Κατάσταση ανακύκλωσης υλικών πολυουρεθάνης στην Κίνα
1, το εργοστάσιο παραγωγής πολυουρεθάνης θα παράγει μεγάλο αριθμό απορριμμάτων κάθε χρόνο, λόγω του σχετικά συμπυκνωμένου, εύκολου στην ανακύκλωση.Τα περισσότερα εργοστάσια χρησιμοποιούν φυσικές και χημικές μεθόδους ανακύκλωσης για την ανάκτηση και την επαναχρησιμοποίηση υλικών σκραπ.
2. Τα απόβλητα πολυουρεθανικών υλικών που χρησιμοποιούνται από τους καταναλωτές δεν έχουν ανακυκλωθεί καλά.Υπάρχουν ορισμένες επιχειρήσεις που ειδικεύονται στην επεξεργασία απορριμμάτων πολυουρεθάνης στην Κίνα, αλλά οι περισσότερες από αυτές είναι κυρίως αποτεφρωμένες και φυσικής ανακύκλωσης.
3, υπάρχουν πολλά πανεπιστήμια και ερευνητικά ιδρύματα στο εσωτερικό και στο εξωτερικό, που δεσμεύονται να αναζητήσουν χημική και βιολογική τεχνολογία ανακύκλωσης πολυουρεθάνης, δημοσίευσαν ορισμένα ακαδημαϊκά αποτελέσματα.Αλλά πραγματικά σε εφαρμογή μεγάλης κλίμακας πολύ λίγων, η Γερμανία H&S είναι ένα από αυτά.
4, η ταξινόμηση οικιακών απορριμμάτων της Κίνας μόλις ξεκίνησε και η τελική ταξινόμηση των υλικών πολυουρεθάνης είναι σχετικά χαμηλή και είναι δύσκολο για τις επιχειρήσεις να συνεχίσουν να προμηθεύονται απόβλητα πολυουρεθάνης για επακόλουθη ανακύκλωση και χρήση.Η ασταθής παροχή απορριμμάτων δυσχεραίνει τη λειτουργία των επιχειρήσεων.
5. Δεν υπάρχει σαφές πρότυπο χρέωσης για την ανακύκλωση και την επεξεργασία μεγάλων απορριμμάτων.Για παράδειγμα, στρώματα από πολυουρεθάνη, μόνωση ψυγείου κ.λπ., με τη βελτίωση των πολιτικών και των βιομηχανικών αλυσίδων, οι επιχειρήσεις ανακύκλωσης μπορούν να αποκτήσουν σημαντικό εισόδημα.
6, ο Huntsman εφηύρε μια μέθοδο για την ανακύκλωση πλαστικών μπουκαλιών PET, μετά από μια σειρά αυστηρών διεργασιών επεξεργασίας, στη μονάδα χημικής αντίδρασης με αντίδραση άλλων πρώτων υλών για την παραγωγή προϊόντων πολυεστέρα πολυόλης, συστατικών προϊόντων έως και 60% από ανακυκλωμένα πλαστικά μπουκάλια PET και πολυεστέρα Η πολυόλη χρησιμοποιείται για την παραγωγή υλικών πολυουρεθάνης μια από τις σημαντικές πρώτες ύλες.Επί του παρόντος, η Huntsman μπορεί να ανακυκλώσει αποτελεσματικά 1 δισεκατομμύριο πλαστικά μπουκάλια PET των 500 ml ετησίως και τα τελευταία πέντε χρόνια, 5 δισεκατομμύρια ανακυκλωμένα πλαστικά μπουκάλια PET έχουν μετατραπεί σε 130.000 τόνους προϊόντων πολυόλης για την παραγωγή μονωτικών υλικών πολυουρεθάνης.
