Un polyol est une molécule portant au moins deux groupes hydroxyle (OH) ; les isocyanates utilisés dans le polyuréthane portent au moins deux groupes NCO réactifs. Lorsqu'on les mélange, les groupes NCO réagissent avec les groupes OH pour former des liaisons uréthane, et c'est à partir de ces liaisons que se construit le polyuréthane. Le polyol détermine en grande partie si la matière plastique sera souple ou rigide, l'isocyanate (le plus souvent du MDI ou du TDI) relie les chaînes, et le rapport de mélange maintient l'équilibre entre les deux types de groupes. Les isocyanates réagissent avec l'humidité et peuvent provoquer une sensibilisation allergique : ils demandent donc une manipulation soigneuse.
Sommaire
- 1. Polyol et isocyanate : les deux matières premières
- 2. Qu'est-ce qu'un polyol ?
- 3. Qu'est-ce qu'un isocyanate ?
- 4. Comment un polyol et un isocyanate réagissent-ils ?
- 5. Indice d'isocyanate et rapport de mélange : comment le rapport est-il fixé ?
- 6. Que sont le composant A et le composant B ?
- 7. Comment stocker et manipuler les polyols et les isocyanates ?
- 8. Les isocyanates sont-ils dangereux ?
- 9. Système prêt à l'emploi ou matières premières séparées ? Ce qu'apporte un formulateur de systèmes PU
- Questions fréquentes
1. Polyol et isocyanate : les deux matières premières
Tout système polyuréthane (PU) industriel part des deux mêmes familles de matières premières : un polyol (une molécule portant des groupes hydroxyle, OH) et un isocyanate (une molécule portant des groupes isocyanate réactifs, N=C=O, notés NCO). Lorsque les deux se rencontrent, un groupe NCO réagit avec un groupe OH et forme une liaison uréthane. Répétée un très grand nombre de fois dans le mélange, cette seule liaison construit le polymère. Pour une vue d'ensemble de toute la famille de matériaux, consultez notre guide Qu'est-ce que le polyuréthane ?
Tout le reste d'une formulation (catalyseurs, tensioactifs, agents gonflants, ignifugeants) permet de régler finement cette réaction et le produit fini ; le comportement d'une mousse, d'un revêtement ou d'une pièce moulée est déterminé d'abord par le polyol, l'isocyanate et le rapport entre les deux. La mousse souple associe généralement un polyol polyéther à du TDI, la mousse rigide un polyol de haute fonctionnalité à du MDI polymérique. Voir Systèmes polyuréthane rigides et souples et Qu'est-ce que la mousse polyuréthane ?
2. Qu'est-ce qu'un polyol ?
Un polyol est un composé organique qui porte plusieurs groupes hydroxyle (OH). Dans le polyuréthane, les polyols sont des oligomères ou des polymères portant en moyenne deux groupes OH ou plus par molécule, le plus souvent des liquides visqueux à température ambiante. C'est sur les groupes OH que l'isocyanate se fixe.
Polyols polyéther et polyols polyester
Les polyols polyéther sont obtenus par addition d'oxyde de propylène et/ou d'oxyde d'éthylène sur une molécule initiatrice ; ils sont très largement utilisés et, en général, moins chers, plus faciles à manipuler et plus résistants à l'eau que les polyols polyester. Les polyols polyester proviennent de la polycondensation d'acides carboxyliques avec des glycols ; ils sont en général plus visqueux et plus chers, mais offrent une meilleure résistance aux solvants, à l'abrasion et à la coupure. Les polyols polyester aromatiques sont employés dans la mousse rigide ; certains sont élaborés à partir de PET recyclé.
Fonctionnalité, indice d'hydroxyle et masse molaire
La fonctionnalité est le nombre moyen de groupes OH par molécule. L'indice d'hydroxyle (en mg KOH/g, mesuré par exemple selon la norme ISO 14900) indique le nombre de groupes OH par gramme. Les deux grandeurs sont liées à la masse molaire. Plus il y a de groupes OH par gramme, plus il faut d'isocyanate. Les valeurs d'un polyol donné figurent dans sa fiche technique.
