Preparation of polyurethane foams from hydroxytelechelic oligoisoprenes obtained by controlled degradation of natural rubber : study of their physico-mechanical, thermal, and acoustic properties

par Anuwat Saetung

Thèse de doctorat en Chimie et physicochimie des polymères

Soutenue en 2009

à Le Mans en cotutelle avec Prince of Songkla University, Pattani, Thailand .

  • Titre traduit

    Préparation de mousses de polyuréthane à partir d'oligoisoprènes hydroxytéléchéliques obtenus par dégradation contrôlée du caoutchouc naturel : étude de leurs propriétés physico-mécaniques, thermiques et acoustiques


  • Résumé

    Les mousses de polyuréthane constituent les matériaux polyuréthane les plus largement étudiés et utilisés pour de nombreuses applications telles que l'ameublement, l'automobile, l'isolation thermique et phonique. Les composés hydroxylés couramment utilisés pour la production des mousses de polyuréthane sont des produits issus de la pétrochimie (polyols à base de polyesters ou de polyéthers). Ces produits ont le désavantage d'être issus de sources non renouvelables pouvant provoquer des pollutions de l'environnement et risquant de se tarir à court terme. Le caoutchouc naturel constitue un matériau de base pour la synthèse des polyuréthanes particulièrement intéressant en tant que matériau issu d'une source renouvelable abondante, avec des propriétés mécaniques intéressantes et une structure chimique facilement modifiable. Dans ce travail, un nouveau caoutchouc naturel hydroxytéléchélique (HTNR) de fonctionnalité 2 a été obtenu par l'intermédiaire de réactions contrôlées d'époxydation et de clivage du caoutchouc naturel, suivies d'une réduction sélective des oligoisoprènes carbonyltéléchéliques obtenus. Ces HTNR de différentes masses molaires (1000-3400 g mol-1), ont été obtenus de façon reproductible et avec des rendements élevés. Des modifications chimiques de ces HTNR ont été effectuées par époxydation (10-35% EHTNR), hydrogénation et réactions d'ouverture des oxiranes. Les différentes microstructures de ces oligomères ont été caractérisées par FT-IR, RMN, SEC et MALDI-TOF MS. Leurs propriétés thermiques ont été déterminées par TGA et DSC. Des mousses de polyuréthane ont été préparée à partir d'HTNR et d'EHTNR de différentes masses molaires et de différents taux d'époxydation en une étape. Les structures chimiques, les caractéristiques physiques des mousses, leurs propriétés mécaniques, thermiques et acoustiques ont été déterminées et comparée à celles des mousses de polyuréthane analogues synthétisées à partir de polyols commerciaux. Les mousses de polyur‚thane à base d'HTNR ont une structure de cellules ouvertes de dimensions 0,38 à 0,47 mm. Les propriétés mécaniques varient selon les masses molaires des oligomères hydroxytéléchéliques : les mousses de polyuréthane issues d'HTNR1000 présentent des forces d'élongation et de compression supérieures à celles de leurs homologues commerciaux, mais l'élongation à la rupture est plus faible. Les mousses à base d'HTNR3400 présentent les meilleures propriétés élastiques. Pour la série des mousses à base d'EHTNR, les forces d'élongation et de compression augmentent avec l'augmentation des taux d'époxydation. Les mêmes résultats sont observés avec des quantités croissantes de butane-1,4-diol. Pour ce qui concerne les propriétés thermiques, les mousses de polyuréthane à base d'HTNR présentent une meilleure flexibilité à basse température que leurs homologues à base de polyols commerciaux. De plus, elles présentent d'excellentes propriétés d'absorption acoustique.


  • Résumé

    Polyurethane foam (PUF) is the largest of polyurethane materials widely studied and used in many applications such as furniture, automobile, insulation, acoustic absorber. Hydroxyl compounds currently used in the production of PUF are petrochemical products (polyester and polyether polyols). However, they have some disadvantages as they are non-renewable resources, they may cause environmental pollution, and they tend to be exhausted in the near future. Natural rubber (NR) is an interesting choice to use as a starting material in PUF synthesis, due to the fact that they are renewable source, abundant polymer and they have good mechanical properties and are easy to chemically modify. In this work, a new hydroxytelechelic natural rubber (HTNR) having a hydroxyl functionality of 2 was successfully performed via controlled epoxidation and cleavage of natural rubber, following by a selective reduction reaction of the obtained carbonyltelechelic oligoisoprenes. These HTNR with different molecula r weights (1000-3400 g mol-1) were reproducible obtained with high yields. Chemical modifications on HTNR were performed by epoxidation (10-35%, EHTNR), hydrogenation and oxirane opening reactions. The different microstructures of these oligomers were evidenced by the characterization techniques FT-IR, NMR, SEC and MALDI-TOF MS. Their thermal properties were also investigated by TGA and DSC. Polyurethane foams were successfully prepared from a renewable source, HTNR with different molecular weights and EHTNR having a variation of epoxide content, by one shot technique. The chemical structure and cell structure as well as physico-mechanical, thermal and acoustic properties were characterized to compare with commercial polyol analogues. It was investigated that the obtained HTNR based foams are open cell structures and have cell dimensions between 0. 38 and 0. 47 mm. Concerning, physico-mechanical properties, HTNR1000 based foam exhibits higher tensile and compressive strengths than commercial polyol analogue, but the elongation at break is lower. However, HTNR3400 based foam shows the best for elastic properties. In series of EHTNR based foams, the tensile and compressive strengths give a trendy increasing with increasing the epoxide content. Same results were observed with increasing amount of 1,4-butanediol. For thermal properties, HTNR based foams show better low temperature flexibility than that based on commercial polyol. Moreover, HTNR based polyurethane foams give an excellent acoustic absorber.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XXVIII-191 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 162-178

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  • Bibliothèque : Université du Maine. Service commun de documentation. Section Sciences.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 2009LEMA1006
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