Φυσική Ανακύκλωση
Αυτή η μέθοδος είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνολογία ανακύκλωσης.Ο μαλακός αφρός πολυουρεθάνης κονιοποιείται σε θραύσματα πολλών εκατοστών από έναν θραυστήρα και μια αντιδραστική κόλλα πολυουρεθάνης ψεκάζεται στο μίξερ.Οι κόλλες που χρησιμοποιούνται είναι γενικά συνδυασμοί αφρού πολυουρεθάνης ή τερματικά προπολυμερή με βάση NCO που βασίζονται σε πολυϊσοκυανικό πολυφαινυλικό πολυμεθυλένιο (PAPI).Όταν χρησιμοποιούνται κόλλες με βάση το PAPI για συγκόλληση και διαμόρφωση, μπορεί επίσης να γίνει ανάμιξη με ατμό. και μετά πιέστε το μείγμα.
Θερμοσκληρυνόμενος μαλακός αφρός πολυουρεθάνης και προϊόντα πολυουρεθάνης RIM έχουν ορισμένο βαθμό θερμικής μαλακτικής πλαστικότητας στο εύρος θερμοκρασίας 100-200℃.Υπό υψηλή θερμοκρασία και υψηλή πίεση, η απόβλητη πολυουρεθάνη μπορεί να συγκολληθεί μεταξύ τους χωρίς κόλλα.Προκειμένου να γίνει το ανακυκλωμένο προϊόν πιο ομοιόμορφο, τα απόβλητα συχνά συνθλίβονται και στη συνέχεια θερμαίνονται και συμπιέζονται.
Ο μαλακός αφρός πολυουρεθάνης μπορεί να μετατραπεί σε λεπτά σωματίδια με διαδικασία λείανσης ή λείανσης χαμηλής θερμοκρασίας και η διασπορά αυτού του σωματιδίου προστίθεται στην πολυόλη, η οποία χρησιμοποιείται για την κατασκευή αφρού πολυουρεθάνης ή άλλων προϊόντων, όχι μόνο για την ανάκτηση των απορριμμάτων πολυουρεθάνης, αλλά επίσης να μειώσει αποτελεσματικά το κόστος των προϊόντων.Η περιεκτικότητα κονιοποιημένης σκόνης στον αφρό πολυουρεθάνης ψυχρής σκλήρυνσης με βάση το MDI περιορίζεται στο 15%, και το μέγιστο 25% κονιοποιημένη σκόνη μπορεί να προστεθεί στον αφρό θερμής σκλήρυνσης με βάση το TDI.
Χημική Ανακύκλωση
Η υδρόλυση διόλης είναι μια από τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες μεθόδους χημικής ανάκτησης.Παρουσία μικρών μοριακών διολών (όπως αιθυλενογλυκόλη, προπυλενογλυκόλη, διαιθυλενογλυκόλη) και καταλυτών (τριτοταγείς αμίνες, αλκοολαμίνη ή οργανομεταλλικές ενώσεις), οι πολυουρεθάνες (αφροί, ελαστομερή, προϊόντα RIM κ.λπ.) αλκοολώνονται σε θερμοκρασία περίπου 200°C για αρκετές ώρες για να ληφθούν αναγεννημένες πολυόλες.Οι ανακυκλωμένες πολυόλες μπορούν να αναμιχθούν με φρέσκες πολυόλες για την κατασκευή υλικών πολυουρεθάνης.
Οι αφροί πολυουρεθάνης μπορούν να μετατραπούν στις αρχικές μαλακές πολυόλες και στις σκληρές πολυόλες με αμίνωση.Η αμόλυση είναι μια διαδικασία κατά την οποία ο αφρός πολυουρεθάνης αντιδρά με αμίνες κατά τη διάρκεια της συμπίεσης και της θέρμανσης.Οι αμίνες που χρησιμοποιούνται περιλαμβάνουν μίγμα διβουτυλαμίνης, αιθανολαμίνης, λακτάμης ή λακτάμης και η αντίδραση μπορεί να πραγματοποιηθεί σε θερμοκρασίες κάτω των 150 ° C. Το τελικό προϊόν δεν απαιτεί καθαρισμό του άμεσα παρασκευασμένου αφρού πολυουρεθάνης και μπορεί να αντικαταστήσει πλήρως την πολυουρεθάνη που παρασκευάστηκε από το αρχικό πολυόλη.
