polymérisation pour liant de matériaux énergétiques sans isocyanate – POLIMESI

La formulation des matériaux énergétiques constitue une étape clé dans le procédé de fabrication des objets composites finaux dans les domaines militaire et civil:
• explosifs composites utilisés pour des applications militaires pour tout type de munitions: bombes, pénétrateurs, têtes de missiles, obus,…
• propergols composites utilisés pour des applications civiles telles que propulseurs des lanceurs ARIANE
La formulation actuelle des objets composites met en œuvre des charges explosives, des oxydants, des réducteurs jusqu’à des taux massiques pouvant atteindre 90% et un liant polymérique souvent de type PBHT, un plastifiant, des additifs et un agent de réticulation type isocyanate.
Dans le domaine des nouveaux matériaux énergétiques, plusieurs avancées ont été réalisées en particulier:
• Le dihydroxylammonium-5,5'-bis-tetrazole-1,1'-diolate (TKX-50) qui présente une meilleure performance énergétique et une meilleure sensibilité que le charges explosives actuellement mises en œuvre. En revanche, lors de la phase de mise en œuvre par formulation, une incompatibilité a été constatée avec l’agent de réticulation (isocyanate)
• L’ADN (dinitroamidure d'ammonium) constitue une voie alternative au perchlorate d’ammonium qui est un oxydant largement utilisé dans le domaine de la propulsion spatiale mais malheureusement est un perturbateur endocrinien suspecté. Son incompatibilité avec les isocyanates constituent un frein à son développement industriel.
De ce fait, des nouveaux agents de réticulation compatibles avec les nouvelles charges doivent être identifiés ainsi que le développement d’une nouvelle voie de formulation qui permettrait de limiter l’incompatibilité entre la charge et les autres réactifs.
De plus, les isocyanates présentent une toxicité et une écotoxicité aigüe ce qui pourrait engendrer dans un futur proche une limitation d’utilisation. Les industriels du domaine ainsi que les utilisateurs finaux sont toujours à la recherche d’une composition énergétique présentant une performance et une sensibilité améliorée, ainsi qu’un faible impact environnemental (compatible avec la réglementation REACh) permettant de réduire les expositions aux risques hygiène et sécurité.
Compte tenu de l’ensemble des réglementations en vigueur dans le domaine de la chimie (REACh…) et afin d’anticiper l’obsolescence de l’isocyanate dans la formulation des matériaux énergétiques ainsi que la mise en œuvre des nouvelles charges, des solutions de remplacement des agents de réticulation avec un faible impact environnemental seront à rechercher, ce qui pourrait nécessiter le changement de la matrice à liant polymérique PBHT.
Pour ce faire, Eurenco et le CNRS (Institut Charles Sadron) associent leurs compétences pour développer une stratégie de recherches selon deux concepts:
• Concept à moyen terme pour la substitution de la matrice PBHT / isocyanate par des matrices moins toxiques et compatibles avec REACh afin de limiter l’impact environnemental:
o résines époxyde préparées à partir d’un prépolymère époxydé et d’un durcisseur sur base amines primaires auquel on pourra ajouter des agents tels que le plastifiant et autres additifs,
o résines vinylester obtenues par polymérisation radicalaire d’un prépolymère insaturé de type vinyl ester et d’un monomère vinylique (styrène en général)
• Concept à long terme avec l’élaboration d’élastomères acryliques fonctionnels à façon à partir d’une réaction de copolymérisation en chaine d’au moins deux co-monomères acryliques permettant d’adapter la nature chimique de la matrice à la charge tout en réduisant l’impact environnemental.
Les 2 concepts seront testés et validés sur des compositions explosives Eurenco. Cela comprend
• Une validation du concept (polymérisation acrylique et résines époxyde et vinylester) : préparation des polymères à l’échelle laboratoire
• Formulation inerte à petite échelle
• Formulation énergétique à petite échelle et caractérisation mécaniques des objets fabriqués.