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Auteur(s)
-
Daniel WYART : Ancien directeur Marketing - BASF Coatings SAS
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Le polystyrène expansé (PSE) est un matériau alvéolaire rigide, peu dense, dont les principales utilisations sont l'isolation thermique des bâtiments et l'emballage des produits industriels ou alimentaires.
Il existe deux types de polystyrène expansé :
-
le polystyrène expansé moulé (PSE-M) ;
-
le polystyrène expansé extrudé (PSE-E) ou XPS (Extruded polystyrene foam).
Le PSE-M est obtenu à partir d'un polystyrène cristal auquel on a ajouté en cours de polymérisation, un agent d'expansion (le pentane, C5H12).
Le PSE-E est quant à lui obtenu lors de l'extrusion par injection sous pression d'un gaz d'expansion (le pentane) dans le polymère cristal fondu.
Les propriétés les plus remarquables du polystyrène expansé sont :
-
sa faible masse volumique ;
-
son pouvoir isolant thermique ;
-
ses excellentes propriétés mécaniques (résistance en compression, capacité d'amortissement des chocs) ;
-
son insensibilité à l'eau ;
-
sa facilité de mise en forme (moulage, découpage) ;
-
sa recyclabilité.
Enfin, la production de styrène à grande échelle et la facilité de polymérisation de ce monomère conduisent à un compromis propriétés/prix particulièrement intéressant pour les deux marchés principaux du polystyrène expansé.
La découverte du polystyrène remonte à 1839, mais son exploitation industrielle date de 1933, en Allemagne et aux USA. Le premier procédé utilisé (suspension aqueuse) fonctionnait en discontinu.
Dès les années 1940, apparaissent des procédés de polymérisation dite « en masse » continu et en discontinu. Le procédé « masse en continu » triomphe dans les années 1960, grâce aux progrès technologiques permettant d'évacuer la chaleur produite par la polymérisation (∼ 710 kJ/kg).
Le polystyrène expansé a été inventé en 1944 par Ray Mc Intire (1919-1996) alors qu'il travaillait pour la Dow Chemical. Découvert par hasard, ce polystyrène fut commercialisé sous le nom de « Styrofoam ». Matériau rigide, de faible densité, il a d'abord été utilisé comme isolant thermique dans le bâtiment.
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Production du polystyrène expansé PSE-M à partir du polystyrène expansible
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1. Fabrication du polystyrène expansible en perles
1.1 Polymérisation
Le procédé de polymérisation en suspension dans l'eau est employé pour la polymérisation du PSE. Le styrène monomère (C8H8) (figure 1) est dispersé en fines gouttelettes dans l'eau.
Les initiateurs radicalaires de polymérisation sont essentiellement des peroxydes organiques (peroxyde de benzoyle) qui doivent être solubles dans le styrène monomère et insolubles dans l'eau. La taille des gouttelettes peut être ajustée par de nombreux paramètres comme l'addition d'un agent protecteur qui permet de stabiliser la suspension, comme les conditions de mélange, la forme du réacteur, etc. On peut éventuellement incorporer un système ignifugeant.
La réaction s'opère selon un procédé discontinu dans un réacteur muni d'un agitateur et équipé d'une double enveloppe permettant par chauffage ou par refroidissement, de réguler la température interne du réacteur. L'ensemble de la réaction est représenté sur la figure 2.
La réaction exothermique se développe suivant un programme de température défini et, lorsqu'un certain taux de conversion est atteint, l'agent d'expansion est introduit sous pression, généralement du pentane (C5H12 :
). Des mélanges de butane sont utilisés au Japon.
La durée de ces opérations est d'environ 10 h.
Ces opérations terminées, le mélange obtenu, constitué de billes sphériques de polystyrène expansible et d'eau, est refroidi et envoyé dans des cuves de stockage intermédiaire. Le diamètre de ces perles varie entre 0,2 mm et 3 mm. La formule du motif du PSE est donnée sur la figure 3.
La masse moléculaire relative des perles de polystyrène expansible (M r) est comprise entre 160 000 et 260 000. Ces perles contiennent de 3 à 8 % d'agent d'expansion.
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Fabrication du polystyrène expansible en perles
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - * - Technical Information 305. BASF – août 2006.
-
(2) - * - Technical Information 325. BASF – déc. 2005.
-
(3) - * - Technical Information 330. BASF – déc. 2005.
-
(4) - * - Technical Information 350. BASF – juil. 2006.
-
(5) - * - Technical Information 505. BASF – août 2006.
-
(6) - * - Technical Information 510. BASF – août 2006.
-
(7) - * - Technical Information 520. BASF – août 2006.
-
...
ANNEXES
HAUT DE PAGE
Syndicat National des Plastiques Alvéolaires – SNPA [email protected] http://www.snpa.fr
Promo PSE [email protected] http://www.promo-pse.com
ECO PSE [email protected] http://www.ecopse.fr
Association pour la certification des Matériaux Isolants – ACERMI [email protected] http://www.acermi.com
Union Européenne des fabricants de PSE – EUMEPS http://www.eumeps.org
European Extruded Polystyrene Insulation Board – EXIBA [email protected] http://www.exiba.org
Association...
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