軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料廢舊物的產(chǎn)生及回收情況
聚氨酯化學(xué)，在我國(guó)起步較晚，60年代開(kāi)始獨(dú)立研制和發(fā)展聚氨酯產(chǎn)品，80年代引進(jìn)異氰酸酯和聚醚多元醇生產(chǎn)裝置，至90年代才相繼擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的制造技術(shù)。聚氨酯產(chǎn)品得以廣泛應(yīng)用也就是十多年，其廢棄物對(duì)環(huán)境造成的壓力還不是很明顯，再加上聚氨酯泡沫塑料是熱固性聚合材料，不能像熱塑性塑料那樣熔融再生利用，它的回收相對(duì)來(lái)說(shuō)比較困難，國(guó)內(nèi)對(duì)聚氨酯廢棄物的研究與報(bào)道不多，多是介紹國(guó)外的研究現(xiàn)狀。但進(jìn)入21世紀(jì)后，汽車(chē)等制造業(yè)以及隔熱制冷等行業(yè)的飛速發(fā)展，我國(guó)聚氨酯泡沫塑料的年產(chǎn)量已達(dá)50萬(wàn)噸，軟泡約占三分之二左右，硬泡占三分之一，并以7％的年增長(zhǎng)率快速增長(zhǎng)。由此聚氨酯泡沫塑料下腳料也越來(lái)越多，軟泡在制備過(guò)程中大約產(chǎn)生10％左右廢料：硬泡在制備過(guò)程中大約產(chǎn)生15％左右的廢料。再加上許多聚氨酯制品都即將進(jìn)入老化報(bào)廢期，因此研究開(kāi)發(fā)聚氨酯泡沫的回收也亟日可待。
1.從能源的角度講，資源耗盡只是時(shí)間問(wèn)題，資源必須反復(fù)利用，塑料再生就是石油的再生，也是基本國(guó)策，廢舊塑料的再生利用是塑料行業(yè)持續(xù)發(fā)展的必由之路，也是最經(jīng)濟(jì)有效的辦法。因此無(wú)論是考慮未來(lái)環(huán)境還是能源，聚氨酯泡沫塑料廢舊物的回收利用都必作為我國(guó)當(dāng)前需要解決的重大問(wèn)題。
本文主要對(duì)軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的回收利用技術(shù)進(jìn)行討論。軟質(zhì)泡沫的回收利用技術(shù)可分為兩大類(lèi)，一是物理法，二是化學(xué)法。物理法回收技術(shù)是采用粘結(jié)加壓成型、作填料、擠出成型等辦法，對(duì)泡沫塑料進(jìn)行回收再利用的一種方法，該方法簡(jiǎn)單易行，也比較成熟，但回收來(lái)的泡沫適合作低檔產(chǎn)品，而且老化淘汰的更快?；瘜W(xué)法回收技術(shù)工藝相對(duì)復(fù)雜，工業(yè)化成熟較晚，直到現(xiàn)在新的降解方法仍不斷出現(xiàn)，但最終回收物制得的泡沫性能較好。下文針對(duì)軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的這兩種回收方法進(jìn)行討論。
2.粘結(jié)加壓成型
這種方法是通過(guò)粉粹機(jī)把聚氨酯軟質(zhì)泡沫粉粹成3-10毫米的碎料，放入帶有攪拌器的容器里，噴灑反應(yīng)型、單組份濕固化型多苯基多亞甲基多異氰酸酯類(lèi)粘合劑，粘合劑用量約為廢舊料質(zhì)量的5％-10%，混合均勻后，將噴上膠液的泡沫放入模具中模塑，按適當(dāng)?shù)膲嚎s比，室溫固化12小時(shí)，或150℃下保持 40分鐘，即得成品。得到的回收泡沫可用作包裝、汽車(chē)襯里、地毯被襯、支撐物等低檔部件?！ ≌辰Y(jié)加壓成型回收聚氨酯泡沫，是所有回收方法中最簡(jiǎn)單也是最成熟的一種方法，它工藝簡(jiǎn)單、投資少，適合中小企業(yè)應(yīng)用。據(jù)報(bào)道，僅美國(guó)每年就有20萬(wàn)噸以上的軟質(zhì)泡沫廢料粉碎后粘結(jié)成再生泡沫。歐洲也多由塊狀軟質(zhì)泡沫塑料生產(chǎn)中的邊角料及舊汽車(chē)、沙發(fā)、床、座椅的軟墊泡沫生產(chǎn)再粘結(jié)泡沫制品。ICI聚氨酯公司用廢舊汽車(chē)坐墊生產(chǎn)地毯被襯。1997年日本豐田汽車(chē)公司用回收的舊汽車(chē)椅墊泡沫再粉碎粘結(jié)后用作隔音材料。
這種粘接加壓成型回收來(lái)的再生品拉伸強(qiáng)度、抗撕裂性、斷裂伸長(zhǎng)率下降較大，而硬度有所增加，此外由于得到的回收品表面光潔度較差，因此只適用于拉伸性能和表面性能要求不高的領(lǐng)域。
3.作填料