Souple ou rigide : ce que détermine le polyol
Des chaînes longues portant peu de groupes OH (indice d'hydroxyle faible) donnent un réseau élastique faiblement réticulé (mousse souple) ; des chaînes courtes portant beaucoup de groupes OH (indice d'hydroxyle élevé) donnent un réseau rigide fortement réticulé (mousse rigide). Le choix des polyols selon le produit dépend de la formulation du système.
Polyols spéciaux : polymères, biosourcés et recyclés
Les polyols polymères contiennent de fines particules de polymère dispersées (par exemple du SAN, styrène-acrylonitrile) et servent à donner à la mousse souple une portance plus élevée, c'est-à-dire un toucher plus ferme.
Les polyols biosourcés (issus d'huile de ricin, de soja ou de colza) et les polyols recyclés (issus de la glycolyse de PET ou de déchets de polyuréthane) peuvent différer des qualités pétrochimiques par leur indice d'hydroxyle et leur viscosité. Jusqu'ici, les travaux sur la part renouvelable ont surtout porté sur les polyols. Les produits vendus selon le principe du « bilan massique » (bilan de biomasse) reçoivent leur part renouvelable par une comptabilité certifiée, et pas nécessairement sous la forme de molécules renouvelables présentes dans le produit lui-même ; il faut donc vérifier si la part renouvelable annoncée se trouve physiquement dans le produit ou si elle est seulement attribuée. Voir Recyclage du polyuréthane : mécanique et chimique.
3. Qu'est-ce qu'un isocyanate ?
Un isocyanate est un composé organique portant le groupe N=C=O (NCO). Le polyuréthane fait appel à des diisocyanates et à des polyisocyanates, qui portent au moins deux groupes NCO par molécule et relient les chaînes entre elles.
MDI, MDI polymérique et TDI
Le MDI (diisocyanate de diphénylméthane) est l'isocyanate principal de la mousse rigide, de l'isolation et de la mousse projetée. Le MDI polymérique (pMDI), malgré son nom, n'est pas un polymère, mais un mélange liquide de MDI monomère et de molécules plus grosses. Le TDI (diisocyanate de toluène) est produit surtout sous la forme d'un mélange 80:20 des isomères 2,4 et 2,6, et c'est l'isocyanate principal de la mousse souple pour l'ameublement et la literie. Le TDI a une pression de vapeur plus élevée que le MDI : il exige donc un contrôle plus strict de l'exposition.
Isocyanates aliphatiques
Les isocyanates aliphatiques (y compris les cycloaliphatiques), comme le HDI, l'IPDI et le H12MDI, sont employés surtout dans les revêtements pour lesquels la couleur et la transparence comptent, car les polyuréthanes obtenus avec des isocyanates aromatiques (MDI, TDI) ont tendance à foncer sous l'effet de la lumière.
Teneur en NCO
La teneur en NCO est le pourcentage en poids de groupes NCO dans l'isocyanate. Plus elle est élevée, moins il faut d'isocyanate, en poids, pour le même nombre de groupes OH. Chaque produit isocyanate a sa propre teneur en NCO, indiquée dans sa fiche technique. Le tableau compare trois types courants.
