Brevet FR3125820A1 — publié le 20230203

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un mélange de polyphénols alcoxylés qui peut être utilisé directement pour fabriquer différents matériaux en polyuréthane, en particulier des mousses polyuréthane. Procédé de fabrication d'un mélange de polyphénols alcoxylés et utilisation de ce mélange. La présente divulgation relève du domaine des polyphénols alcoxylés, en particulier des lignines alcoxylées. Plus précisément la présente invention vise un procédé de fabrication en une seule étape, dans un seul pot ("one-pot reaction" en anglais) et dans des conditions douces d’un mélange de polyphénols alcoxylés. Ces polyphénols alcoxylés peuvent ensuite être utilisés directement pour fabriquer différents matériaux en polyuréthane, en particulier pour fabriquer des mousses polyuréthane. La recherche de produits biosourcés pouvant se substituer aux produits d'origine pétrolière constitue une stratégie d'avenir pour réduire notre dépendance aux ressources fossiles. Les polyuréthanes constituent une famille importante de polymères, très demandeuse de composés d'origine biosourcés. Le secteur de l'industrie du bâtiment recherche des matériaux biosourcés et durables, notamment dans le domaine des mousses qui peuvent être utilisées pour l'isolation thermique et/ou acoustique dans le bâtiment. Les utilisations des polyuréthanes dans ce secteur se font essentiellement sous forme de mousses rigides polyuréthane (PUR) et polyisocyanurate (PIR). Les matériaux en polyuréthane (mousses rigides et souples, élastomères, adhésifs, …) reposent sur la réaction de polyaddition entre un polyol, par exemple un polyphénol, et un composé polyisocyanate. Un polyol doit présenter des propriétés spécifiques pour être utilisé dans la fabrication des matériaux polyuréthane. Par exemple, un polyol destiné à la fabrication d'une mousse présente préférablement une viscosité à 25°C comprise entre 0,5 Pa.s et 100 Pa.s et un indice hydroxyle compris entre 100 mg(KOH).g -1 et 700 mg(KOH).g -1 . En effet, un polyol présentant une telle viscosité est liquide et se mélange facilement avec le composé polyisocyanate et d'éventuels additifs lors de la fabrication classique d'une mousse polyuréthane à la température ambiante. De plus la gamme d'indice hydroxyle indiquée ci-dessus permet l'obtention d'un réseau tridimensionnel réticulé conférant à la mousse, entre autres, ses propriétés de stabilité dimensionnelle et sa résistance à la compression. Les lignines et les tanins sont les polyphénols biosourcés les plus répandus. Ils suscitent donc un intérêt croissant pour la fabrication de matériaux en polyuréthane. De nombreuses modifications chimiques des lignines et des tannins ont donc été étudiées pour améliorer/modifier leurs propriétés, en particulier leur viscosité et leur indice hydroxyle. L'une de ces modifications chimiques est l'éthérification. Elle permet de remplacer le groupement phénolique OH de ces polyphénols par alkylation. L'éthérification peut être réalisée selon deux principes : l'ouverture de cycle d’époxydes ou la réaction avec des carbonates cycliques. WO 2018/065728 décrit un procédé de fabrication de polyphénols alcoxylés en deux étapes, basé sur le principe de l'ouverture de cycle d’époxydes. Ce procédé met en œuvre un agent alcoxylant choisi parmi l'oxyde de propylène, l'oxyde d'éthylène, l'oxyde de butylène et leurs mélanges. Ces agents alcoxylants sont particulièrement dangereux à manipuler car ils sont toxiques, cancérigènes et très inflammables, voire explosifs. Ces agents alcoxylants imposent en outre que l'étape d'éthérification soit réalisée à haute pression car ils présentent un point d'ébullition inférieur à la température à laquelle la réaction est mise en œuvre. Une étape d'élimination des agents alcoxylants résiduels est également nécessaire car, pour des raisons de sécurité, le produit formé à partir des polyphénols alcoxylés ne doit pas contenir ces produits dangereux. Il existe donc un besoin de remplacer ces agents alcoxylants et de simplifier la mise en œuvre des polyphénols modifiés. US 2019/0144674 décrit un procédé de fabrication de polyphénols alcoxylés comprenant les deux étapes suivantes : a) dispersion de lignine dans un solvant pour obtenir une dispersion de lignine, b) mise en contact de la dispersion de lignine avec un carbonate