Matériaux à liants polymériques : Chaines

Matériaux à liants
polymériques:
chaînes pontées
Courard Luc
Département ArGEnCo
Secteur GEMME – Matériaux de Construction, Université de Liège
B52 – Local -1/534
Tél. 04/366.93.50 – Courriél: [email protected]
Génie Minéral
Matériaux & Environnement
Classement des matériaux en fonction de leur
composition, leur microstructure ou leurs propriétés
Métaux: solides atomiques
(Tambiante)
Polymères
organiques:
matériaux
composés de
molécules
Céramiques: matériaux
inorganiques
Polymères et consommation
Consommation Européenne de polymères dans la construction
Application field
Type
Consumption
Textiles in architecture
Polyester/glass
PVC/polyester
Carbon/Kevlar
28 000 tons
100 000 tons
not significant
Impermeable membranes
PVC
PE (HD + LD)
EP, PU, UP resins
SBS, APP bitumen modif.
200 000 tons
250 000 tons
50 000 tons
88 000 tons
Road paintings
Liquid, hot melt, strips
280 000 tons
Tubing for optical fibres
PEHD
200 000 tons (2001)
600 000 tons (exp.
2010)
Tubes for sewers, gas, PVC, PE, PP, UP
water…
2 761 000 tons
Concrete modification
486 000 tons
Définitions
Polymère à chaînes pontées: réactions chimiques
irréversibles entre deux partenaires de réactions
souvent désignés comme "résine" et "durcisseur".
les deux partenaires de réactions se présentent souvent à
l'état liquide à température ambiante car ils sont, soit des
monomères, soit des prépolymères à bas poids
moléculaires.
ces matériaux possèdent au moins deux groupes
fonctionnels par molécule. Un des constituants est au
moins trifonctionnel.
A+B→C+D
Définitions
Définitions
Résines époxydes
Résines époxydes
Macromolécule
O
O
CH2
CH
O
C
O
R
C
O
CH2
O
O
CH2
CH
CH2
R = radical organique
CH
CH2
O
Résines époxydes
Préparation
Épichlorhydrine de glycol + alcool
1ère phase: formation d’un polymère linéaire
(polycondensation)
Résines époxydes
Préparation
2ème phase:
durcisseurs à froid (T >5°C) : amines
action des durcisseurs sur
groupes époxy (très réactionnel)
groupes –OH (adhésion)
Résines époxydes
action des durcisseurs amines sur les groupes époxy
R = radical amine
R1 = radical du
bisphénol
Résines époxydes
action des durcisseurs sur groupes –OH
Résines époxydes
Composants
Accélérateurs: pour ↑ vitesse ou travailler à température ↓
Diluants (solvants): ↓ viscosité → facilité d’emploi
Plastifiants: ↑ flexibilité → déformabilité
Charges (silice, quartz)
↓ exothermicité
↓ retrait
↓ prix
Résines époxydes
Caractéristiques
Variables = f(résine, charges)
Densité résine
Densité résine + charges
1,2
2
Retrait de polymérisation
<2,5%
Résistance en traction
80 MPa
Résistance en compression
120 MPa
Module d’élasticité
4000 MPa
Tenue aux acides, bases
très bonne
Très bonne adhésivité
Résines époxydes
Mise en oeuvre
Adhésifs
Réparation des ouvrages de génie civil
Très répandus comme colle (Araldite®)
2 composants (résine + durcisseur)
Traitement de surface indispensable (éviter rouille, graisse,..)
