Synthèse de Dispersions Aqueuses et de Polyuréthane acrylate ionomères
par Maribel Pineda Herrera
Thèse de doctorat en Matériaux polymères et composites
Sous la direction de Jean-Pierre Pascault.
Soutenue en 2006
à Lyon, INSA .
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Résumé
Dans ce travail, nous décrivons le procédé de synthèse de dispersions aqueuses de polyuréthane et polyuréthane-acrylate sans solvant, avec des tailes de particules faibles et des masses molaires élevées. L'effet du mode de dispersion (agitation à l'aide de différents types d'agitateurs), du polyester polyol de départ (polycaprolactone de masse molaire élevé) et du procédé de synthèse ont été étudiés. Par la suite plusieurs dispersions ont été obtenues en utilisant le même procédé de synthèse, la différnece se trouvant dans l'étape finale où nous utilisons quatre types d'agent de terminaison réagissant avec les extrémités isocyanate pour obtenir nos différents produits (méthanol, glycidol, hydroxyéthyl acrylate, éthanediol), puis des films de 1,5 à 0,3 mm d'épaisseur ont été préparés par simple évaporation de l'eau. Les premiers matériaux présentaient néanmoins une faible tenue mécanique à haute température. Pour améliorer ces propriétés mécaniques, nous avons choisi quatre méthodes de post-réticulation. Tout d'abord avec un polyuréthane monocomposant : (1) photopolymérisation et (2) traitement thermique. Ensuite nous avons introduit un second composant : (3) réticulation avec un trimère de l'hexaméthylène diisocyanate et (4) réticulation avec des dérivés amine. Les résultats nous révèlent que pour pouvoir effectuer la formation de la dispersion aqueuse de polyuréthane dans les meilleures conditions, il faut bien sélctionner le type de polyester utilisé, la masse molaire et surtout la distribution des masses molaires afin d'obtenir des dispersions aqueuses de polyuréthane de taille de particule de ~0. 20 µm, avec une très bonne stabilité dans le temps (+ 6 mois). Cette étude a permis de proposer un procédé de synthèse des dispersions aqueuses de polyuréthane reproductible et à la post-réticulation de nos matériaux nous a permis d'améliorer la tenue thermomécanique au dessus de 80 °C. Une étude plus approfondie de cette étape serait nécessaire pour optimiser les formulations
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Titre traduit
= Preparation, characterization, mechanical properties and post-crosslinking of new Waterborne Polyurethane-Urea Anionomers and Polyurethane-Urea Acrylate
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Résumé
In this work, we describe the preparation of solvent-free waterborne polyurethane or polyurethane-acrylate particles with low diameters and high molar weight. The characteristics of the intermediate prepolymers and final polymers were studied as a function of processing parameters (the effects of the stirring type and of the polycaprolactone molar mass, etc). Four different dispersions were obtained using exactly the same procedure but replacing the final step; where we decided to use either methanol, glycidol, 2-hydroxyethyl acrylate or ethylene glycol for the capping of NCO-terminated PU. Then thick films have been prepared (1,5 to 0,3 mm) by slow water evaporation at room temperature. The first materials were not had bad mechanical properties at high temperature. To improve the film’s mechanical properties we used four methods of post-crosslinking for the polyurethane materials. The first two with one-component polyurethanes: (1) photopolymerisation and (2) thermal treatment. Finally for the next two methods we introduced a second component: (3) crosslinking with a trimer of hexamethylene diisocyanate and (4) crosslinking with amine derivatives. A reproducible process was designed for the preparation of stable aqueous dispersions of isocyanate-terminated polyurethane macromolecules with versatile post-curing modes. The key to obtain this system is the selection of an adequate molar mass and a perfect control of the other parameters. Thick films with very good mechanical properties and thermal resistance were obtained with two-component polyurethane aqueous dispersions. A deeper survey at this stage would still be necessary to optimize formulations.