cyclique tel que l’éthylène carbonate pour obtenir une dispersion de lignine alcoxylée. Le solvant mis en œuvre dans ce procédé est un composé comprenant des fonctions alcool et présentant un point d'ébullition compris entre 120°C et 300°C. Ce composé peut, par exemple, être l'éthylène glycol, le diéthylène glycol, le triéthylène glycol, le propylène glycol, le dipropylène glycol, le glycérol, le diméthoxyéthane ou leurs mélanges. Ce procédé requiert une étape c) d'élimination du solvant compris dans la dispersion de lignine alcoxylée pour obtenir une lignine alcoxylée présentant la viscosité adaptée à la fabrication de mousse. Un composé adaptateur de viscosité peut également être ajouté à la dispersion de lignine alcoxylée obtenue par ce procédé. Un tel adaptateur est nécessaire pour fabriquer une mousse polyuréthane avec la lignine alcoxylée solide de l'Exemple 1. La fabrication de mousse polyuréthane par les lignines alcoxylées obtenus par ce procédé n'est donc pas simple. Il existe donc un besoin d'un procédé de fabrication de polyphénols alcoxylés qui : - n'utilise pas les oxydes de propylène, d'éthylène et de butylène, et - produit des polyphénols alcoxylés présentant des propriétés physico-chimiques (composition chimique, viscosité, indice hydroxyle, …) telles qu'ils peuvent être utilisés directement pour fabriquer des matériaux en polyuréthane, i.e. qu'ils peuvent être engagés dans la fabrication de matériaux en polyuréthane, sans qu'une étape intermédiaire telle qu'une purification et/ou une addition d'un composé adaptateur de viscosité soit nécessaire. Résumé Après de nombreuses recherches, la Demanderesse a mis au point un procédé de fabrication de polyphénols alcoxylés qui résout ces problèmes. Ainsi, la présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un mélange de polyphénols alcoxylés comprenant l'étape suivante : (a) mettre en contact au moins un polyphénol et un ester de carbonate cyclique en présence d'un solvant, caractérisé en ce que le solvant présente une masse molaire comprise entre 150 g.mol -1 et 600 g.mol -1 , en particulier entre 175 g.mol -1 et 500 g.mol -1 , tout particulièrement entre 200 g.mol -1 et 400 g.mol -1 et est choisi parmi un polyéther, un polyester comprenant des groupements OH en bout de chaîne et leur mélange, en particulier un polyéther, et le ratio massique ester de carbonate cyclique:polyphénol est compris entre 0,3:1 et 5:1, en particulier entre 0,5:1 et 3:1, tout particulièrement entre 0,6:1 et 1,5:1. De façon avantageuse, le procédé de l'invention permet de produire un mélange de polyphénols alcoxylés dans de bonnes conditions de sécurité. En effet le procédé n’emploie pas de réactifs toxiques, cancérigènes et très inflammables, voire explosifs tels que les oxydes de propylène, d'éthylène et de butylène. De même, il peut être réalisé à pression atmosphérique. Le procédé de l'invention comprend comme autre avantage de pouvoir être réalisé dans un unique réacteur, ce qui simplifie sa mise en œuvre. De plus, les propriétés du mélange de polyphénols alcoxylés fabriqué par le procédé de l'invention, en particulier un indice hydroxyle compris entre 100 mg(KOH).g -1 et 1000 mg(KOH).g -1 et une viscosité à 25°C comprise entre 0,5 Pa.s et 100 Pa.s, permettent son utilisation pour fabriquer différents types de matériaux en polyuréthane, en particulier des mousses polyuréthane. Le mélange de polyphénols alcoxylés peut donc être utilisé pour fabriquer des matériaux en polyuréthane sans addition d'un composé adaptateur de viscosité ou autrement dit sans addition d’un agent modifiant la viscosité. Comme indiqué ci-dessus le mélange de polyphénols alcoxylés fabriqué par le procédé de l'invention est également dépourvu de réactifs du type oxydes de propylène, d'éthylène et de butylène. Plus généralement, il comprend une faible teneur en réactifs résiduels. Le mélange de polyphénols alcoxylés peut donc être utilisé pour fabriquer des matériaux en polyuréthane sans qu'une étape intermédiaire de purification dudit mélange soit nécessaire. Ainsi, de façon avantageuse, le procédé de l'invention ne nécessite pas d'étape de purification du mélange de polyphénols alcoxylés ou d'addition d'un composé adaptateur de viscosité au mélange de polyphénols alcoxylés pour que ledit mélange puisse être utilisé pour fabriquer des matériaux en polyuréthane, en