La estructura del poliuretano varía mucho, sus propiedades se pueden ajustar dentro de un amplio rango y existen muchos tipos de productos. Los productos de PU se dividen en dos categorías principales: productos espumantes y productos no espumantes. Los productos de espuma incluyen espumas flexibles, rígidas y semirrígidas; los productos que no son de espuma incluyen revestimientos, adhesivos, cuero sintético, elastómeros y fibras elásticas (spandex).
El PU se está desarrollando rápidamente debido a su excelente rendimiento y amplia gama de aplicaciones, pero al mismo tiempo, las fábricas que producen espuma de poliuretano producen cada año una gran cantidad de desechos, desbordamientos de moldes y productos de desecho. También es necesario procesar residuos de diversos campos de aplicación del poliuretano, como espuma de poliuretano vieja y elastómeros de coches desguazados. En la actualidad, los métodos de reciclaje de poliuretano se dividen principalmente en tres categorías: reciclaje físico, reciclaje químico y recuperación de energía.
1. Método de recuperación física
La recuperación física es un método que utiliza directamente materiales de desecho sin destruir la estructura química del polímero en sí ni cambiar su composición básica.
①Método de entierro
El entierro es el método más primitivo de eliminación de basura. Utiliza el método de enterramiento, de modo que la basura se descompone en el suelo durante un período de tiempo bajo una cierta temperatura y humedad, y gradualmente se convierte en sustancias inofensivas. Sin embargo, los desechos de poliuretano son difíciles de descomponer utilizando el método de enterramiento. Con la reducción del espacio disponible en los vertederos y la necesidad de recuperar recursos, los vertederos ya no son adecuados.
②Método de trituración
Los residuos de poliuretano y los residuos viejos se cortan o trituran y tamizan antes de su aplicación para obtener trozos pequeños o polvo fino con el tamaño de partícula requerido. En términos generales, la espuma de poliuretano rígida es fácil de romper, por lo que su tecnología de rotura es relativamente madura y la mayor parte se ha comercializado, como la tecnología de corte de precisión, la extrusión Flachmatritsen y otras tecnologías. Se puede triturar en partículas con un tamaño de partícula inferior a 1 mm. Los fragmentos finos o el polvo después de triturar este poliuretano residual se utilizan principalmente como rellenos y se mezclan con materias primas para su reciclaje. Dow Chemical Company dijo que el costo de reutilizar residuos de poliuretano como relleno para producir productos RIM es menor que el de usar nuevas materias primas. En Japón, la espuma de poliuretano rígida desechada se ha utilizado como agregado liviano para mortero.
③ Pegado y conformado.
Este método es el más común para reciclar residuos de poliuretano. Los puntos clave son: primero triturar los residuos de espuma de poliuretano rígida en láminas finas, luego esparcir el adhesivo de poliuretano y luego introducir directamente gases de alta temperatura, como vapor de agua, para derretir o disolver el adhesivo de poliuretano, y luego triturar los residuos de poliuretano en polvo. La espuma se une y luego se presiona y solidifica hasta darle una forma determinada.
④Moldeo por extrusión
Otro método de procesamiento de unión es el moldeo por extrusión. El moldeo por extrusión convierte cadenas moleculares en cadenas medianas y largas mediante termodinámica, convirtiendo materiales de PU en materiales plásticos blandos. Este material es adecuado para piezas de plástico con alta resistencia y dureza pero bajos requisitos de alargamiento a la rotura. Para los desechos de espuma de PU microcelular blanda, se puede triturar hasta convertirlo en polvo, mezclar con poliuretano termoplástico, granular en una máquina de moldeo por extrusión y convertirlo en productos como suelas de zapatos mediante moldeo por inyección. La empresa alemana Bayer ha realizado investigaciones en este ámbito.
⑤Otros
Corte los restos generados durante la producción en trozos pequeños, que se pueden utilizar directamente como relleno o relleno de embalaje. La espuma de poliuretano también se puede utilizar como suelo artificial y mantillo de suelo natural. Agregar agua y fertilizante a la espuma de poliuretano flexible de células abiertas puede crear una variedad de plantas que crecen rápidamente y están libres de plagas y malezas.
