier.
  • Empotage – Processus d'encapsulation d'un dispositif obtenue en versant une masse de coulée dans une cavité dans laquelle le dispositif a été fixé et en durcissant le composé en place.
  • Prépolymère – Obtenu en combinant un excès de diisocyanate avec du polyol.
  • Résilience – Capacité d'une substance ou d'un objet à reprendre sa forme.
  • Résine – Tout composé organique naturel ou synthétique constitué d'une substance liquide non cristalline ou visqueuse.
  • Durée de conservation – Période pendant laquelle un produit peut être stocké dans des conditions de température précises et rester utilisable.
  • Dureté Shore – Mesure de la dureté basée sur l'échelle Shore.
  • Densité relative – Rapport entre le poids d'un volume quelconque d'une substance et le poids d'un volume égal d'une autre substance prise comme étalon à une température constante ou précisée.
  • Tensioactifs – Additifs favorisant ou entravant la formation et la stabilisation de bulles.
  • TDI – Acronyme de diisocyanate de toluène, matière première courante utilisée dans la production d'élastomères polyuréthane.
  • Résistance à la déchirure – Force maximale requise pour déchirer un échantillon de test, la force agissant sensiblement de manière parallèle à l'axe principal de l'échantillon.
  • Résistance à la traction – Force nécessaire pour rompre un échantillon de matériau divisée par la surface de la section transversale d'origine de l'échantillon.
  • Conductivité thermique – Capacité d'un matériau à conduire la chaleur.
  • Thermoplastique – Type de polymère qui peut être fondu et reformé par application de chaleur.
  • Thermodurcissable – Type de polymère qui ne peut pas être fondu et reformé par application de chaleur.
  • Thixotropique – Ayant la propriété de diminuer la viscosité sous l'effet de l'augmentation de la contrainte de cisaillement. Un revêtement est thixotropique s'il s'amincit sous l'effet de l'agitation ou du pompage, mais s'épaissit à nouveau lorsque le mouvement cesse.
  • TrioI – Polyol caractérisé par la présence de trois groupes hydroxyles (OH) réactifs.
  • Système bi-composant – Polyuréthane formé par le mélange et la réaction de deux matériaux différents.
  • Système non chargé – Polyuréthane sans charge.
  • Viscosité – Épaisseur ou résistance à l'écoulement d'un liquide. La viscosité diminue généralement lorsque la température augmente.
  • Temps de travail – Durée pendant laquelle un adhésif doit être utilisé après l'ouverture du contenant ou, dans le cas des adhésifs à deux composants, après qu'ils ont été mélangés.