Polyuréthane : quel avenir pour le matériau roi de l’isolation ?

Depuis sa première synthèse en 1937 par le Docteur Otto BAYER, le polyuréthane (PU) n’a cessé de se développer. 80 ans plus tard, il représente l’un des polymères les plus produits au monde. Ses propriétés d’isolation thermique et acoustique, mais aussi de résistance mécanique, de résistance à l’humidité, d’adhérence ou encore de flottaison en font un matériau aux applications nombreuses et variées.

Figure 1 : Répartition de la consommation française en Polyuréthane en 2011 selon l’ADEME .

Toutefois, sa synthèse implique l’utilisation de composés toxiques (Figure 2), en particulier les isocyanates. Ce sont des substances chimiques dont les vapeurs doivent être évitées. Bien que ces composés réagissent lors de la synthèse du polyuréthane en perdant leur caractère toxique, des traces d’isocyanates peuvent subsister. C’est pourquoi aujourd’hui de nombreuses études sont en cours. Leur objectif est de rechercher des nouvelles voies de synthèse du polyuréthane « isocyanate free » non toxiques pour l’Homme et l’environnement.

Figure 2 : Voie de synthèse classique d’un polyuréthane.

Les synthèses alternatives de polyuréthanes sans isocyanates

Des voies de synthèse de nouveaux polyuréthanes sans isocyanate et en intégrant des synthons biosourcés sont envisagées par le laboratoire ICPEES¹. Le but étant de développer des matériaux innovants pour des applications dans le domaine de l’industrie automobile et du bâtiment. Divers synthons et différentes stratégies ont été retenus afin d’obtenir de nouvelles architectures (macro)moléculaires et conférer aux matériaux finaux les propriétés physico-chimiques recherchées. Cette approche a notamment permis de synthétiser des matériaux pouvant être entièrement biosourcés. Mais aussi de comparer leurs propriétés à celles des polyuréthanes conventionnels. Les performances de certains des matériaux thermodurcissables ainsi obtenus ont confirmé l’intérêt de cette stratégie pour les applications visées.

Par ailleurs, une autre voie exploratoire ne faisant intervenir aucun réactif classique de synthèse de PU est également à l’étude à l’institut ICGM². Cette nouvelle technique consiste à combiner un carbonate cyclique et une amine pour synthétiser des matériaux polyhydroxyuréthanes (PHU).

Figure 3 : Synthèse alternative d’hydroxyuréthane sans isocyanate.

Une étude approfondie par des analyses spectrométriques et thermiques a été menée sur des réactions modèles entre des mono-carbonates cycliques et des mono-amines. Elle a ainsi permis de mettre en évidence les paramètres influençant la réactivité ainsi que les limitations de cette technologie.

Une nouvelle approche de formulation de matériaux est aussi à l’étude à partir de pré-polymères amino-téléchéliques contenant des groupements hydroxyuréthanes et des extendeurs de chaîne biosourcés. Celle-ci a pour but de pallier la limitation de la synthèse des PHU.

Des voies d’optimisation annexes

D’autres pistes sont également évoquées ces dernières années afin de réduire l’impact environnemental de la synthèse d’isocyanates. En particulier, la substitution des polyols dérivés de produits pétroliers, donc dérivés de ressources dites « fossiles », devient une cause importante. Les récentes recherches se sont attardées à exploiter des huiles issues du végétal, non toxiques et biodégradables, pour la synthèse de nouveaux polyols. Le procédé consiste à transformer des acides gras en triglycérides qui sont ensuite transformés par une réaction chimique (ozonolyse, époxydation ou simple oxydation) en polyols.

Enfin, les problématiques de recyclabilité des polyuréthanes sont aujourd’hui étudiées. En témoigne le récent rapport de l’ADEME. Celui-ci fait l’état des lieux des techniques de recyclage à l’étude et leurs stades de maturité technologique et économique. Il en résulte que le procédé mécanique par agglomération ou broyage/pulvérisation est aujourd’hui le plus mature. Toutefois, de nouvelles technologies pourraient voir le jour ces prochaines années. Par exemple, la pression adhésive, le moulage par compression ou encore la glycolyse. En 2017, la société Recticel Insulation a notamment lancé une solution acoustique à base de flocons de polyuréthane recyclés 100% made in France.

Après des années d’utilisation et de production intensive dans le milieu de l’isolation, sans se préoccuper des problématiques environnementales, l’industrie du polyuréthane se met au pas de la prise de conscience générale. Elle multiplie ainsi les nouvelles études, qu’elles soient au niveau académique ou industriel. Dans ce cadre, de nouvelles solutions sont proposées pour réduire au maximum la toxicité et l’impact environnemental du polyuréthane, tant au niveau de sa synthèse que pour sa fin de vie.

Références bibliographiques

1. « Panorama du marché du polyuréthane et état de l’art de ses techniques de recyclage », ADEME, Février 2014.
2. Camille CARRE, « Synthèse et caractérisation de nouveaux matériaux polyuréthanes respectueux de l’environnement et de la santé », Thèse soutenue le 12 mars 2015 à Strasbourg.
3. Adrien CORNILLE, « Substitution des Isocyanates dans les Polyuréthanes pour l’Elaboration de Matériaux Adhésifs et Expansés », Thèse soutenue le 24 novembre 2016 à Montpellier.
4. Zieleniewskaa, M .K. Leszczynski, M. Kuranskac, A. Prociakc, L. Szczepkowski, M. Krzyzowskae, J. Ryszkowskaa, « Preparation and characterisation of rigid polyurethane foams using a rapeseed oil-based polyol », Industrial Crops and Products, 2015, 74, 887–897.

¹ Institut de chimie et procédés pour l’énergie, l’environnement et la santé de Strasbourg

² Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux Charles Gerhardt de Montpellier

Par Thomas Martinez, Consultant en Financement de l’Innovation ACIES | ABGI