2. Método de reciclaje químico
El método de reciclaje químico se refiere a la degradación del poliuretano en oligómeros líquidos reutilizables e incluso en presencia de reactivos químicos, catalizadores, calor y aire orgánico de pequeño peso molecular. compuestos, logrando así el reciclaje de materias primas. La ventaja es que los residuos de poliuretano termoestable insolubles se pueden reciclar.
El flujo general del proceso de reciclaje químico de residuos de poliuretano es: clasificar, lavar y triturar los materiales de desecho de PU en partículas - colocarlos en el reactor - agregar un agente de degradación a aproximadamente 200°C - destilación al vacío, separación y depuración -Inspección y almacenamiento.
①Alcoholisis
En la actualidad, la alcoholisis es el método más investigado y aplicado. Su principal objetivo es recuperar polioles que puedan reutilizarse para sintetizar materiales de poliuretano.
Generalmente, se utiliza alcohol de bajo peso molecular como agente de degradación y, bajo la acción de un determinado catalizador, la temperatura es de 150 ~ 250 ℃. El poliuretano puede degradarse en oligómeros bajo presión normal dentro del rango de temperatura de 0°C, y los productos de degradación obtenidos mediante este método pueden usarse directamente. En cuanto al mecanismo de alcohólisis, la mayoría de la gente cree que la reacción principal durante el proceso de alcohólisis es que bajo la acción del alcohol y el catalizador, el grupo uretano en el poliuretano se rompe y se reemplaza por una cadena corta de alcohol, liberando polioles y compuestos aromáticos de cadena larga. . :
r 1NH coor 2+hor 3 oh r 1nhcoor 3 oh+R2OH
Debido a que muchos grupos participan en la reacción durante el proceso de degradación, se producirán muchas reacciones secundarias. La principal reacción secundaria es la escisión del grupo urea para formar amina y poliol bajo la acción del agente alcohólisis:
r 1NH CONH R2+hor 3 oh 1NH coor 3 oh+r2nh 2
②Aminolisis
La espuma de poliuretano es fácil de descomponer en amina y su reacción es muy similar a la reacción de transesterificación. A partir de poliuretanos o poliuretanoureas se obtienen compuestos de peso molecular relativamente bajo que contienen grupos hidroxilo y amino y ureas no sustituidas. La reacción se caracteriza por su baja temperatura y puede llevarse a cabo a 150°C. En condiciones apropiadas, el poliol resultante se puede separar de la amina. Durante 1997, Russian Anon utilizó hexametilendiamina como agente de descomposición de amoníaco para estudiar el caucho de poliuretano reticulado, y el producto de descomposición de amoníaco obtenido se utilizó como catalizador para espuma de poliuretano semirrígida.
La espuma de poliuretano se descompone fácilmente en compuestos que contienen grupos hidroxilo y amino en compuestos que contienen amino.
③Método de la alcanolamina
A 80-190 °C, el poliuretano se puede degradar en oligómeros utilizando alcanolaminas como monoetanolamina, dietanolamina y dimetiletanolamina. Catalizadores como NaOH, Al (OH)3. Y el metóxido de sodio puede promover la velocidad de reacción de degradación del poliuretano. Las principales reacciones del método de la etanolamina son la escisión del grupo carbamato y la escisión del grupo urea.
④Método de degradación alcalina
El método de degradación alcalina utiliza MOH (M es uno o más de Li, K, Na, Ca) como agente degradante, a 160 ~ 200 El poliuretano rígido la espuma se degradará en oligómeros a aproximadamente ℃. Cuando se agrega éster solvente no polar o hidrocarburo halogenado y agua al producto de degradación, el producto de degradación se divide en dos capas. La capa superior se destila para obtener poliol, que se puede usar directamente para reproducir la espuma de poliuretano. Se concentra, cristaliza y recristaliza. O se añade fosgeno bajo destilación al vacío para generar isocianato. La desventaja es que la reacción se lleva a cabo a alta temperatura y condiciones fuertemente alcalinas, lo que requiere equipos elevados, altos costos de producción y una industrialización difícil.