| Isocyanate | Aspect habituel | Usage principal |
|---|---|---|
| 4,4'-MDI pur | Solide blanc | TPU, adhésifs, revêtements |
| MDI polymérique (pMDI) | Liquide brun | Mousse rigide et d'isolation, mousse projetée |
| TDI 80/20 | Liquide incolore | Mousse souple |
4. Comment un polyol et un isocyanate réagissent-ils ?
Un groupe NCO et un groupe OH s'associent pour former une liaison uréthane (RNCO + R'OH → RNHCOOR'), avec dégagement de chaleur. Avec deux groupes par molécule de chaque côté, des chaînes se forment ; lorsqu'un des côtés en compte trois ou plus, c'est un réseau réticulé qui se forme. Dans une mousse, plusieurs autres réactions se déroulent en parallèle :
| Réaction | Réactifs | Produit | Rôle dans la mousse |
|---|---|---|---|
| Uréthane (gélification) | NCO + OH du polyol | Liaison uréthane | Construit le réseau polymère |
| Gonflement | NCO + eau | CO2 + amine | Le gaz fait monter la mousse |
| Urée | NCO + cette amine | Liaison urée | Segments durs ; présents dans les mousses gonflées à l'eau |
| Trimérisation (PIR) | 3 NCO + catalyseur | Cycle isocyanurate | Point de réticulation dans la mousse PIR |
La gélification et le gonflement doivent rester équilibrés, ce qui influe fortement sur la structure cellulaire et sur la densité. Les catalyseurs (catalyseurs aminés et composés métalliques) règlent la vitesse des réactions ; le fournisseur les incorpore normalement au composant polyol. Dans la mousse rigide, un agent gonflant physique apporte aussi du gaz.
5. Indice d'isocyanate et rapport de mélange : comment le rapport est-il fixé ?
L'indice d'isocyanate compare la quantité de NCO réellement utilisée à celle qui réagirait exactement avec tous les groupes réactifs du mélange (principalement les groupes OH des polyols et l'eau éventuelle). Un indice de 100 correspond à l'équilibre exact ; au-dessus de 100, l'isocyanate est en excès ; en dessous de 100, il est insuffisant. Les mousses PIR (polyisocyanurate) sont élaborées avec un excès d'isocyanate bien plus important que les mousses PUR ordinaires ; voir Panneaux isolants PIR ou PUR.
Comment le rapport de mélange est-il fixé ?
Le rapport entre le polyol formulé et l'isocyanate fait partie du système. Il découle des groupes réactifs des deux composants et de l'indice visé, et c'est le formulateur qui le fixe lors du développement du système. Le rapport d'un système prêt à l'emploi est donc fixe : il figure dans la fiche technique du système, avec les conditions de mise en œuvre, et doit être appliqué tel qu'il y est indiqué. Pour toute question sur le rapport ou sur l'indice d'un système précis, l'équipe technique de JiTPOL peut vous aider.
Trop ou trop peu d'isocyanate
En général, un manque d'isocyanate laisse des groupes OH sans réagir et donne un polymère plus mou, avec moins de points de réticulation, tandis qu'un excès crée des points de réticulation supplémentaires et donne un polymère plus dur et plus rigide ; l'effet exact dépend du système, c'est pourquoi il faut respecter le rapport indiqué dans la fiche technique.
6. Que sont le composant A et le composant B ?
Dans l'industrie, le polyuréthane est généralement livré en deux composants, dans des récipients séparés ; les composants ne sont mélangés qu'au moment de l'emploi, par exemple dans la tête de mélange d'une machine ou dans un pistolet de projection. En Turquie et en Europe, le composant A est généralement le polyol formulé et le composant B l'isocyanate, ce qui correspond aussi à l'usage de JiTPOL. En Amérique du Nord, les lettres sont souvent inversées. Elles relèvent d'une habitude de la profession et non d'une norme, et la pratique varie d'une entreprise à l'autre : vérifiez donc toujours l'étiquette et la fiche technique.
Le polyol formulé est constitué en majeure partie de polyol, auquel s'ajoutent les additifs que le fournisseur a équilibrés à l'avance : catalyseurs, tensioactif silicone, agent gonflant et, dans certains systèmes, ignifugeant et colorant.