Η Dow Chemical εισήγαγε μια διαδικασία χημικής ανάκτησης υδρόλυσης αμινών.Η διαδικασία αποτελείται από δύο στάδια: το απόβλητο πολυουρεθάνης αποσυντίθεται σε υψηλής συγκέντρωσης διασπαρμένο αμινοεστέρα, ουρία, αμίνη και πολυόλη από αλκυλολαμίνη και καταλύτη.Στη συνέχεια πραγματοποιείται η αντίδραση αλκυλίωσης για την απομάκρυνση των αρωματικών αμινών στο ανακτηθέν υλικό και λαμβάνονται οι πολυόλες με καλή απόδοση και ανοιχτό χρώμα.Η μέθοδος μπορεί να ανακτήσει πολλά είδη αφρού πολυουρεθάνης και η ανακτημένη πολυόλη μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολλά είδη υλικών πολυουρεθάνης.Η εταιρεία χρησιμοποιεί επίσης μια διαδικασία χημικής ανακύκλωσης για να αποκτήσει ανακυκλωμένες πολυόλες από εξαρτήματα RRIM, οι οποίες μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν για την ενίσχυση των εξαρτημάτων RIM έως και 30%.
Μέθοδος υδρόλυσης - Το υδροξείδιο του νατρίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καταλύτης υδρόλυσης για την αποσύνθεση μαλακών φυσαλίδων πολυουρεθάνης και σκληρών φυσαλίδων για την παραγωγή πολυολών και ενδιάμεσων αμινών, τα οποία χρησιμοποιούνται ως ανακυκλωμένες πρώτες ύλες.
Αλκαλόλυση: πολυαιθέρας και υδροξείδιο αλκαλιμετάλλου χρησιμοποιούνται ως παράγοντες αποσύνθεσης και τα ανθρακικά αφαιρούνται μετά την αποσύνθεση του αφρού για την ανάκτηση πολυολών και αρωματικών διαμινών.
Η διαδικασία συνδυασμού αλκοόλυσης και αμόλυσης -- πολυαιθερική πολυόλη, υδροξείδιο του καλίου και διαμίνη χρησιμοποιούνται ως παράγοντες αποσύνθεσης και τα ανθρακικά στερεά απομακρύνονται για να ληφθούν πολυαιθερική πολυόλη και διαμίνη.Η αποσύνθεση των σκληρών φυσαλίδων δεν μπορεί να διαχωριστεί, αλλά ο πολυαιθέρας που λαμβάνεται από την αντίδραση του προπυλενοξειδίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας για την παραγωγή σκληρών φυσαλίδων.Τα πλεονεκτήματα αυτής της μεθόδου είναι η χαμηλή θερμοκρασία αποσύνθεσης (60~160℃), ο μικρός χρόνος και η μεγάλη ποσότητα αφρού αποσύνθεσης.
Διαδικασία φωσφόρου αλκοόλης - πολυαιθερικές πολυόλες και αλογονωμένος φωσφορικός εστέρας ως παράγοντες αποσύνθεσης, προϊόντα αποσύνθεσης είναι πολυαιθερικές πολυόλες και στερεό φωσφορικό αμμώνιο, εύκολος διαχωρισμός.
Η Reqra, μια γερμανική εταιρεία ανακύκλωσης, προωθεί μια χαμηλού κόστους τεχνολογία ανακύκλωσης απορριμμάτων πολυουρεθάνης για την ανακύκλωση απορριμμάτων παπουτσιών από πολυουρεθάνη.Σε αυτήν την τεχνολογία ανακύκλωσης, τα απόβλητα πρώτα θρυμματίζονται σε σωματίδια 10 mm, θερμαίνονται στον αντιδραστήρα με ένα διασκορπιστικό για να υγροποιηθούν και τελικά ανακτώνται για να ληφθούν υγρές πολυόλες.