⑤Método de hidrólisis
En la década de 1970, se descubrió que la espuma blanda de poliuretano se degradaba mediante vapor de agua caliente bajo cierta presión en diamina y poliéter poliol. Sin embargo, la hidrólisis del poliuretano es diferente de la hidrólisis del poliéster y no es una reacción inversa de la polimerización. Además de diaminas y polioles, en los productos de hidrólisis se libera a veces CO2. Durante la reacción de hidrólisis, la reacción se puede acelerar aumentando la temperatura y la presión o en presencia de un disolvente. Una vez separado y purificado el hidrolizado, se puede resintetizar poliuretano a partir de poliol como materia prima y la diamina también se convierte en isocianato. Dado que la hidrólisis se lleva a cabo a alta temperatura y presión, lo que requiere condiciones y equipos elevados, y la tecnología de purificación del hidrolizado es muy difícil, este método no se ha utilizado ampliamente.
⑥Método de degradación del hidrógeno
El método de degradación del hidrógeno es teóricamente adecuado para la recuperación y utilización de todos los compuestos orgánicos. Una vez triturados los residuos, se colocan en un reactor de hidrogenación y se hacen reaccionar a 40 MPa y 500 °C para obtener productos de degradación similares a los productos de refinación de petróleo. Sin embargo, debido a factores económicos, la hidrogenólisis sólo es adecuada cuando hay que procesar una gran cantidad de residuos de PU.
⑦Método de degradación térmica
El método de degradación térmica generalmente destruye la estructura de los materiales de desecho en un gas inerte o atmósfera oxidante a una temperatura alta de 250 ~ 1200 °C para obtener una fase gaseosa y una mezcla de fracciones en fase líquida. En la actualidad, este método es principalmente adecuado para reciclar mezclas de plásticos de desecho y neumáticos de caucho de desecho, y el reciclaje de desechos de poliuretano aún se encuentra en las primeras etapas de desarrollo.
⑧Método del éster de fosfato
El método del éster de fosfato es una nueva teoría para degradar el poliuretano. El poliuretano se degrada bajo la influencia de fosfato de dimetilo, fosfato de dietilo y fosfato de tris (1-metil-2-cloroetilo). El producto obtenido al degradar poliuretano con éster fosfato contiene fósforo, que puede usarse como aditivo no reactivo para mejorar las propiedades retardantes de llama. También puede usarse para sintetizar poliuretano retardante de llama después de haber sido tratado con compuestos hidroxilo, aminas o sales metálicas.
3. Método de recuperación de energía
Cuando se quema poliuretano, su poder calorífico es de unas 7000kcal/kg, y el calor que puede aportar equivale a la energía que aporta el mismo peso de carbón. Cuando la recuperación física y química de los residuos de poliuretano se ve afectada por factores técnicos, económicos y de otro tipo y no tiene importancia práctica, los residuos pueden triturarse en partículas y usarse como combustible para reemplazar el carbón, el petróleo y el gas natural para recuperar energía y usarse. para cocer cemento o generar electricidad. Debido al alto costo del reciclaje de materiales de poliuretano tratados químicamente, casi todos los métodos de reciclaje de espuma de poliuretano en Japón utilizan la incineración.
La Alianza Estadounidense de la Industria del Poliuretano (API) llevó a cabo una serie de experimentos y señaló que agregar residuos de elastómero de poliuretano y otros componentes de los residuos plásticos sólidos (hasta un 20%) a los residuos sólidos municipales puede aumentar significativamente su combustible. valor calorífico. Aunque el volumen de poliuretano se reducirá al 1% del volumen inicial después de la sinterización, lo que reducirá el volumen de residuos de poliuretano provocará contaminación secundaria. Durante el proceso de recuperación de energía también se produce una gran cantidad de NOX, HCl y trazas de CHCl3, lo que es muy perjudicial para el medio ambiente. Por tanto, si se requiere recuperación energética del poliuretano, se debe controlar estrictamente la emisión de productos de reacción.