7. Comment stocker et manipuler les polyols et les isocyanates ?
Le principal ennemi est l'humidité. L'eau réagit avec l'isocyanate et libère du dioxyde de carbone ; dans un fût fermé, le gaz peut créer une pression suffisante pour le bomber ou le faire éclater. Les récipients sont donc gardés fermés et protégés de l'humidité, et un récipient qui a contenu ne serait-ce qu'un peu d'eau ne doit pas être rempli à nouveau. De nombreux polyols sont aussi hygroscopiques : un polyol laissé ouvert absorbe l'eau de l'air humide. Cette eau consomme ensuite de l'isocyanate et libère du dioxyde de carbone, ce qui modifie la densité et la structure cellulaire de la mousse.
La température de stockage, la durée de conservation et la manipulation des récipients varient d'un produit à l'autre. Elles sont indiquées dans la fiche technique et dans la fiche de données de sécurité (FDS) de chaque matière : suivez-les, ainsi que les instructions de votre fournisseur. En général, stockez dans un local fermé et ventilé et gardez les isocyanates à l'écart de l'eau, des alcools, des amines et des polyols. L'ISOPA, l'association européenne des producteurs de diisocyanates et de polyols, publie des lignes directrices sur le stockage et le transport du TDI et du MDI. Pour un conseil sur un système précis, contactez l'équipe technique de JiTPOL.
8. Les isocyanates sont-ils dangereux ?
Cette section porte sur les matières premières liquides ; le produit durci dépend de son type (voir Qu'est-ce que le polyuréthane ?). Les polyols eux-mêmes sont généralement considérés comme peu dangereux, mais un polyol formulé prêt à l'emploi contient aussi des catalyseurs (quelques amines peuvent sensibiliser la peau), des ignifugeants et des agents gonflants : il a donc sa propre fiche de données de sécurité.
Les isocyanates demandent le plus de précautions. Respirer des vapeurs, un brouillard ou un aérosol peut irriter les yeux, le nez et les poumons et provoquer une sensibilisation respiratoire (une allergie) pouvant conduire à l'asthme professionnel ; une fois sensibilisée, une personne peut réagir à de très faibles concentrations. Le contact avec la peau peut provoquer une irritation et une dermatite allergique et peut contribuer à la sensibilisation respiratoire : il faut donc l'éviter. Le MDI a une faible pression de vapeur à température ambiante : le MDI présent dans l'air pose donc surtout problème lorsqu'il est chauffé ou projeté. Le TDI exige des mesures de maîtrise telles qu'une aspiration localisée. Ne travaillez qu'avec les mesures de maîtrise et les équipements de protection indiqués dans la fiche de données de sécurité (FDS).
Dans l'Union européenne, le règlement (UE) 2020/1149 (annexe XVII de REACH, entrée 74) impose aux utilisateurs industriels et professionnels de substances ou de mélanges contenant 0,1 % en poids ou plus de diisocyanates (pris individuellement ou en combinaison) de suivre une formation avant utilisation. Il s'applique depuis le 24 août 2023, et la formation doit être renouvelée au moins tous les cinq ans. Depuis février 2022, les fournisseurs doivent faire figurer sur l'emballage la mention suivante : « À partir du 24 août 2023, une formation adéquate est requise avant toute utilisation industrielle ou professionnelle ». En Turquie, le KKDIK (règlement relatif à l'enregistrement, à l'évaluation, à l'autorisation et à la restriction des produits chimiques, comparable à REACH) et le règlement SEA sur la classification et l'étiquetage s'appliquent, et selon l'article 27 du KKDIK, la fiche de données de sécurité est fournie en turc.
9. Système prêt à l'emploi ou matières premières séparées ? Ce qu'apporte un formulateur de systèmes PU
De grands groupes chimiques produisent le MDI, le TDI et les polyols à l'échelle industrielle. Pour obtenir une mousse utilisable, il faut encore les bons polyols, catalyseurs, tensioactif, agent gonflant et ignifugeant, équilibrés et adaptés à un isocyanate. Les entreprises qui réalisent ce travail et fournissent un ensemble bicomposant prêt à l'emploi s'appellent des formulateurs de systèmes PU. Les fabricants choisissent des systèmes prêts à l'emploi pour les raisons suivantes :
- Un couple adapté : le polyol formulé et l'isocyanate sont équilibrés à l'avance ; il n'y a donc qu'un seul rapport et qu'un seul indice à gérer.
