Etude du vieillissement des mousses de polyuréthane ester et consolidation par les aminoalkylalkoxysilanes

Study of polyurethane ester foam aging and consolidation by means of aminoalkylalkoxysilanes

• Auteur / Autrice : Eleonora Pellizzi
• Direction : Hervé Cheradame, Bertrand Lavédrine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 14/12/2012
• Etablissement(s) : Evry-Val d'Essonne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie (Evry ; 2008-2015)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Lalot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Agnès Lattuati-Derieux, Marie Lavandier, Sandrine Thérias
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Oscar Chiantore, Odile Fichet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mousse (chimie)

Vieillissement

Polyuréthanes

Mots clés libres

Aminoalkylalkoxysilanes

Résumé

Les objets de musée en mousse de polyuréthane posent fréquemment des problèmes de conservation liés principalement à la perte de leurs propriétés mécaniques. Alors que des traitements efficaces existent pour les mousses de polyuréthane éther, aucun traitement de consolidation existe, à l’heure actuelle, pour les mousses de polyuréthane ester. Au cours de ce travail de recherche, nous avons étudié d’une part la possibilité de renforcer la structure des mousses non dégradées afin de prévenir la perte des propriétés mécaniques et d’autre part la consolidation des mousses déjà dégradées pour éviter l’effondrement de leur structure. Deux aminoalkylalcoxysilanes (AAAS), le 3-aminopropylméthyldiéthoxysilane et le N-(2-Aminoéthyl)3-aminopropylméthyldiméthoxysilane, donnant des résultats prometteurs pour la consolidation du papier, ont été testés sur des échantillons modernes de mousse de polyuréthane ester industrielle. Le comportement d’une mousse de polyuréthane vis-à-vis des vieillissements artificiels a été suivi et comparé à celui des mousses de polyuréthane vieillies naturellement. Ensuite, des solutions d’AAAS à différentes concentrations ont été appliquées, par immersion, sur les mousses vieillies et non vieillies. Les propriétés mécaniques, mesurées en compression, ont permis de mettre en évidence un effet de renforcement sur tous les échantillons traités. Ladistribution des AAAS dans l’épaisseur des échantillons a été contrôlée par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) et par microscopie électronique à balayage (MEB). La résonance magnétique nucléaire à l’angle magique (RMN MAS) a été utilisée pour confirmer la polymérisation des AAAS sur le polyuréthane et calculer le degré de polymérisation moyen des chaînes polymères formées. Les résultats de ce travail de recherche suggèrent que les AAAS pourraient être une solution efficace pour la consolidation de la mousse de polyuréthane ester à la fois pour des traitements préventifs et pour des traitements curatifs.

Museum artifacts made of polyurethane foam are frequently affected by conservation issues mainly related to the loss of their mechanical properties. While effective polyurethane ether foam treatments already exist, no convenient consolidationtreatment exists for polyurethane ester foams. The possibility of a reinforcement effect expected to prevent the mechanical properties loss of new foams and the structure collapse of degraded foams has been evaluated. Two aminoalkylalcoxysilanes (AAAS), the 3-Aminopropylmethyldiethoxysilane and the N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilane, which gave promising results for consolidation of paper, have been tested on modern industrial flexible polyurethane ester foam samples. The behaviour of the reference polyuréthane foam to artificial aging hasbeen monitored and compared to naturally aged polyuréthane foams. Then, AAAS solutions at different concentrations have been applied, by immersion, on unaged and artificially aged polyurethane ester foam samples. Mechanical properties havebeen studied by Compression Force Deflection Test, which shows that after AAAS treatment the resistance of the foam to compression improves. The AAAS distribution in the thickness of the samples has been investigated by Fourier TransformInfrared Spectroscopy (FTIR) and Scanning Electron Microscopy (SEM). Magic angle spinning nuclear magnetic resonance (MAS NMR) has been used to confirm AAAS polymerization and to evaluate its average polymer chain length. The promising results obtained suggest that AAAS could be an efficient solution for the consolidation of polyurethane ester foam for both a preventive treatment and a restoration treatment.