Développement de formulations polyuréthanes thermoplastiques bio-sourcées adaptées au rotomoulage/rotomoussage réactif

par Baralu-Jagannatha Rashmi

Thèse de doctorat en Molécules et Matière Condensée

Sous la direction de Marie-France Lacrampe.


  • Résumé

    Ce travail porte sur le développement de formulations polyuréthane thermoplastiques (TPUs) bio-sourcées adaptées au procédé de rotomoulage réactif (RRM). Différents pétro-basés TPUs ont été testés, utilisant un polyéthylène glycol, un hexaméthylène diisocyanate, un 1,4 butanediol et un catalyseur, de façon à caler les conditions opératoires. L’effet de la masse molaire du macrodiol, du rapport macrodiol/allongeur de chaînes et de la concentration en catalyseur sur les propriétés physico-chimiques des TPUs a été analysé. Des formulations partiellement bio-sourcées par substitution du macrodiol par un dérivé d’huile végétale ont été évaluées, sans résultat positif permettant le transfert au procédé de rotomoulage. Ensuite, des formulations massives et cellulaires ont été développées, utilisant un allongeur de chaînes bio-sourcé et des diisocyanates aliphatiques et aromatiques. Leurs cinétiques de polymérisation, morphologies et propriétés mécaniques ont été évaluées. L’effet du rapport segments rigides/segments souples (SH/SS) et de la concentration en catalyseur a été systématiquement étudié. Des TPU cellulaires ont été préparés, utilisant de l’eau comme agent d’expansion. L’effet du rapport SH/SR, de la concentration en agent d’expansion et en surfactant sur la cinétique de moussage, les propriétés physico-chimiques, morphologiques et mécaniques a été analysé. L’augmentation des module et résistance en compression avec le taux de segments rigides a été attribuée à l’amélioration de l’organisation de des domaines rigides et à l’augmentation induite de la température de transition vitreuse. Ces formulations bio-sourcées sont adaptées au rotomoussage réactif.

  • Titre traduit

    Development of bio-based thermoplastic polyurethane formulations suitable for reactive rotational molding and foaming


  • Résumé

    This work focuses on development of bio-based thermoplastic polyurethanes (TPUs) for reactive rotational molding (RRM). Various petrochemical TPUs were tested, based on polyethylene glycol, hexamethylene diisocyanate, 1,4-butanediol and a catalyst, in order to align the preparatory conditions, The effect of macrodiol molecular weight, macrodiol/chain extender ratio and catalyst concentration on the physico-chemical properties of TPUs was studied. Bio-based segmented PUs obtained by partially replacing the macrodiol with a rapeseed oil derivative was investigated, without positive results justifying a possible transfer to RRM. Further, solid and cellular TPU formulations were developed using a bio-based chain extender, and aliphatic or aromatic diisocyanates. These new formulations were characterized from the viewpoint of polymerization kinetics, physico-chemical, mechanical and morphological properties. Solid TPUs with different soft to hard segment ratios (SS/HS) were synthesized by varying the macrodiol/chain extender ratio and the influence of SS/HS ratio and catalyst concentration were methodically investigated. TPU foams were prepared by using water as a blowing agent. The effect of SS/HS ratio, as well as blowing agent and surfactant concentrations on the foaming kinetics, physico-chemical, mechanical and morphological properties of foams were investigated. The improved compression strength and modulus of the TPU foams with increased HS content were ascribed to an improved HS domain ordering, and an increase in glass-transition temperature. These TPU formulations are supposed to be suitable for RRM.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (201 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 181-196. 182 réf.

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