particulier une mousse polyuréthane. La présente invention a aussi pour objet un mélange de polyphénols alcoxylés susceptible d'être obtenu par le procédé de fabrication tel que défini ci-dessus. Un autre objet de la présente invention consiste en l’utilisation d'un mélange de polyphénols alcoxylés susceptible d'être obtenu par le procédé de fabrication selon l'invention tel que défini ci-dessus ou du mélange de polyphénols alcoxylés selon l'invention tel que défini ci-dessus pour produire un matériau en polyuréthane et/ou en polyisocyanurate de différents types, comprenant par exemple un produit d'étanchéité, un adhésif, un liant pour bois, un élastomère coulé, une pièce moulée flexible ou semi-flexible, un composite structurel rigide, une mousse polyuréthane, un liant, une mousse semi flexible, un isolant pour tuyau, un module d'étanchéité de cavité, ou une mousse microcellulaire. Un autre objet de la présente invention consiste en un procédé de fabrication d'une mousse polyuréthane dans lequel le mélange de polyphénols alcoxylés produit lors de l'étape (a) du procédé de fabrication selon l'invention tel que défini ci-dessus ou le mélange de polyphénols alcoxylés selon l'invention tel que défini ci-dessus est mis en contact avec un composé polyisocyanate. Le mélange de polyphénols alcoxylés fabriqué selon le procédé de la présente invention ou objet de la présente invention a également pour avantage d’être très réactif. Ainsi, la quantité de catalyseur qui peut être mise en œuvre dans le procédé de fabrication d'une mousse polyuréthane de l'invention peut avantageusement être au moins 60% inférieure à la quantité de catalyseur mise en œuvre dans un procédé classique de fabrication d'une mousse polyuréthane. De plus, les temps caractéristiques de formation d'une mousse à partir du mélange de polyphénols alcoxylés, en particulier les temps de fil et temps hors poisse, sont inférieurs aux temps caractéristiques de formation d'une mousse classique. De plus, la mousse polyuréthane obtenue par le procédé de fabrication d'une mousse polyuréthane de l'invention présente des propriétés du même ordre de grandeur que les propriétés d'une mousse polyuréthane classique. Elle peut donc être utilisée avantageusement dans un produit isolant acoustique et/ou thermique. Le procédé objet de la présente invention permet donc de valoriser efficacement des polyphénols issus de sources renouvelables comme la lignine et les tannins. Un autre objet de la présente invention consiste en une mousse polyuréthane susceptible d'être obtenue par le procédé de fabrication d'une mousse polyuréthane selon l'invention tel que défini ci-dessus. Un autre objet de la présente invention consiste en un produit isolant acoustique et/ou thermique comprenant une mousse selon l'invention telle que définie ci-dessus. Un autre objet de la présente invention consiste en un kit de fabrication d'une mousse polyuréthane comprenant : - un mélange de polyphénols alcoxylés susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'invention tel que défini ci-dessus ou un mélange de polyphénols alcoxylés selon l'invention tel que défini ci-dessus, et - un composé polyisocyanate. Procédé de fabrication d'un mélange de polyphénols alcoxylés comprenant l'étape suivante : (a) mettre en contact au moins un polyphénol et un ester de carbonate cyclique en présence d'un solvant, caractérisé en ce que le solvant présente une masse molaire comprise entre 150 g.mol -1 et 600 g.mol -1 et est choisi parmi un polyéther, un polyester comprenant des groupements OH en bout de chaîne et leur mélange, et le ratio massique ester de carbonate cyclique:polyphénol est compris entre 0,3:1 et 5:1. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le polyphénol est choisi parmi une lignine, un tannin condensé, un tannin hydrolysable et leurs mélanges. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel l'ester de carbonate cyclique est choisi parmi le carbonate de butylène, le carbonate d'éthylène, le carbonate de propylène, le carbonate de glycérol et leurs mélanges. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le polyéther est choisi parmi le polybutylène glycol, le polyéthylène glycol, le polypropylène glycol, le polytriméthylène éther glycol, les copolymères blocs, alternés ou statistiques obtenus à partir de ces monomères et leurs mélanges. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le ratio massique polyphénol:solvant est compris entre 0,1:1 et 1:1. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel un catalyseur est mis en œuvre dans l'étape (a), ledit catalyseur étant un composé basique choisi parmi l'hydroxyde de sodium, le carbonate de sodium, l'hydrogénocarbonate de sodium, l'hydroxyde de potassium, le carbonate de potassium, l'hydrogénocarbonate de potassium, l'hydroxyde de lithium, l'hydroxyde de calcium, le carbonate de calcium, l'hydrogénocarbonate de calcium et leurs mélanges. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le ratio molaire catalyseur:ester de carbonate cyclique est compris entre 0,001:1 et 0,5:1. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 7, dans lequel le polyphénol est une lignine, l'ester de carbonate cyclique est le carbonate d'éthylène, le solvant est un polyéthylène glycol de masse molaire comprise entre 200 g.mol -1 et 400 g.mol -1 et le catalyseur est le carbonate de potassium. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l'étape (a) comprend les sous-étapes suivantes : (a1) mélanger dans un réacteur le au moins un polyphénol et le solvant pour obtenir un mélange, (a2) ajouter dans le mélange l'ester de carbonate cyclique, et (a3) optionnellement ajouter le catalyseur dans le mélange obtenu à l'étape (a2), et (a4) mélanger le mélange obtenu à l'étape (a2) ou à l'étape (a3) pour fabriquer le mélange de polyphénols alcoxylés. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, ne comprenant pas, après l'étape (a), d'étape de purification du mélange de polyphénols alcoxylés et/ou d'étape d'ajout d'un composé adaptateur de viscosité au mélange de polyphénols alcoxylés. Mélange de polyphénols alcoxylés susceptible d'être obtenu par le procédé tel que défini selon l'une quelconque des revendication 1 à 10. Utilisation d'un mélange de polyphénols alcoxylés susceptible d'être obtenu par le procédé tel que défini selon l'une quelconque des revendication 1 à 10 ou d'un mélange de polyphénols alcoxylés tel que défini dans la revendication 11 pour produire un matériau en polyuréthane et/ou en polyisocyanurate. Utilisation selon la revendication 12 dans lequel le matériau en polyuréthane et/ou en polyisocyanurate est un produit d'étanchéité, un adhésif, un liant pour bois, un élastomère coulé, une pièce moulée flexible ou semi-flexible, un composite structurel rigide, une mousse polyuréthane, un liant, une mousse semi flexible, un isolant pour tuyau, un module d'étanchéité de cavité, ou une mousse microcellulaire. Procédé de fabrication d'une mousse polyuréthane dans lequel un mélange de polyphénols alcoxylés produit lors de l'étape (a) du procédé de fabrication tel que défini dans l'une quelconque des revendication 1 à 10 ou un mélange de polyphénols alcoxylés tel que défini selon la revendication 11 est mis en contact avec un composé polyisocyanate. Procédé selon la revendication 14, dans lequel le composé polyisocyanate est choisi parmi le diisocyanate de m-phénylène, le 2,4-diisocyanate de toluène, le 2,6-diisocyanate de toluène, le 1,6-diisocyanate de héxamethylène, le 1,4-diisocyanate de tétraméthylène, le 1,4-diisocyanate de cyclohexane, le diisocyanate de héxahydrotoluène, le 1,5-diisocyanate de naphthylène, le methoxyphenyl-2,4-diisocyanate, le 4,4′-diisocyanate diphénylméthane, le diisocyanate de 4,4′-biphenylene, le diisocyanate de 3,3′-dimethoxy-4,4′-biphenyl, le diisocyanate de 3,3′-dimethyl-4,4′-biphenyl, le 4,4′-diisocyanate de 3,3′-dimethyldiphenylmethane, le triisocyanate de 4,4′,4″-triphényl méthane, un polyphénylisocyanate polyméthylène, du diisocyanate diphénylméthane polymérique, le diisocyanate isophorone, le 2,4,6-triisocyanate toluène le 4,4′-dimethyldiphenylmethane-2,2′,5,5′-tetraisocyanate et leurs mélanges. Mousse polyuréthane susceptible d'être obtenue par le procédé tel que défini selon la revendication 14 ou 15. Produit isolant acoustique et/ou thermique comprenant une mousse telle que définie selon la revendication 16. Kit de fabrication d'une mousse polyuréthane comprenant : - un mélange de polyphénols alcoxylés susceptible d'être obtenu par le procédé tel que défini selon l'une quelconque des revendication 1 à 10 ou un mélange de polyphénols alcoxylés tel que défini dans la revendication 11, et - un composé polyisocyanate.