Properties of PU foams made from recycled polyols : influence of the initial PU foam index (en ce compris une introduction à la méthodologie de la recherche)

Abstract

Polyurethane (PUR) is one of the most used polymer in the world, and the fifth most used in Europe. Thanks to its amazing properties, it has many applications, such as foams, coating, adhesives sealants or elastomers. Particularly, its outstanding insulation properties makes polyurethane foam a material of choice for thermal insulation. However, the always increasing demand for PUR combined with the tougher Europeans standard for pollution raised the issue of polyurethane recycling.

The polyurethane foam can be formed by mixing a polyol with an isocyanate, among other additives such as flame retardant and blowing agent at moderate temperature. In the process, polyisocyanurate (PIR) is also formed at the center of the foam. This creates a mixed foam of PUR and PIR. In this study, the foam is recycled by glycolysis. A recycled polyol is then obtained. This recycled polyol can then be mixed with a virgin polyol (30%/70%), and used to produce a recycled foam.

The objective of this study was to determine the impact of the index of the original foam on the properties of the recycled polyol and recycled foam. The index represents the ratio between the amount of isocyanate functions and the amount of OH functions . The recycled foams are all produced with the same index, using recycled polyols that comes from the original foams that possessed different indexes.

Multiple tests were carried out. The viscosity, water content, OH values, acid values and methylene diphenyl amine (MDA) content of the recycled polyols were determined. The reactivity times, composition, density, compression modulus, dimensional stability, reaction to fire and thermal conductivity of the recycled foam were determined. It was found out than increasing the index of the original foam leads to a great increase in the water content, viscosity and MDA content of the recycled polyol. This is particularly interesting since the MDA is a carcinogenic molecules and its content must be limited.

It was also found out that the index of the original foam has almost no impact on the properties of the recycled foam, except for the density and the reactivity times of the foam. This means that the index of the original foam does not impact the quality of the recycled foam. However, there is also a problem because the difference in reactivity times means that recycled foams produced industrially cannot come from original foams with different indexes, meaning that waste foams must be sorted by indexes before recycling them.

Le polyuréthane (PUR) est l’un des polymères les plus utilisés au monde et le cinquième le plus utilisé en Europe. Grâce à ses propriétés remarquables, il possède de nombreuses applications, telles que les mousses, les revêtements, les adhésifs, les mastics ou encore les élastomères. En particulier, ses excellentes propriétés d’isolation font de la mousse de polyuréthane un matériau de choix pour l’isolation thermique. Cependant, la demande toujours croissante en PUR, combinée au durcissement des normes européennes en matière de pollution, a soulevé la question du recyclage de ce matériau.

La mousse de polyuréthane peut être obtenue par mélange d’un polyol avec un isocyanate, ainsi que d’autres additifs tels que des retardateurs de flamme et des agents d’expansion, à température modérée. Au cours du processus, du polyisocyanurate (PIR) se forme également au cœur de la mousse. Cela conduit à une mousse mixte composée de PUR et de PIR. Dans cette étude, la mousse est recyclée par glycolyse. Un polyol recyclé est ensuite obtenu. Ce polyol recyclé peut être mélangé à un polyol vierge (30%/70%) et utilisé pour produire une mousse recyclée.

L’objectif de cette étude était de déterminer l’impact de l’index de la mousse d’origine sur les propriétés du polyol recyclé et de la mousse recyclée. L’index représente le rapport entre la quantité de fonctions isocyanate et la quantité de fonctions hydroxyle. Les mousses recyclées sont toutes produites avec le même indice, en utilisant des polyols recyclés provenant de mousses d’origine possédant des indices différents.

De nombreux essais ont été réalisés. La viscosité, la teneur en eau, la valeur OH, la valeur d’acide et la teneur en méthylènediphénylamine (MDA) des polyols recyclés ont été déterminés. Les temps de réactivité, la composition, la densité, le module de compression, la stabilité dimensionnelle, la réaction au feu et la conductivité thermique des mousses recyclées ont également été étudiés. Il a été observé qu’une augmentation de l’index de la mousse initiale entraîne une forte augmentation de la teneur en eau, de la viscosité et de la teneur en MDA du polyol recyclé. Ceci est particulièrement important car le MDA est une molécule cancérigène dont la concentration doit être limitée.

Il a également été constaté que l’index de la mousse d’origine a très peu d’impact sur les propriétés de la mousse recyclée, à l’exception de la densité et des temps de réactivité. Cela signifie que l’index de la mousse d’origine n’influence pas la qualité de la mousse recyclée. Cependant, cela pose également un problème, car la différence de réactivité implique que les mousses recyclées produites industriellement ne peuvent pas provenir de mousses initiales ayant des indices différents, ce qui signifie que les déchets de mousse doivent être triés par indice avant leur recyclage.