- Moins de produits chimiques sur site : catalyseurs, tensioactifs, ignifugeants et agents gonflants arrivent déjà mélangés ; les utilisateurs ne les manipulent généralement pas séparément.
- Savoir-faire de formulation : un panneau, un coussin et un chantier de projection exigent chacun un équilibre différent entre réactivité, écoulement et durcissement.
- Documents et accompagnement : fiche technique, FDS et aide lors des essais.
JiTPOL est un formulateur de systèmes PU établi à Bursa. Nous formulons, développons et fournissons des systèmes bicomposants rigides, souples, viscoélastiques, à peau intégrale et à projeter, ainsi que des agents de démoulage de notre propre fabrication et des produits auxiliaires. Parlez-nous de votre produit et de votre procédé : nous vous proposerons une famille de systèmes et vous enverrons la fiche technique et la FDS. Les acheteurs établis à l'étranger peuvent commencer par Acheter des systèmes polyuréthane en Turquie.
Questions fréquentes
Qu'est-ce qu'un polyol ?
Un polyol est un composé organique portant au moins deux groupes hydroxyle (OH) ; dans le polyuréthane, il réagit avec l'isocyanate. Les deux grandes familles sont les polyols polyéther (obtenus à partir d'oxyde de propylène et d'oxyde d'éthylène) et les polyols polyester (obtenus à partir d'acides et de glycols). Les chaînes longues portant peu de groupes OH donnent une mousse souple, les chaînes courtes portant beaucoup de groupes OH une mousse rigide.
Qu'est-ce qu'un isocyanate ?
Un isocyanate est un composé organique portant le groupe NCO (N=C=O). Le polyuréthane fait appel à des diisocyanates et à des polyisocyanates, principalement le MDI, le MDI polymérique et le TDI, ainsi qu'à des types aliphatiques comme le HDI pour les revêtements qui doivent conserver leur couleur. Le groupe NCO réagit avec les groupes OH, l'eau et les amines. Les isocyanates sont des substances sensibilisantes et exigent des équipements de protection.
Comment le polyol et l'isocyanate réagissent-ils ?
Un groupe NCO de l'isocyanate réagit avec un groupe OH du polyol et forme une liaison uréthane ; de la chaleur est dégagée et des chaînes ou un réseau réticulé se forment. Dans une mousse, l'eau réagit aussi avec l'isocyanate et libère du dioxyde de carbone, ce qui fait monter le mélange. Les catalyseurs règlent la vitesse.
Que sont le MDI et le TDI, et en quoi diffèrent-ils ?
Le MDI (diisocyanate de diphénylméthane) sert surtout à la mousse rigide et à la mousse d'isolation, le TDI (diisocyanate de toluène) surtout à la mousse souple. Le MDI pur est un solide blanc, le MDI polymérique un liquide brun, le TDI un liquide incolore. Leur teneur en NCO, c'est-à-dire la part de groupes NCO réactifs, diffère aussi et figure dans la fiche technique de chaque produit. Le TDI a une pression de vapeur plus élevée que le MDI : il exige donc un contrôle plus strict de l'exposition.
Comment le rapport polyol/isocyanate est-il déterminé ?
Le rapport découle des groupes réactifs des deux composants (les groupes OH du polyol formulé et les groupes NCO de l'isocyanate) et de l'indice d'isocyanate visé. C'est le formulateur qui le fixe lors du développement du système : le rapport d'un système prêt à l'emploi est donc fixe et figure dans sa fiche technique. Appliquez-le tel qu'il y est indiqué et, pour toute question sur un système précis, adressez-vous à l'équipe technique de JiTPOL.
