廢舊硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的回收處理技術(shù)現(xiàn)狀

牟善友，張國鵬，魏 慧

(1.山東建筑大學(xué)，山東 濟南 250031；2.日照交通發(fā)展集團有限公司，山東 日照 276800;3.山東省交通科學(xué)研究院，山東 濟南 250031)

廢舊硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的回收處理技術(shù)現(xiàn)狀

牟善友1，張國鵬2，魏 慧3

(1.山東建筑大學(xué)，山東 濟南 250031；2.日照交通發(fā)展集團有限公司，山東 日照 276800;3.山東省交通科學(xué)研究院，山東 濟南 250031)

隨著硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了大量的聚氨酯廢棄物，在注重環(huán)保的今天，其回收利用技術(shù)也備受關(guān)注。本文介紹了廢舊硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的處理技術(shù)，主要包括粉碎法、物理法、 化學(xué)法、 焚燒等技術(shù)，以及國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀。

聚氨酯；廢舊聚氨酯泡沫塑料; 回收處理技術(shù)

作為一種良好性能的結(jié)構(gòu)材料和絕熱材料。硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料產(chǎn)量僅次于軟質(zhì)泡沫塑料。由于其高度交聯(lián)的熱固性，使得此類材料的孔泡結(jié)構(gòu)大部分是閉孔型，也有少量開孔結(jié)構(gòu)硬泡用于特殊目的。

硬韌性是硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的主要特性，但由于原材料中發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑、催化劑、固化劑等助劑的摻量與型號的差異，泡沫結(jié)構(gòu)性能也會發(fā)生相應(yīng)變化。聚氨酯泡沫材料的彈性、耐低溫性、可發(fā)泡性、耐溶劑性、耐磨性、耐酸堿性等優(yōu)異性能使其廣泛用于冰箱、冰柜的箱體絕熱層、冷庫、冷藏車等絕熱材料，建筑物、儲罐及管道保溫材料，少量用于非絕熱場合，如仿木材、包裝材料，以及道路養(yǎng)護材料等。隨著使用范圍的變大及用量的增加，大量泡沫廢料隨之出現(xiàn)，造成自然環(huán)境惡化，因此廢舊聚氨酯硬泡的回收處理技備受關(guān)注。

一般情況下，廢舊硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料回收技術(shù)有粉碎法、物理法、化學(xué)法以及燃燒回收法[1]。

1 粉碎法

聚氨酯硬質(zhì)泡沫邊角料及廢舊料在使用前首先進行切割或粉碎、過篩得到所需粒度。硬質(zhì)廢舊聚氨酯泡沫易于粉碎， 目前的工藝成熟很多，像精密切割、Flachm atrit sen擠壓等工藝，都能將廢棄泡沫粉碎致粒度小于1mm。

2 物理法

此法是通過改變廢舊料的物理形態(tài)后再直接利用廢舊泡沫材料的一種方法。主要有粘合加壓成型、熱壓成型、擠出成型和用作填料四種途徑，主要采用粘合加壓成型。

2．1 粘合加壓成型

這是最主要的回收方法。其要點是：應(yīng)先將廢舊硬質(zhì)泡沫材料粉碎成細片，在表面涂抹聚氨酯粘合劑。然后通入高溫水蒸氣等氣體，使熔融或溶解后的聚氨酯粘合劑對粉狀泡沫材料進行黏結(jié)，最后加壓重塑成所需形狀的泡沫[2]。

硬質(zhì)聚氨酯泡沫廢料主要有兩種：一種是不含雜物的廢料，冰例如箱、冷庫；另一種廢料含有較多金屬面材或纖維摻混物， 例如絕熱夾芯板、管材等。他們的回收工藝有所不同。

