Exploring Key Parameters for Room Temperature Non-Isocyanate Polyurethane Foam Production

Abstract

De nos jours, les polyisocyanates sont omniprésents dans le processus de fabrication des mousses polyuréthanes (PU). Cependant, ces isocyanates sont évalués par les autorités en raison de leur toxicité. Remplacer ce réactif représente un challenge, et de nombreuses études ont conduit au développement de voies de synthèse de polyuréthane sans isocyanate (NIPU). Aujourd'hui, des mousses de polyuréthane sans isocyanate peuvent être obtenues en combinant à la fois l'aminolyse et l'hydrolyse ou la S-alkylation de carbonates cycliques issus du CO2. Malgré des progrès prometteurs, l'une des dernières pierres d'achoppement reste les conditions de moussage (30 min à 100°C) qui sont loin des conditions de moussage des PU traditionnels (15 min à température ambiante). Dans ce travail, nous avons développé une amélioration des voies de synthèse existantes (basées sur le moussage induit par l'eau ou les thiols aromatiques) en générant la chaleur in situ via une réaction exothermique par l'ajout d'époxydes. Nous avons ensuite étudié les paramètres clés de cette exothermie en faisant varier les conditions de réaction et en modulant les propriétés des mousses. Cette méthode efficace et simple à température ambiante permet de concurrencer industriellement la synthèse traditionnelle d'isocyanate-PU ouvrant ainsi de nouvelles opportunités dans l'industrialisation des mousses NIPU.

Nowadays, polyisocyanates are ubiquitous in the polyurethane (PU) foam manufacturing process. However, these isocyanates are evaluated by authorities due to their toxicity. Replacing this reagent represents a challenge, and numerous studies have led to the development of isocyanate-free polyurethane (NIPU) synthesis routes. Nowadays non isocyanate polyurethane foams can be obtained by combining both the aminolysis and hydrolysis or S-alkylation of CO2-sourced cyclic carbonate Despite promising progress, one of the final stumbling blocks remains in the foaming condition (30 min at 100°C) that are far from the foaming condition of traditional PU (15 min at room temperature). In this work, we developed an improvement on existing synthesis routes (based on water- or aromatic thiol-induced foaming) by generating the heat in situ via an exothermic reaction through the addition of epoxides. We then studied the key parameters of this exotherm by varying the reaction conditions and modulating the properties of the foams. This efficient and simple room-temperature method makes it possible to compete industrially with traditional isocyanate-PU synthesis opening new opportunities in NIPU foaming industrialization.