La production rapide de mousses de polyuréthane sans isocyanates et biobasées à température ambiante est une réalité !

Une équipe de chercheurs du Centre d‘Etude et de Recherche sur les Macromolécules (CERM) de l’Université de Liège vient de développer un nouveau procédé innovant dans la production de mousses polyuréthane (PU) sans isocyanates, recyclables et biobasées grâce à une technologie de moussage rapide à partir de formulations à température ambiante. Cette innovation offre une alternative de pointe au procédé traditionnel basé sur des isocyanates toxiques. Cette étude fait non seulement l’objet d’une publication dans la revue Journal of the American Chemical Society (1) mais également d'un dépôt de brevet. 

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roduites depuis des décennies par la chimie des isocyanates - des substances hautement toxiques - soumise à des restrictions à l’utilisation de plus en plus strictes, les mousses polyuréthane (PU) restent des matériaux incontournables de notre quotidien. En effet, les mousses PU rigides contribuent à une réduction drastique de nos besoins énergétiques dans nos bâtiments en tant que matériaux d’isolation des sols, des murs et des toitures, mais elles sont aussi utilisées dans l'isolation des portes de réfrigérateurs. Dans leurs versions souples, ces mousses sont principalement utilisées pour des applications de confort dans les matelas, les rembourrages de divans, les sièges de voitures, les semelles de chaussures de sport, mais également pour l’isolation acoustique ou encore dans des matériaux de protection aux chocs. 

Bien que des filières de recyclage des PU se développent timidement, la gestion de la fin de vie des mousses PU reste problématique. Par ailleurs, de nombreux clients du secteur des mousses sont à la recherche de produits non issus des isocyanates et idéalement biosourcés. Des alternatives de production de ces mousses sans recourir aux isocyanates, les rendant plus respectueuses de l’environnement, qui valorisent des ressources disponibles localement tout en conduisant à des produits à recyclage facilité sont de plus en plus recherchées. Modifier le processus de production de ces mousses représente un fameux défi afin qu’il s’adapte aux infrastructures de moussage industrielles actuelles.  

« En 2022, nous avons introduit le premier procédé de fabrication de mousses de polyuréthane exemptes d’isocyanates (NIPU) recyclables utilisant l’eau pour produire l’agent moussant (CO2), le système le plus simple et économique jamais imaginé! , explique Christophe Detrembleur, Directeur de recherches F.R.S.-FNRS au Centre d‘Etude et de Recherche sur les Macromolécules (CERM) au sein de l’unité de recherche CESAM en Faculté des Sciences. Cette technologie mime le moussage des PU conventionnels mais sans recourir aux isocyanates toxiques. Elle se base sur l’utilisation d’eau et d’un catalyseur ajouté à la formulation composée de carbonates cycliques et d’amines. Une partie des carbonates cycliques est transformée en gaz (CO₂) qui gonfle la matrice, et l’autre partie contribue à sa formation et son durcissement.» (2) Le moussage nécessitant un chauffage plus ou moins long, ce procédé novateur se prête très bien pour la fabrication de mousses NIPU dans des moules chauffés, donc pour des mousses de forme complexe (sièges de voiture, semelles de chaussures, etc). Cependant, elle se prête difficilement au moussage rapide à température ambiante demandé par de nombreux producteurs de mousses. 

« Dans un nouveau projet de recherche, qui vient fait l'objet d'un dépôt de brevet, nous démontrons comment ce procédé peut produire des mousses NIPU à partir de formulations à température ambiante en des temps records, toujours en utilisant l’eau pour générer l’agent moussant », reprend Maxime Bourguignon, chercheur au CERM. « L’idée est de créer des réactions en cascade qui génèrent spontanément et très rapidement de la chaleur, permettant ainsi d’accélérer la fabrication de la matrice NIPU et son moussage en mimant le procédé traditionnel basé sur les isocyanates. La quasi-totalité des applications des mousses PU, aussi bien rigides que flexibles, peut dès lors être envisagée par cette technologie, sans nécessiter l’utilisation d’une source de chaleur externe pour leur fabrication. Par ailleurs, des mousses à haut contenu en produits biosourcés, de 70 à 90%, sont aisément produites en moins de deux minutes », poursuit Maxime Bourguignon. 

Cette technologie innovante est simple, modulaire, robuste et très facile à mettre en œuvre. « Il reste maintenant à convaincre les producteurs de mousses PU, très conservateurs, de l’exploiter pour la production de la nouvelle génération de matériaux moussés répondant aux nouvelles exigences législatives, aux besoins sociaux et à nos impératifs de durabilité », conclu Christophe Detrembleur. 

Les recherches menées par Christophe Detrembleur sont soutenues par le WEL Research Institute duquel il a reçu un WEL-T Advanced Grant pour son projet intitulé «Exothermes en cascade pour stimuler l'auto-moussage de formulations de polyuréthanes sans isocyanate à température ambiante» qui souhaite développer ces stratégies innovantes de production de mousses PU plus durables. 

Références scientifiques  

1. Maxime Bourguignon, Bruno Grignard, Christophe Detrembleur, Cascade exotherms for rapidly producing hybrid nonisocyanate polyurethane foams from room temperature formulations, Journal of the American Chemical Society, 29 December 2023.https://doi.org/10.1021/jacs.3c11637 
2. Maxime Bourguignon, Bruno Grignard, Christophe Detrembleur, Water-Induced Self-Blown Non-Isocyanate Polyurethane Foams, Angewandte Chemie International Edition, 24 October 2022. https://doi.org/10.1002/anie.202213422

Contacts 

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Christophe Detrembleur

Bruno Grignard