聚氨酯的回收利用.ppt

聚氨酯的回收利用聚氨酯（PU）材料是异氰酸酯和多元醇反应得到的一类聚合物的统称。PU材料种类繁多，既有线性结构的柔韧品种，又有高度交联的刚性品种。其应用范围也十分广泛，从椅垫到汽车保险杆，应有尽有。汽车座椅聚氨酯泡沫制品的废弃物和碎片可占此类制品总量的15%~20%，特别是那些需要机械切割的大件产品。当今，在美国和欧洲，大多数PU绝热废弃物仍然是被压缩成约500kg/m3的砖块，然后填埋处理。尽管在许多地方这是最经济的手段，但可供填埋的地方越来越少，费用也越来越高；而且，这将导致材料价值的全部丧失，同时也没有考虑到对环境的污染，因此应当避免采取这种方法。
因此许多研究者致力于寻找回收和处理PU废弃物的其他方式，其中物理和化学回收方法具有良好的前景，它们可以利用材料的价值，并不会产生污染。2.1物理回收
物理回收又称为直接回收,是在不破坏PU本身的化学结构、不改变组成的情况下用物理方法加以回收利用。
2.1.1机械回收
把PU废品研磨成粉末，然后重新利用这些粉末，通过各种机械循环方法进行回收的方法。这种回收方法中的废品主要来自于工厂的碎片和边角料以及快速消费商品。见过研磨而成的PU粉末可以当作填料应用在PU泡沫或弹性体中。当充当填料时，研磨而成的粉末通常最先加入到多羟基化合物的加工过程中。对于成型的PU产品，如汽车座椅背等，在不影响任何外观和性能的条件下，PU的粉末含量可以达到20％。2.1.2热压成型
聚氨酯分子链上的氨基甲酸酯链节和脲素链节可以发生化学反应，生成新的化学键，通过配位键或氢键的方式粘接起来。对于一些低交联度的热固性聚氨酯废弃物来说，它们在100~220之间具有一定的热软化可塑性，在这个温度范围内加热加压，能直接粘结在一起，而不使用粘合剂。2.1.3挤出成型
挤出成型是通过螺杆的热、剪切作用把大分子链变成中等长度链，将硬质聚氨酯材料转变成软塑性材料，这种材料适合用作强度高、硬度高、但对断裂伸长率要求不高的塑料制品。对于软质微孔聚氨酯泡沫废料，将带皮的泡沫混合热塑性弹性体等废弃塑料粉碎后，可用于注射成型鞋底等制品。2.2化学回收
化学回收是指通过对PU废弃物进行解聚处理，回收多元醇，为PU聚合提供原料。PU化学回收的方法有很多，如水解、氨解、糖解、醇解和混合方法等。这些回收方法各有特点，主要取决于所用PU废弃物的质量、成品的质量，以及所需纯化、清洗步骤的多少。2.2.1水解法
在20世纪70年代，人们发现用热水蒸汽在一定压力下可以将聚氨酯软泡降解成二胺和聚醚型多元醇。但是，聚氨酯的水解与PET的水解不同，它不是聚合的逆反应，水解产物中除了二胺和多元醇，还有CO2放出，反应机理如下所示：
在水解反应过程中，提高温度和压力或有溶剂存在的情况下可以使反应加快。水解产物经过分离和提纯，多元醇可以作为原材料重新用来合成聚氨酯，二胺可以转化为异氰酸酯。连续或非连续水解法在有关文章和专利中均有报道。但是由于水解是在高温高压下进行的，对水解条件和设备要求很高，而且水解产物的提纯技术难度也很大，所以这种方法并没有得到广泛的应用。
2.2.2醇解法
醇解法是将聚氨酯废料变成原料回收利用的一种基本方法，主要目的是回收可以重新用来合成聚氨酯材料的多元醇。醇解法一般采用低分子醇作降解剂，它与水解法的反应机理有些相近，但降解条件比较温和，在一定催化剂作用下，在150~250℃的温度范围内，常压下就可以将聚氨酯降解成低聚物，并且通过这种方法获得的降解产物可以直接使用。目前，醇解法是研究和应用最广泛的一种方法。这种方法可以用来回收硬泡沫(热绝缘材料)、微孔弹性体(鞋底)和结构泡沫、柔性弹性体等等，并且在回收硬的鞋底废料和聚氨酷泡沫中己得到了工业化的应用。

其反应机理如下：
醇解反应中所用醇解剂的种类较多，可以是乙二醇、二乙二醇、丙二醇、二丙二醇、丁二醇、聚乙二醇等。此外，还使用助醇解剂加醇胺、叔胺、碱金属或碱土金属的醋酸盐、钛酸酯等，反应温度一般在150℃~250℃。在醇解反应中，聚氨酯废料、醇解剂、助醇解剂的种类和配比以及反应温度和反应时间都会影响最终产物。
醇解法的特点是：该法适用于多种聚氨酯，反应可在常压、中温的反应器中进行。过量的醇解剂可采用减压蒸馏等方式分离，也可根据使用目的和降解方法的不同直接应用。
2.2.3胺解法
聚氨酯材料在含有胺基的化合物中很容易分解生成含有羟基及胺基的化合物,由于胺基的反应性强,该反应在较低的温度下即可进行。其反应机理如下：聚氨酯的胺解与胺的类型、反应温度以及聚氨酯/降解剂比率有关。当胺的分子量越低，降解速度越快，降解产物中的胺含量越高，粘度越低。降解温度越
高，降解速度越快，降解产物的粘度越低，但胺含量并不高。胺解法与醇解法相比，胺解速度快，反应温度低，降解产物中胺值高。并且，降解产物中的胺含量随聚氨酯泡