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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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Gestion de la fin de vie des polyuréthanes5. Procédés verts
Les recherches en chimie des matériaux et en ingénierie des procédés progressent de manière complémentaire pour réduire l’impact environnemental de la production des polyuréthanes (PU). D’une part, le développement de matériaux biosourcés constitue une avancée importante. D’autre part, des efforts significatifs sont réalisés pour optimiser les procédés de fabrication, en limitant l’utilisation de solvants organiques (par exemple, en favorisant les dispersions aqueuses ou la polymérisation en masse) et en diminuant les besoins énergétiques grâce à des techniques telles que l’irradiation ou l’emploi de catalyseurs spécifiques. Une approche intégrée, combinant innovation en synthèse chimique et amélioration des procédés, est indispensable pour atteindre une production durable.
5.1 Polyuréthanes en dispersion aqueuse
Les polyuréthanes (PU) sont appréciés pour leurs propriétés adhésives, leur résistance chimique et à l’abrasion, ce qui les rend idéaux pour les applications de peinture, revêtements et adhésifs. Habituellement, ils sont dissous dans des composés organiques volatils (COV) qui s’évaporent après application. Les polyuréthanes en dispersion aqueuse (WPU) sont une alternative écologique aux PU en solvant, car ils sont dispersés dans l’eau et ne contiennent pas d’isocyanates libres, les rendant plus sûrs . En plus d’être écologiques, ils offrent des performances similaires à celles des PU solubilisés dans des solvants. Selon Kim et Lee , les WPU sont non toxiques, non inflammables et non polluants. Contrairement aux systèmes solvantés, les WPUs ne souffrent pas d’une augmentation de la viscosité pendant l’extension de chaîne, car leur dilution dans l’eau permet d’augmenter...
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Procédés verts
BIBLIOGRAPHIE
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(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).
-
(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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