Production durable de polyuréthane sans isocyanate toxique
Des chercheurs remplacent un produit chimique toxique par un dicarbamate inoffensif et utilisent le CO2 comme matière première pour la production de plastique durable
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Les polyuréthanes (PUR) sont présents dans de nombreux produits, tels que les meubles rembourrés, les mousses ou les matériaux d'isolation, les revêtements de sol, les peintures et même les tubes de cathéters médicaux. La production de ces plastiques très demandés repose toutefois sur l'utilisation d'isocyanate toxique. Les chercheurs du Fraunhofer ont maintenant mis au point un processus de production alternatif utilisant le dicarbamate inoffensif.
Les composés chimiques tels que l'isocyanate sont toxiques et déclenchent des allergies ou de l'asthme. Ils restent cependant indispensables à l'industrie chimique. Ils sont notamment nécessaires à la production de PUR. Ces plastiques sont très polyvalents et sont donc utilisés dans de nombreux produits. Bien que le produit final ne contienne plus d'isocyanates, des précautions de sécurité spéciales sont nécessaires pendant la fabrication pour les tenir à l'écart des êtres humains et éviter les risques pour la santé.
Pour la première fois, des chercheurs du Fraunhofer ont réussi à produire des polyuréthanes sans utiliser d'isocyanates dans le cadre du projet CO2NIPU (polyuréthane sans isocyanate, NIPU).
Le dicarbamate comme substitut de l'isocyanate
Pour y parvenir, le chef de projet Christoph Herfurth de l'Institut Fraunhofer de recherche appliquée sur les polymères IAP et son équipe ont remplacé l'isocyanate par un dicarbamate inoffensif. Ce procédé innovant facilite et sécurise la production de matières plastiques. Les employés n'ont plus besoin de suivre une formation spéciale pour se protéger de la substance toxique. Autre avantage : le procédé permet de réduire les émissions de gaz à effet de serre. En effet, les chercheurs utilisent du dioxyde de carbone pour produire le dicarbamate. Ils développent également des méthodes de recyclage pour les matériaux PUR utilisés.
Outre le Fraunhofer IAP, les participants au projet CO2NIPU étaient l'Institut Fraunhofer pour les technologies chimiques ICT, l'Institut Fraunhofer pour les technologies de fabrication et les matériaux avancés IFAM et l'Institut Fraunhofer pour les technologies de l'environnement, de la sécurité et de l'énergie UMSICHT. M. Herfurth souligne les avantages de ce projet innovant : "Les structures moléculaires des polyuréthanes fabriqués à partir de dicarbamates sont identiques à celles des polyuréthanes conventionnels fabriqués à partir d'isocyanates. Cela signifie que l'on peut s'appuyer sur l'expertise existante pour obtenir les propriétés des matériaux requises pour le produit final ou l'application."
Système modulaire pour les propriétés des matériaux
Les chercheurs ont poursuivi le développement du processus en vue d'une faisabilité industrielle. Différents produits chimiques sont mélangés dans des proportions spécifiques pour obtenir les propriétés souhaitées. Les "allongeurs de chaîne" contribuent à la réticulation des groupes moléculaires et garantissent des propriétés élastiques ou adhésives. Les diols de polymère servent à assouplir le plastique, tandis que le dicarbamate, qui remplace l'isocyanate, déclenche le processus chimique. Après avoir été mélangés, ces produits chimiques sont fondus et brassés à des températures comprises entre 180 et 190 degrés Celsius. Après refroidissement, les experts testent les caractéristiques telles que la résistance à la traction et l'élasticité.
Les isocyanates sont très réactifs, c'est pourquoi les polyuréthanes se forment souvent en quelques minutes seulement. Bien que l'utilisation de dicarbamates moins réactifs prolonge le même processus jusqu'à six à huit heures, cela le rend beaucoup plus facile à contrôler et à réguler. Cela permet de réduire les rebuts et les fluctuations de qualité dans la production.
Économie circulaire pour l'industrie plastique
Les dicarbamates sont produits à l'aide d'un procédé à haute pression chez le partenaire du projet, Fraunhofer UMSICHT. Le méthanol et leCO2 réagissent avec des diamines à une pression de 50 bars pour synthétiser des dicarbamates. Le Fraunhofer ICT développe des processus de recyclage pour les polyuréthanes usagés, par exemple à partir de vieux matériaux en mousse, qui sont ensuite retraités pour produire de nouveaux produits en PUR. "Nous contribuons ainsi à l'objectif d'une économie circulaire durable sans émissions de gaz à effet de serre", résume M. Herfurth.
Dans une première application, les chercheurs du Fraunhofer ont pour objectif de fabriquer des tubes de cathéters biocompatibles pour des applications médicales. Le Fraunhofer IFAM utilise le système modulaire variable pour développer des adhésifs qui permettent de coller les canules au tube.
La technologie de production de polyuréthanes sans isocyanate fonctionne désormais également en dehors du laboratoire. "Nous sommes désormais en mesure de produire plusieurs kilogrammes de NIPU dans notre usine pilote. Dans une prochaine étape, il sera possible de produire plusieurs centaines de kilogrammes de NIPU dans l'usine pilote du Centre Fraunhofer pour la synthèse et le traitement des polymères PAZ à Schkopau", explique M. Herfurth.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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