Μέθοδος αποσύνθεσης φαινόλης -- Η Ιαπωνία θα σπαταλήσει μαλακό αφρό πολυουρεθάνης θρυμματισμένο και αναμεμειγμένο με φαινόλη, θερμαινόμενο υπό όξινες συνθήκες, σπασμένο καρβαμικό δεσμό, σε συνδυασμό με ομάδα υδροξυλίου φαινόλης και στη συνέχεια αντιδρά με φορμαλδεΰδη για να παράγει φαινολική ρητίνη, προσθέτει εξαμεθυλενοτετραμίνη για να στερεοποιηθεί. παρασκευάζεται με καλή αντοχή και σκληρότητα, εξαιρετικής αντοχής στη θερμότητα προϊόντα φαινολικής ρητίνης.
Πυρόλυση - οι μαλακές φυσαλίδες πολυουρεθάνης μπορούν να αποσυντεθούν σε υψηλές θερμοκρασίες υπό αερόβιες ή αναερόβιες συνθήκες για να ληφθούν ελαιώδεις ουσίες και οι πολυόλες μπορούν να ληφθούν με διαχωρισμό.
Ανάκτηση θερμότητας και επεξεργασία χωματερών
Η ανάκτηση ενέργειας από τα απόβλητα πολυουρεθάνης είναι μια πιο φιλική προς το περιβάλλον και οικονομικά πολύτιμη τεχνολογία.Η Αμερικανική Επιτροπή Ανακύκλωσης Πολυουρεθάνης διεξάγει ένα πείραμα στο οποίο το 20% των απορριμμάτων μαλακού αφρού πολυουρεθάνης προστίθεται σε έναν αποτεφρωτή στερεών απορριμμάτων.Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η υπολειμματική τέφρα και οι εκπομπές εξακολουθούσαν να βρίσκονται εντός των καθορισμένων περιβαλλοντικών απαιτήσεων και η θερμότητα που απελευθερώνεται μετά την προσθήκη του αφρού των αποβλήτων εξοικονόμησε σημαντικά την κατανάλωση ορυκτών καυσίμων.Στην Ευρώπη, χώρες όπως η Σουηδία, η Ελβετία, η Γερμανία και η Δανία πειραματίζονται επίσης με τεχνολογίες που χρησιμοποιούν ενέργεια που ανακτάται από την αποτέφρωση απορριμμάτων πολυουρεθάνης για την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας και θέρμανσης.
Ο αφρός πολυουρεθάνης μπορεί να αλεσθεί σε σκόνη, είτε μόνος του είτε με άλλα απορρίμματα πλαστικών, για να αντικαταστήσει τη σκόνη λεπτού άνθρακα και να καεί σε κλίβανο για ανάκτηση θερμικής ενέργειας.Η απόδοση καύσης του λιπάσματος πολυουρεθάνης μπορεί να βελτιωθεί με μικροσκόνη.
Ελλείψει οξυγόνου, υψηλής θερμοκρασίας, υψηλής πίεσης και καταλύτη, οι μαλακοί αφροί πολυουρεθάνης και τα ελαστομερή μπορούν να αποσυντεθούν θερμικά για να ληφθούν προϊόντα αερίου και πετρελαίου.Το προκύπτον λάδι θερμικής αποσύνθεσης περιέχει μερικές πολυόλες, οι οποίες καθαρίζονται και μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πρώτη ύλη, αλλά γενικά χρησιμοποιούνται ως μαζούτ.Αυτή η μέθοδος είναι κατάλληλη για την ανακύκλωση μικτών απορριμμάτων με άλλα πλαστικά.Ωστόσο, η αποσύνθεση αζωτούχου πολυμερούς όπως ο αφρός πολυουρεθάνης μπορεί να υποβαθμίσει τον καταλύτη.Μέχρι στιγμής αυτή η προσέγγιση δεν έχει υιοθετηθεί ευρέως.