冷庫和冰箱等用的硬質(zhì)泡沫材料是單一的聚氨酯，回收工藝簡單，常用PAPI進行膠粘。膠粘劑應(yīng)均勻涂抹在廢舊泡沫材料之間，無空氣噴霧法比較適合，膠粘劑用量大約為廢舊料質(zhì)量的5%～10%，均勻混合后，再預(yù)制成坯墊，置入已涂刷隔離劑的試模中，再放入高壓高溫條件下，高溫在120～220℃之間，根據(jù)坯墊的密度和產(chǎn)品要求決定模內(nèi)壓力，壓力在0.5～5MPa間。由于硬質(zhì)聚氨酯泡沫廢料耐水性好，可用來制作船用家具。還具有良好的彈性，適用作體育館地板。

廢舊的絕熱夾芯板聚氨酯硬泡材料經(jīng)粉碎后的成分比較復(fù)雜，約有3%鋁箔、2%玻璃纖維、70%聚氨酯泡沫，25%纖維，很難篩分 直接摻加進聚醚多元醇中作為填充料時，會使其粘度急劇增大，4%的摻量就能使其變成不能使用的膏狀物廢料。所以需尋找更好的加工工藝。將聚氨酯硬質(zhì)泡沫夾心板廢材料粉碎為12l7mm左右的碎片，加入6%的PAPI進行膠粘，在轉(zhuǎn)動式混合器內(nèi)進行混合，再制成厚度約為l2．7mm的板，制板過程需在176℃條件下進行，大約6min可制作完成。此板的硬度、彎曲強度、內(nèi)部粘接強度、撥螺紋強度比木質(zhì)碎料板好。但在密度相同時，其剛度比木質(zhì)碎料板差。但可添加木材碎片、低價木纖維、廢紙碎片來提高剛度，使其達到規(guī)范要求。

2．2 用作填充料

在目前許多建筑填充材料中，很大一部分為廢舊硬質(zhì)聚氨酯泡粉沫。例如用作屋頂?shù)慕^熱層，把廢舊硬質(zhì)聚氨酯泡沫粉、砂、水、水泥混合均勻鋪作房頂面的底層，材料的絕熱性能好，質(zhì)量輕，且材料上可以錠釘。

2．3 擠出成型

此法是通過熱力學(xué)作用來改變分子鏈結(jié)構(gòu)性質(zhì)，轉(zhuǎn)變成中等長度鏈，因而Pu材料就被轉(zhuǎn)變成軟塑性材料，適用于對強度、硬度要求高，對斷裂伸長率要求低的塑料件。回收軟質(zhì)微孔PU泡沫材料時，可將其粉碎，摻加到熱塑性聚氨酯內(nèi)，用擠出成型機制成顆粒，可用于鞋底等產(chǎn)品中，德國Bayer公司進行過這方面的研究[3]。

3 化學(xué)法

因為聚氨酯的聚合反應(yīng)具有可逆性，達到具備的反應(yīng)條件，逆向反應(yīng)即可進行，聚氨酯會逐步解聚，生成原反應(yīng)物或其它的物質(zhì)，經(jīng)過蒸餾等設(shè)備，可得到純凈單體多元醇、胺、異氰酸酯等。目前已有多套裝置投入試運行，進行聚氨酯廢料回收?；厥盏亩嘣嫉茸鳛樵牧显龠M行聚氨酯的制備，此方式是目前聚氨酯廢材回收的主要攻關(guān)方向之一。

根據(jù)分解產(chǎn)物的不同，化學(xué)回收法可分為六種具體的方法，分別是熱解法、加氫裂解法、醇解法、氨解法、水解法、堿解法。熱解法會生成液態(tài)和氣態(tài)餾分混合物；加氫裂解法主要產(chǎn)生油和氣；醇解法一般產(chǎn)生多元醇混合物；氨解法產(chǎn)生胺、脲和多元醇；水解法產(chǎn)生多元胺與多元醇；堿解法產(chǎn)生醇、胺以及相應(yīng)堿的碳酸鹽。

