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RÉSUMÉ
Les polyuréthanes (PU) sont des polymères très utilisés grâce à leurs nombreuses propriétés, cependant ils posent des défis en matière d'environnement, de santé et de recyclage. Face à la toxicité des isocyanates, des solutions comme les isocyanates bloqués, les PUs en dispersion aqueuse ou les polyuréthanes sans isocyanate (NIPU) émergent. De plus, des matières premières renouvelables sont explorées pour rendre les PUs plus durables. Des avancées récentes visent aussi à améliorer la recyclabilité des PUs en fin de vie. Cet article fait le point sur ces innovations, axées sur des procédés plus écologiques et des matériaux plus responsables.
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Sylvain CAILLOL : Directeur de Recherche CNRS - Institut Charles Gerhardt, Montpellier, France
INTRODUCTION
Découverts par Otto Bayer en 1937, les polyuréthanes (PU) sont parmi les polymères les plus utilisés dans le monde, pour une variété d’applications comme les meubles, les revêtements, les adhésifs, les matériaux de construction, et bien d’autres. La demande en PU n’a cessé d’augmenter, atteignant un marché de 72,8 milliards de dollars en 2021, avec une croissance annuelle prévue de 4,3 % jusqu’en 2030. En 2022, la production mondiale de PU représentait 25 Mt avec une projection de 29 Mt d’ici 2030. Le marché des PU se divise principalement en mousses (60 %), en revêtements (14 %), en élastomères (10 %), en adhésifs (6 %) et en applications biomédicales (10 %). Le succès des PU réside dans leurs excellentes propriétés thermiques et mécaniques, ainsi que dans la diversité des structures moléculaires disponibles, leur conférant des caractéristiques spécifiques comme la flexibilité, la résistance à l’abrasion, et la biodégradabilité. Cependant, les PU posent des problèmes environnementaux et de santé. La plupart sont en effet dérivés du pétrole et, en fin de vie, incinérés ou enfouis, contribuant aux émissions de CO2. De plus, les isocyanates, utilisés dans la fabrication des PU, sont toxiques et parfois cancérogènes. Pour limiter ces impacts, des réactifs d’origine renouvelables et des méthodes de recyclage chimique et mécanique ont été développés, ainsi que des polyuréthanes sans isocyanates (NIPU). Cet article explore les stratégies proposées par la recherche académique et l’industrie pour rendre les PU plus durables et moins toxiques, à travers l’utilisation de réactifs biosourcés et de processus de synthèse et de recyclage respectueux de l’environnement.
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Glossaire7. Conclusion
Les polyuréthanes (PU), figurant parmi les six polymères les plus produits à l’échelle mondiale, suscitent un intérêt croissant en raison des problématiques associées à la toxicité de leurs monomères, à leur origine pétrochimique, à leur durabilité, à leur recyclabilité, ainsi qu’à leur gestion en fin de vie. Afin de pallier la toxicité des isocyanates, diverses mesures ont été mises en œuvre. Actuellement, les producteurs d’isocyanates maîtrisent pleinement les protocoles de manipulation sécurisée du phosgène à une échelle industrielle, limitant ainsi les risques d’émissions toxiques. En raison de la toxicité élevée de certains isocyanates, les variantes de faible volatilité sont privilégiées. De plus, l’introduction d’isocyanates bloqués, ainsi que le développement de PU en dispersion aqueuse (WPU), ont permis de minimiser les risques liés à la manipulation de ces composés.
Parallèlement, des alcools polyfonctionnels à chaîne courte d’origine renouvelable ont été synthétisés pour offrir des PU plus respectueux de l’environnement. Cette approche innovante a rapidement gagné en popularité. En conséquence, des polyols d’origine renouvelable, tant dans le milieu académique qu’industriel, ont été proposés pour étendre la gamme de précurseurs biosourcés disponibles. Les isocyanates di- et polyfonctionnels biosourcés permettent désormais la production de PUs entièrement issus de matières premières renouvelables. Cependant, malgré ces avancées, des interrogations subsistent quant à la durabilité des matières premières employées. Par exemple, la concurrence entre les cultures destinées à l’alimentation et celles utilisées pour la production chimique reste un point de débat.
Les polyuréthanes non isocyanates (NIPU) pourraient constituer une solution pour réduire la toxicité des isocyanates et atténuer l’impact environnemental des PURs. Parmi ces alternatives, les polyhydroxyuréthanes (PHUs) apparaissent comme les plus prometteurs. Toutefois, ces systèmes présentent une faible réactivité, nécessitant des températures élevées et des durées de réaction prolongées, ce qui limite leur adoption à l’échelle industrielle. L’optimisation de procédés plus respectueux de l’environnement, tels que les WPU, la...
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - AKINDOYO (J.O.), BEG (M.D.H.), GHAZALI (S.), ISLAM (M.R.), JEYARATNAM (N.), YUVARAJ (A.R.) - Polyurethane types, synthesis and applications. - RSC 114453–82 (2016).
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(2) - BAYER (O.), SIEFKEN (W.), RINKE (H.), ORTHNER (L.), SCHILD (H.A.) - Process for the Production of Polyurethanes and Polyureas. - DE728981C. Germany: IG Farbenindustrie AG (1937).
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(3) - Grand View Research - Polyurethane Market Size, Share & Trends Analysis Report By Product (Rigid Foam, Flexible Foam), By Application (Construction, Furniture & Interiors), By Region, And Segment Forecasts, - 2022 – 2030 (2022).
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(4) - Polyurethane global market report 2023 – By product type (Coatings, Adhesives and Sealants, Flexible and Regid Foams, Elastomers, Other product types), By raw material (MDI, TDI, Polyols), By end user industry (Furniture, Construction, Electronics and Appliances, Automotive, Footwear, Orther end use industries) – Market size, - Trends and Market forecast 2023-2032 (2023).
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(5) - WOJNOWSKA-BARYŁA (I.), BERNAT (K.), ZABOROWSKA (M.) - Plastic...
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