Qu'est-ce que l'indice d'isocyanate (indice NCO) ?
L'indice compare la quantité de NCO réellement utilisée à celle qui est nécessaire pour réagir avec tous les groupes OH et l'eau présents dans le mélange. Un indice de 100 correspond à l'équilibre exact ; au-dessus de 100, l'isocyanate est en excès ; en dessous de 100, il est insuffisant. L'indice visé dépend du système et figure dans sa fiche technique. La teneur en NCO est une notion différente : c'est le pourcentage de groupes NCO dans l'isocyanate lui-même.
Le composant A est-il le polyol ou l'isocyanate ?
En Turquie et en Europe, le composant A est généralement le polyol formulé (polyol, catalyseurs, tensioactif et agent gonflant) et le composant B l'isocyanate ; JiTPOL procède ainsi. En Amérique du Nord, les lettres sont souvent inversées. C'est une habitude de la profession et non une norme : vérifiez l'étiquette et la fiche technique avant de mélanger.
Les isocyanates sont-ils dangereux ?
Les isocyanates liquides peuvent irriter les yeux, la peau et les voies respiratoires et provoquer une sensibilisation allergique pouvant conduire à l'asthme professionnel. Ne les utilisez qu'avec la ventilation et les équipements de protection indiqués dans la FDS. Dans l'Union européenne, les utilisateurs de produits contenant 0,1 % en poids ou plus de diisocyanates doivent suivre une formation (règlement (UE) 2020/1149).
Comment stocker les polyols et les isocyanates ?
Gardez les récipients fermés et à l'abri de l'humidité : l'eau réagit avec l'isocyanate et libère du dioxyde de carbone, qui peut mettre un fût sous pression, et de nombreux polyols absorbent aussi l'humidité de l'air. La température de stockage, la durée de conservation et la manipulation varient d'un produit à l'autre : suivez la fiche technique et la fiche de données de sécurité de chaque matière et, en cas de doute, demandez conseil à votre fournisseur.
Sources
- Wikipédia : polyuréthane
- Wikipédia : polyol
- Wikipédia : isocyanate
- Makowska et al. (2024), Materials : mousses rigides de polyuréthane respectueuses de l'environnement (en anglais)
- Ivdre et al. (2020), Polymers : indice d'isocyanate dans les mousses rigides (en anglais)
- Kurańska et al. (2025), Materials : repolyols issus de la glycolyse (en anglais)
- Olszewski et al. (2022), Polymers : stœchiométrie dans les mousses souples (en anglais)
- ISO 14900 : indice d'hydroxyle des polyols (en anglais)
- Allport, Gilbert et Outterside (dir.), MDI and TDI: Safety, Health and the Environment (Wiley, 2003), partie 1 (en anglais)
- Allport, Gilbert et Outterside (dir.), MDI and TDI: Safety, Health and the Environment (Wiley, 2003), partie 5 : sciences d'appui (en anglais)
- ACC / CPI : sécurité et manipulation des mélanges de résines polyol, 2022 (en anglais)
- ACC / CPI : effets des diisocyanates sur la santé, 2013 (en anglais)
- ACC / CPI : manipulation sûre du MDI, 2020 (en anglais)
- Hanna Instruments : l'humidité dans les polyols (en anglais)
- ISCC : le bilan massique expliqué (en anglais)
- OSHA : présentation des isocyanates (en anglais)
- EPA des États-Unis : produits chimiques contenus dans la mousse polyuréthane projetée (en anglais)
- ISOPA : logistique et gestion responsable des produits pour le MDI et le TDI (en anglais)
- Règlement (UE) 2020/1149 de la Commission (diisocyanates, annexe XVII de REACH), Journal officiel L 252, 4.8.2020
- Règlement KKDIK, article 27, Journal officiel turc du 23.6.2017, n° 30105, numéro bis (en turc)