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Uréthane ou uréthanne
Nom générique des carbamates de formule générale RNH-CO-OR' esters de l'acide carbamique (NH2-CO-OH) inconnu à l'état naturel. Ce que l'on nomme plus couramment "uréthane" est un carbamate d'éthyle : C3H7NO2
Ils ont donné leur nom aux polyuréthanes, polymères des uréthanes. Les polyuréthannes
a) Synthéses : Les polyuréthanes sont des polymères qui contiennent le groupement uréthane. La fonction uréthane est plus rarement appelée fonction carbamate (voir ci-dessus) :
R'-NH-CO-O-R
Ce radical résulte de la réaction de condensation entre un composé à hydrogène mobile de type alcool R-OH et un isocyanate R'-N=C=O. Pour former un polyuréthane, il faut faire réagir des polyols (au moins deux fonctions alcools par molécule) avec des polyisocyanates (au moins deux fonctions isocyanates par molécule).
La réaction d'un diol avec un diisocyanate conduit à un polyuréthane linéaire.
HO-R-OH+O=C=N-R'-N=C+O "donne" -[-O-R-O-CO-NH-R'-NH-CO-]- Polycondensation
Il s'agit d'une réaction de polymérisation mettant en œuvre des monomères au moins di-fonctionnels (diol et diisocyanate) pour former des chaînes macromoléculaires, avec dégagement de molécules de faible masse molaire (le plus souvent de l’eau).
Polyaddition
Ce type de réaction regroupe l'ensemble des réactions de polymérisation mettant en œuvre des monomères au moins di-fonctionnels conduisant à des macromolécules, sans dégagement de petites molécules, contrairement à la polycondensation, par exemple les polyuréthanes et polyurées par réaction de diisocyanates avec des diols ou des diamines. Les résines époxydes par réaction de prépolymères porteurs de fonctions époxy (DGEBA par ex) avec des durcisseurs de type diamine, rentrent aussi dans cette catégorie.
Les groupements isocyanates réagissent avec les alcools pour donner des groupements uréthanes stables.
Pour les matières plastiques et pour les élastomères, la formation de polyuréthanes à partir de diisocyanates et d’eau avec dégagement de CO2 a pris une importance toute particulière car les mousses polyuréthanes sont très utilisées au quotidien.
Mais l’élément le plus important du procédé de polyaddition des diisocyanates est leurs réactions sur les composés polyhydroxylés, car les groupements uréthanes ainsi formés (groupement ester de l’acide carbamique) sont stables. Dans les premiers temps des polyuréthanes, on utilisait des diols de faible masse molaire comme le butanediol et par polyaddition avec l’hexaméthylène diisocyanate, on obtenait des polyuréthanes linéaires (fibres polyuréthanes). Dans les polyuréthanes actuels, le groupement uréthane est en fait seulement l’élément de jonction entre les chaînes macromoléculaires. Ce groupement présente une stabilité et une rigidité exceptionnelle, son énergie de cohésion dépasse même légèrement celle de la fonction amide. Ceci explique les excellentes propriétés mécaniques des polyuréthanes, même si les groupements uréthanes ne représentent qu’une petite fraction de l’édifice macromoléculaire.
b) Un vaste champs d'applications
C'est surtout l'emploi d'une large gamme de polyols de natures, masses molaires et fonctionnalités différentes qui a pu permettre le développement de la très grande diversité de polyuréthanes.
En effet, ces polyols peuvent être :
• des polyesters polyols longs résultant d'une polycondensation entre des diacides et un excès de diols dans le cas de molécules linéaires ou encore de la polyaddition par ouverture de cycles de lactones comme les polycaprolactones,
• ou encore des polyéthers longs résultant de la polyaddition par ouverture de cycles éthers (oxirane(s), oxétane, ou encore tétrahydrofurane)
• d'autres diols ou polyols longs tels que les polybutadiènes a, w dihydroxylés, les polycarbonates ou encore des polysiloxanes hydroxytéléchéliques.
• des diols très courts appelés allongeurs ou extendeurs de chaines
• des polyols courts de fonctionnalités supérieures à trois appelés réticulants ou rétifiants.
Puisque les polyols utilisés dans la synthèse d'élastomères sont souvent très longs, les polyuréthanes qui en résultent contiennent très peu de fonctions uréthanes. L'appellation « polyuréthane » est parfois abusive stricto sensu ; en pratique, elle couvre tous les polymères dérivés des isocyanates. C'est ainsi que, dans les mousses souples, on compte une liaison uréthane pour environ 20 ponts éther et que, dans certaines mousses rigides (issues de polyisocyanurates), les uréthanes sont quasi absents. Mais, l'usage prévalant, ils seront cependant traités dans les ouvrages sur les polyuréthanes ainsi que les polyurées résultant de la réaction de la réaction entre des polyisocyanates et des polyamines.
En outre, la formulation, permet de moduler là encore les propriétés des polyuréthanes au travers de l'emploi de nombreux additifs et charges.
Cet ensemble impressionnant de matières premières permet d'obtenir une infinité de formulations. C'est cette diversité impressionnante de matières premières qui constitue la clé de la diversité des polyuréthanes tant au niveau des structures que des applications.
Ainsi, les polyuréthanes constituent l'une des plus vastes familles de matières dites « plastiques », bien que les polyuréthanes soient plus souvent des structures thermodurcissables que thermoplastiques :
• Mousses souples de faible densité (10-80 kg/m3),
• Mousses flexibles haute densité (> 100 kg/m3),
• Mousses semi-rigides et microcellulaires (400-800 kg/m3),
• Mousses rigides (30-80 kg/m3),
• Mousses rigides à haute densité,
• Elastomères et masses de coulée thermodurcissables,
• Elastomères et plastomères thermoplastiques,
• Fibres textiles (du type ELASTANNE),
• Adhésifs, peintures, revêtements et vernis,
• Colles et liants (voir ci-dessous)
Les polyuréthanes sont largement utilisés dans les enduits, laques, peintures et vernis que cela soit dans le bâtiment, l'ameublement ou la protection du bois. Les combinaisons polyhydroxylées avec plus de deux hydroxyles conduisent, avec des polyisocyanates, à des macromolécules rétifiées qui sont très importantes dans le domaine des peintures. De telle combinaisons polyhydroxylées sont faciles à obtenir (exemple : estérification de diacides avec un excès de polyols). Grâce aux possibilités de variation illimitées, on peut obtenir des peintures avec tous les degrés de dureté ou d’élasticité voulus.
Les composés polyhydroxylés peuvent être :
En jouant sur la nature des composés hydroxylés et polyisocyanates, on obtient une multitude de combinaisons.
Lorsqu'ils sont réactifs sans solvant ou à très haut extrait sec, les polyuréthannes constituent d'excellents adhésifs structuraux, avec une bonne tenue au pelage et à
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