Développement du moussage in situ par captage chimique de l’agent porogène (ISCCAP) d’époxy bio-sourcées pour l’isolation élasto-acoustique et thermique
Advisors: Camille Perrot, Fabrice Detrez (MSME), Agustin Rios de Anda (ICMPE), Michel Bornert, Sébastien Brisard (Navier)
Contexte
Des mousses à base de polyuréthane ont été largement étudiées et développées pour des applications d’isolation thermique et acoustique dans la construction, l’automobile, le transport et l’aéronautique [1,2]. Ces dernières années il y a eu un intérêt pour développer d’autres polymères poreux comme le polyéthylène et polypropylène dans lequel un agent porogène (isopropanol ou CO2 supercritique) externe est rajouté lors de leur mise en œuvre [3-5]. Cette approche a été aussi transposée pour des polymères thermodurcissables tels les résines époxy, cependant celle-ci pose certains problèmes comme le contrôle de la réticulation lors de la mise en œuvre et l’obtention des matériaux poreux homogènes [6,7]. Dans ce cadre, avoir l’agent porogène attaché aux monomères de départ semble une solution à cette problématique de mise en œuvre. En effet un procédé assez récent nommée «Moussage in situ par captage chimique de l’agent porogène (ISCCAP)» permet d’avoir du CO2 comme agent porogène in situ pour l’obtention des mousses thermodurcissables [8-10]. Dans le cas de ce projet, des amines biosourcées développées à l’ICMPE [11] « capteront » ce gaz lors d’une réaction chimique faite entre 25 et 40°C pour obtenir des précurseurs carbamatescomme montré dans la Réaction 1 de la Figure 1.
Figure 1 : Réactions chimiques du procédé ISCCAP permettant d’obtenir des matériaux époxy-amine poreux
Ces carbamates sont mélangés à des monomères époxy biosourcés [12]. Les formulations sont ensuite chauffées entre 80 et 150°C pour libérer le CO2 piégé dans les carbamates en même temps que les amines réformées durciront les monomères époxy comme montré dans la Réaction 2 de la Figure 1. La libération du gaz et la réticulation se font en même temps, ce qui permet au CO2 d’agir comme un agent porogène in situ [8-10]. Ce procédé permet d’obtenir des matrices thermodurcissables avec un taux de porosité d’entre 70 et 85% et une distribution de taille des pores entre 50 et 500 μm [10]. De plus, ce procédé peut facilement être transposé à une échelle pilote, ce qui est d’un grand intérêt pour l’industrie. Outre la mise au point du processus de génération des mousses, la caractérisation par microtromographie aux rayons X de la microstructure des mousses obtenues, sur laquelle s’appuiera la détermination de leurs propriétés macroscopiques (mécaniques, acoustiques et thermiques) constitue un autre enjeu fort de ce projet. En effet, dans une utilisation classique, les images de microtomographie souffrent d’artefacts liés à l’effet dit de « volume partiel » (un voxel de la reconstruction se voit attribuer un niveau de gris uniforme, alors que la zone correspondante de l’échantillon peut présenter des hétérogénéités à l’échelle sub-voxelique). Du fait de leur surface spécifique élevée, on s’attend à ce que les mousses soient affectées significativement par cet effet.
Objectif
L’objectif est d’établir les liens sans précédents entre le moussage ISCCAP d’époxy-amides biosourcées, la morphologie des microstructures associées, et les propriétés mécaniques, acoustiques et thermiques résultantes [13-16] pour concevoir un nouveau couple matériau/procédé éco-responsable pour des applications d’isolation généralisées dans la construction durable.
Défis scientifiques et nouveautés
- Démontrer l’intérêt du procédé ISCCAP par rapport à l’ajout externe du CO2 supercritique lors du moussage.
- Développer une méthodologie de prise en compte des effets de volume partiel, soit au niveau de la reconstruction elle-même, soit dans le traitement des images reconstruites par des méthodes classiques.
- Etablir des lois de comportement pour des mousses en tenant compte de la caractérisation expérimentale de leur microstructure : distribution et répartition spatiale de la taille de pores, de leurs interconnexions, du nombre de voisins (connectivité).
Références
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