🧪 Des mousses isolantes sans produits toxiques

Les mousses en polyuréthane sont présentes dans de nombreux objets du quotidien. Une étude publiée dans Chemical Engineering Journal montre comment produire des mousses similaires sans utiliser d'isocyanates.

Les mousses polyuréthanes sont largement utilisées pour isoler les bâtiments, fabriquer des matelas ou protéger des objets pendant le transport. Leur structure légère et remplie de petites bulles leur donne d'excellentes propriétés isolantes. Pour les fabriquer, les industriels utilisent généralement deux ingrédients principaux: un polyol et un polyisocyanate.


Lorsque ces deux substances réagissent, elles forment un réseau solide de molécules qui constitue l'ossature de la mousse. Dans le même temps, les isocyanates réagissent aussi avec l'eau et produisent du dioxyde de carbone. Ce gaz crée les bulles qui font gonfler la matière pendant que le polymère se solidifie.

Les isocyanates jouent donc deux rôles essentiels: ils participent à la formation du matériau solide et produisent une partie du gaz qui crée la mousse. Mais ces composés sont aussi connus pour leur toxicité avant d'avoir réagi, notamment pour la peau et les voies respiratoires. Leur utilisation est donc de plus en plus encadrée.

Pour trouver une alternative, des chercheurs de l'Institut Charles Sadron (CNRS), en collaboration avec l'entreprise SOPREMA, ont étudié une autre réaction chimique appelée réaction d'aza-Michael. Elle repose sur la réaction entre deux types de molécules, une amine et un acrylate.

Ces deux liquides réagissent facilement ensemble, sans solvant ni catalyseur. Leur réaction forme progressivement un réseau solide de polymères, comparable dans sa fonction à celui des mousses polyuréthanes. L'avantage est qu'aucun isocyanate n'est nécessaire.

Cependant, cette réaction ne produit pas de dioxyde de carbone. Pour former les bulles caractéristiques d'une mousse, les chercheurs utilisent donc un agent gonflant appelé cyclopentane. Sous l'effet de la chaleur de la réaction chimique, ce composé s'évapore et crée les cavités dans le matériau.

Tout l'enjeu consiste alors à synchroniser deux phénomènes. La réaction chimique doit libérer assez de chaleur pour faire évaporer l'agent gonflant, mais pas trop vite, afin que la structure ait le temps de se solidifier et de piéger les bulles.

Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont imaginé une fabrication en deux étapes. Ils commencent par une pré-réaction avec un excès d'amine. Cette étape permet de mieux contrôler la viscosité du mélange, la vitesse de réaction et la chaleur produite.

En ajustant cette première étape, l'équipe a réussi à fabriquer une mousse rigide capable de retrouver jusqu'à 95 % de sa hauteur après avoir été fortement comprimée. La structure obtenue comporte majoritairement des cellules ouvertes.

Les performances isolantes restent encore un peu inférieures à celles des meilleures mousses commerciales. Mais les chercheurs estiment qu'une optimisation de la structure interne et des agents gonflants pourrait améliorer ces résultats.

Cette approche montre qu'il est possible de fabriquer des mousses polymères rigides sans utiliser d'isocyanates. À terme, elle pourrait permettre de produire des matériaux isolants plus sûrs pour la santé et plus durables.