3．1 二元醇醇解法

此法是化學(xué)法領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)較成熟的方法、研究得也最多，并在工業(yè)化應(yīng)用上初具規(guī)模。醇解法就是在加熱條件下，用醇類化合物做分解劑，將聚氨酯廢料分解成聚醚多元醇。廢舊聚氨酯材料用乙二醇類二元醇做醇解劑，在中等溫度或中等溫度/催化劑和有惰性氣體保護下反應(yīng)降解為低分子齊聚多元醇等，反應(yīng)產(chǎn)物組成較簡單且穩(wěn)定，易于分離和純化。反應(yīng)溫度、醇解時間、催化劑種類及用量都會對醇解反應(yīng)產(chǎn)生影響。

3．2 堿降解法

堿降解法是以AOH(A為Na、Ca、Li、K之一或多種混合物)為降解劑，溫度控制在160～200℃左右，聚氨酯硬泡將會降解成低聚物。將酯類或鹵代烴等非極性溶劑和水加到降解產(chǎn)物中，降解產(chǎn)物會分為兩層，上層經(jīng)過蒸餾可得到多元醇，可再次用于生產(chǎn)聚氨酯硬泡。下層的二胺經(jīng)濃縮、結(jié)晶、真空蒸餾或重結(jié)晶可生成異氰酸酯。

不足之處是反應(yīng)過程需要在強堿、高溫條件下進行，這就對對設(shè)備要求高，提高了生產(chǎn)成本。

4 燃燒回收熱能

聚氨酯含有大量的C、H、O、N，1kg聚氨酯燃燒時會產(chǎn)生約25～28mJ，可替代部分煤作燃料。聚氨酯泡沫燃燒時產(chǎn)生的氣體不含硫化物，只含少量的NO2， 用作鍋爐燃料時，比燃油、煤等燃料劃算。但若燃燒不完全時，將產(chǎn)生有毒氣體造成大氣污染。所以需謹慎選用此法。

5 結(jié)語

因硬質(zhì)聚氨酯泡沫材料具有優(yōu)良的性能，使其廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，也隨之產(chǎn)生許多廢舊材料，對廢料進行回收利用可有效地減少污染，保護環(huán)境，節(jié)約資源。從經(jīng)濟角度看，對于廢舊硬質(zhì)聚氨酯泡沫材料的回收，直接回收利用最好，但產(chǎn)品性能差。從產(chǎn)品的性能方面看，還是水解、醇解、堿解類化學(xué)法比較好。PU廢料不適合采用能量回收法。不同處理方法的選擇需結(jié)合實際情況，才能獲得最佳投入產(chǎn)出比。

[1] 李俊賢．塑料工業(yè)手冊：聚氨酯[M]. 1版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999．

[2] 吳自強，曹紅軍．廢聚氨酯的綜合利用[J]．再生資源研究，2003(4)：19-23．

[3] 張玉霞.熱固性塑料回收利用技術(shù)[J]．中國塑料，1997，11(3)：56-64．

PresentSituationofRecyclingTechnologyofWasteRigidPolyurethaneFoam

MouShanyou1，ZhangGuopeng2,WeiHui3

(1.Shandong Jianzhu University， Jinan 250031，China； 2.Rizhao Transportation Development Group Co., Ltd.， Rizhao 276800，China ;3.Shandong Institute of Transportation Science,Jinan 250031, China)

With the extensive appcation of rigid polyurethane foam, a great deal of polyurethane waste has been produced, and the recycling technology has attracted much attention today.

polyurethane; waste polyurethane foam; recycling technology

2017-07-12

牟善友(1994—),山東日照人，研究生，研究方向：瀝青與瀝青混合料。

X705

A

1008-021X(2017)18-0198-02

(本文文獻格式牟善友，張國鵬，魏慧.廢舊硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的回收處理技術(shù)現(xiàn)狀[J].山東化工，2017，46(18)：198-199.)