Δεδομένου ότι η πολυουρεθάνη είναι ένα πολυμερές που περιέχει άζωτο, ανεξάρτητα από τη μέθοδο ανάκτησης της καύσης που χρησιμοποιείται, πρέπει να χρησιμοποιούνται οι βέλτιστες συνθήκες καύσης για τη μείωση της παραγωγής οξειδίων και αμινών του αζώτου.Οι φούρνοι καύσης πρέπει να είναι εξοπλισμένοι με κατάλληλες συσκευές επεξεργασίας καυσαερίων.
Μια σημαντική ποσότητα απορριμμάτων αφρού πολυουρεθάνης απορρίπτεται επί του παρόντος σε χώρους υγειονομικής ταφής.Ορισμένοι αφροί δεν μπορούν να ανακυκλωθούν, όπως οι αφροί πολυουρεθάνης που χρησιμοποιούνται ως σπόροι σποράς.Όπως και άλλα πλαστικά, εάν το υλικό είναι πάντα σταθερό στο φυσικό περιβάλλον, θα συσσωρευτεί με την πάροδο του χρόνου και υπάρχει πίεση στο περιβάλλον.Προκειμένου να αποσυντεθούν τα απόβλητα πολυουρεθάνης σε χώρους υγειονομικής ταφής υπό φυσικές συνθήκες, οι άνθρωποι έχουν αρχίσει να αναπτύσσουν βιοαποδομήσιμη ρητίνη πολυουρεθάνης.Για παράδειγμα, τα μόρια πολυουρεθάνης περιέχουν υδατάνθρακες, κυτταρίνη, λιγνίνη ή πολυκαπρολακτόνη και άλλες βιοαποδομήσιμες ενώσεις.
Ανακάλυψη Ανακύκλωσης
Το 2011, φοιτητές του Πανεπιστημίου Yale έγιναν πρωτοσέλιδα όταν ανακάλυψαν έναν μύκητα που ονομάζεται Pestalotiopsis microspora στον Ισημερινό.Ο μύκητας είναι σε θέση να αφομοιώσει και να διασπάσει το πλαστικό πολυουρεθάνης, ακόμη και σε περιβάλλον χωρίς αέρα (αναερόβιο), το οποίο θα μπορούσε να τον κάνει να λειτουργήσει ακόμη και στον πάτο μιας χωματερής.
Ενώ ο καθηγητής που ηγήθηκε της ερευνητικής περιοδείας προειδοποίησε να μην περιμένουμε πάρα πολλά από τα ευρήματα βραχυπρόθεσμα, δεν υπάρχει αμφιβολία για την ελκυστικότητα της ιδέας ενός ταχύτερου, καθαρότερου, χωρίς παρενέργειες και πιο φυσικού τρόπου απόρριψης πλαστικών απορριμμάτων .
Λίγα χρόνια αργότερα, η σχεδιάστρια Katharina Unger του LIVIN Studio συνεργάστηκε με το τμήμα μικροβιολογίας του Πανεπιστημίου της Ουτρέχτης για να ξεκινήσει ένα έργο που ονομάζεται Fungi Mutarium.
Χρησιμοποίησαν το μυκήλιο (το γραμμικό, θρεπτικό μέρος των μανιταριών) δύο πολύ κοινών βρώσιμων μανιταριών, συμπεριλαμβανομένων των μανιταριών στρειδιών και της σχιζοφύλλης.Σε μια περίοδο αρκετών μηνών, ο μύκητας αποδόμησε πλήρως τα πλαστικά υπολείμματα ενώ αναπτύχθηκε κανονικά γύρω από το λοβό του βρώσιμου AGAR.Προφανώς, το πλαστικό γίνεται σνακ για το μυκήλιο.