Sablage, ponçage, grenaillage
OK pour métaux, bétons, plastiques, bois, …
Résines coulées
Dans moules métal, bois, …
Retrait < 2,5% (charges)
Résines époxydes
Mise en oeuvre
Revêtements
Protection des métaux
Vernis pour bois et métaux
Peintures émaillées pour voitures
Stratifiés
Avec fibres de verre
Emploi: quand exposé à T° ↑
Polyesters insaturés
Polyesters insaturés
Macromolécule
O
H
C
C
O
C
C
O
R
O
n
CH2
H
C
R = radical organique
Polyesters insaturés
Préparation
Diacide + dialcool
Insaturés: double liaison dans le radical
(saturés: absence de double liaison
linéaire)
Pontage: via styrène
1ère phase: acide maléique + éthylène glycol
(polycondensation)
Polyesters insaturés
Préparation
2ème phase: dissolution du polyester dans un styrène qui
sert de solvant et de futur agent de pontage des chaînes
O
O
C
O
CH
+
CH2
CH
C
O
CH2
CH2
O
CH
O
O
C
CH
CH
C
O
CH2
CH2
O
O
O
O
C
O
CH
CH
C
O
CH2
CH2
HC
O
C
CH
CH
C
O
CH2
CH2
O
CH2
O
Polyesters insaturés
Composants
Polyols
Éthylène glycol
Diéthylène glycol
Propylène glycol
Diacides
Diacide maléique
Polyesters insaturés
Composants
Solvants – monomères coplymérisables
Styrène (30 à 40% p.r. résine)
Inflammabilité (point éclair: 31°C)
Mélange explosif avec air
Méthacrylate de méthyl
Transparence (indice de réfraction proche du verre)
Catalyseur: peroxyde de benzoyle
Colorants
Charges: ↓ prix, auto-extinguibilité (dolomie, calcaire,
silice)
Polyesters insaturés
Règlage de la réaction: la réticulation d'un liant
polyester peut être accélérée ou ralentie pour un
liant de composition donnée dans des conditions
thermiques données :
accélération : en augmentant la proportion d'initiateur
et d'accélérateur (jusqu'à une certaine limite);
ralentissement :
diminution de la vitesse par diminution des pourcentages
d'initiateur et d'accélérateur (jusqu'à une certaine limite);
augmentation de la durée d'induction : par augmentation
du pourcentage d'inhibiteur.
Polyesters insaturés
Additifs
Accélérateurs
Polyesters insaturés
Additifs
Catalyseurs
(durcisseur)
Polyesters insaturés
Caractéristiques
Variables = f(résine, charges, diols, diacides)
Densité résine
1,1 à 1,2
Coefficient de dilatation
90 à 100 10-6
Résistance en traction
50 à 70 MPa
Résistance en compression
150 MPa
Module d’élasticité
3500 à 4500 MPa
Tenue aux acides
très bonne
Très bonne adhésivité
Polyesters insaturés
Mise en oeuvre
Stratifiés
Renforcement: verre (fibres coupées, longues, tissus, …)
Résistance aux hautes températures
Hygroscopie = 0
Imputrescibilité
Bonnes caractéristiques mécaniques
Résistance aux U.V.
Moulage par contact
Polyesters insaturés
Moulage au contact
Moulage au contact
Polyesters insaturés
Moulage au contact
Moulage par
projection
Polyesters insaturés
Moulage au contact
Moulage sous vide
Sac à vide
Polyesters insaturés
Mise en oeuvre
Compound de moulage
Résine à forte viscosité (avec fibres de verre, charges,
colorant, lubrifiant)
Moulage
Température: 110 – 150°C
pression: 180 bars
Coffrets, boîtiers électriques, …
Vernis polyester
Mobilier
Projection 2 composants par pistolage
Résine + catalyseur
Résine + accélérateur
Polyesters insaturés
Applications
Bâtiments
Plaques ondulées
Lanterneaux – coupoles
Châssis de fenêtre
Fosses septiques
Injection des fissures – sols
Sports
Skis
Arcs et flèches
Bateaux
Carrosseries pour voitures
Stockage
Solutions agressives
Réservoirs pétroliers
Résines polyuréthannes
Polyuréthannes
Macromolécule
H
O
N
C
O
CH2
CH
CH2
O
O
N
C
N
n
O
C
O
N
H
Polyuréthannes
Préparation
isocyanate + alcool
formation d’un composé linéaire
si polyol (ex. cellulose) → PUR réticulé
Polyuréthannes
Composants
Polyisocyanates
Diisocyanate de toluène
Hexaméthylène diisocyanate
Polyuréthannes
Applications
Mousses
Souples ou rigides
Très réactifs: procédé en continu
Gonflement avec H2O
soit au total:
Polyuréthannes
Caractéristiques
Réaction chimique rapide
Polyuréthannes
Fabrication
de mousse
Applications
Isolation thermique
Âme de panneau sandwich
Polyuréthannes
Fabrication de mousse: représentation schématique d'une
installation à double convoyeur avec parements souples
et rigides
Polyuréthannes
croissance cellulaire lors de la formation de mousse PUR rigide
Polyuréthannes
Applications
Colles
isocyanate + polyester
Température de maturation: 100°C
Adhérence: verre, métal, bois, … (moins bonne que Epoxy)
Vernis – peintures
isocyanate + tri-ols (cellulose)
Isolants électriques
Revêtements de métaux
Revêtements pour le bâtiment
isocyanate + polyester
Adhérence: métaux, béton, asphalte
Emplois
Protection de chapes+revêtements en béton
Revêtements industriels
Réparations
Protection interne des tuyaux
Polyuréthannes
Applications: isolation thermique et étanchéification
en une seule opération