Άλλοι ερευνητές συνεχίζουν επίσης να εργάζονται για το θέμα.Το 2017, ο Sehroon Khan, ένας επιστήμονας στο Παγκόσμιο Κέντρο Αγροδασών, και η ομάδα του ανακάλυψαν έναν άλλο μύκητα που αποικοδομεί τα πλαστικά, τον Aspergillus tubingensis, σε μια χωματερή στο Ισλαμαμπάντ του Πακιστάν.
Ο μύκητας μπορεί να αναπτυχθεί σε μεγάλους αριθμούς σε πολυεστερική πολυουρεθάνη μέσα σε δύο μήνες και να τον διασπάσει σε μικρά κομμάτια.
Μια ομάδα στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόις, με επικεφαλής τον καθηγητή Στίβεν Ζίμερμαν, ανέπτυξε έναν τρόπο να διασπά τα απόβλητα πολυουρεθάνης και να τα μετατρέπει σε άλλα χρήσιμα προϊόντα.
Ο μεταπτυχιακός φοιτητής Ephraim Morado ελπίζει να λύσει το πρόβλημα των απορριμμάτων πολυουρεθάνης με χημική επαναχρησιμοποίηση πολυμερών.Ωστόσο, οι πολυουρεθάνες είναι εξαιρετικά σταθερές και αποτελούνται από δύο συστατικά που είναι δύσκολο να διασπαστούν: ισοκυανικές ενώσεις και πολυόλες.
Οι πολυόλες είναι βασικές γιατί προέρχονται από πετρέλαιο και δεν αποικοδομούνται εύκολα.Για να αποφευχθεί αυτή η δυσκολία, η ομάδα υιοθέτησε μια χημική μονάδα ακετάλης που αποικοδομείται πιο εύκολα και υδατοδιαλυτή.Τα προϊόντα αποικοδόμησης των διαλυμένων πολυμερών με τριχλωροξικό οξύ και διχλωρομεθάνιο σε θερμοκρασία δωματίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή νέων υλικών.Ως απόδειξη της ιδέας, η Morado είναι σε θέση να μετατρέψει τα ελαστομερή, τα οποία χρησιμοποιούνται ευρέως στη συσκευασία και τα εξαρτήματα αυτοκινήτων, σε κόλλες.
Αλλά το μεγαλύτερο μειονέκτημα αυτής της νέας μεθόδου ανάκτησης είναι το κόστος και η τοξικότητα των πρώτων υλών που χρησιμοποιούνται για τη διεξαγωγή της αντίδρασης.Ως εκ τούτου, οι ερευνητές προσπαθούν επί του παρόντος να βρουν έναν καλύτερο και φθηνότερο τρόπο για να επιτύχουν την ίδια διαδικασία χρησιμοποιώντας έναν ήπιο διαλύτη (όπως το ξύδι) για αποικοδόμηση.
Μερικές εταιρικές προσπάθειες
1. Σχέδιο έρευνας PUReSmart
2. Έργο FOAM2FOAM
3. Tenglong Brilliant: Ανακύκλωση μονωτικών υλικών πολυουρεθάνης για αναδυόμενα οικοδομικά υλικά
4. Adidas: Ένα πλήρως ανακυκλώσιμο παπούτσι για τρέξιμο
5. Salomon: Ανακύκλωση πλήρων αθλητικών παπουτσιών TPU για την κατασκευή μπότες του σκι
6. Cosi: Η Chuang συνεργάζεται με την Επιτροπή Ανακύκλωσης Στρωμάτων για την προώθηση της κυκλικής οικονομίας
7. Γερμανική εταιρεία H&S: Τεχνολογία αλκοόλυσης αφρού πολυουρεθάνης για την κατασκευή στρωμάτων από σφουγγάρι
Ώρα δημοσίευσης: Αύγ-30-2023