軟質(zhì)聚氨酯廢舊泡沫經(jīng)過(guò)篩選、清洗徹底清除可能含有的金屬雜質(zhì)后，將其粉碎成粒徑為3mm左右的粒子，再在低溫下或采用兩輥研磨室溫粉碎機(jī)將粒子再粉碎成180-300?滋m的粉末，然后再把粉末作為填料加入到新的軟質(zhì)泡沫組合料中去。這樣不但回收了廢舊的泡沫塑料，而且還降低了新制品的成本，在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上都具有可行性，很適合軟泡生產(chǎn)廠在廠內(nèi)的廢料自我消化。
對(duì)加入填料的多元醇，首先需要考慮的問(wèn)題是其流動(dòng)性，粘度增加主要與回收物添加的比例以及微細(xì)研磨的粒子的特性、粒徑有關(guān)。然后還要考慮它對(duì)制品性能的影響。
研究表明，當(dāng)回收物加入量不超過(guò)10％時(shí)，制得的軟泡的物性與常規(guī)的泡沫相比差別很小，與回收物粒徑的關(guān)系也不大。但隨回收物加入量以及粒徑的增加會(huì)使多元醇的粘度急劇增加，可能導(dǎo)致發(fā)泡機(jī)混合頭混合困難、混合壓力過(guò)高、組合料注射入模具時(shí)不流暢等問(wèn)題，為此采用這種方法回收聚氨酯廢舊泡必須對(duì)發(fā)泡設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)。
4.擠出成型
擠出成型是利用熱力學(xué)作用把軟質(zhì)聚氨酯泡沫內(nèi)的分子鏈變成中等長(zhǎng)度鏈，將泡沫材料轉(zhuǎn)變成軟塑性材料。這種材料適合做強(qiáng)度高，硬度高，但對(duì)拉伸、斷裂伸長(zhǎng)率要求不高的塑料品，具體做法就是將泡沫粉碎成粉末，摻混到熱塑性聚氨酯中，在擠出成型機(jī)中造粒，采用注射成型方法制造鞋底等制品，德國(guó)Bayer公司曾做過(guò)這方面的研究。這種方法適合回收的廢舊品很有限，不適合大規(guī)模的回收。
5.化學(xué)回收法
聚氨酯是由含異氰酸酯基-NCO的化合物如TDI、MDI等與含活潑氫的化合物如ROH、RNH2，通過(guò)聚合反應(yīng)得到的，聚合物中含有氨基甲酸酯鍵、脲鍵等
化學(xué)回收就是在一定條件下采用醇解、水解、堿解、熱解的方法把軟質(zhì)聚氨酯泡沫中的氨基甲酸酯基和脲基斷裂，分解成多元醇及芳香族胺、二氧化碳等，然后通過(guò)蒸餾等設(shè)備，將分解物進(jìn)行分離，達(dá)到回收的目的。
6.熱解法
軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的熱解有兩種方法，一種方法是在惰性氣體氛圍或氧化氣氛中及高溫250-1200℃下進(jìn)行裂解，產(chǎn)物為氣態(tài)和液態(tài)混合物。采取這種方法裂解時(shí)，產(chǎn)物和溫度有關(guān)，例如在250-300℃裂解軟泡廢料，產(chǎn)物為基本等量的異氰酸酯和多元醇，在700-800℃下進(jìn)行裂解，產(chǎn)物為熱解氣，油和焦炭，得到的熱解氣用來(lái)作為熱解反應(yīng)的燃料，以節(jié)約熱解費(fèi)用，油則用來(lái)加工制成新的塑料或其他化工制品。另一種方法是在熱解裝置中，適當(dāng)氧濃度、適當(dāng)溫度下，利用部分泡沫體燃燒放出的熱量提供能量，是泡沫體產(chǎn)生熱裂解，從而獲得部分異氰酸酯和多元醇，通常熱解溫度400℃，氧濃度21％，該方法多元醇收率可達(dá)50-55％。
熱解兩種形式的方法無(wú)論采取哪一種，回收的液體產(chǎn)物成分都比較復(fù)雜，分離非常困難，而且只有高溫深度裂解的氣態(tài)餾份才可作燃料使用。從環(huán)保和經(jīng)濟(jì)的角度考慮，這種方法在當(dāng)前并不實(shí)用，諸多問(wèn)題需要進(jìn)一步解決。
最后，還有從我國(guó)的現(xiàn)狀分析，不僅是軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，還有硬質(zhì)的，其回收的工藝成本不是很高，難度較大的是廢舊泡沫的回收和聚集，因此政府也應(yīng)該組織倡導(dǎo)并建立對(duì)聚氨酯工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的廢料及用戶廢棄泡沫體進(jìn)行回收、技術(shù)研究開(kāi)發(fā)的機(jī)構(gòu)。廢舊聚氨酯的回收利用在發(fā)達(dá)國(guó)家都設(shè)了政府推進(jìn)機(jī)構(gòu)，比如在美國(guó)，由美國(guó)塑料工業(yè)協(xié)會(huì)(SPI)的聚氨酯分會(huì)設(shè)置的聚氨酯循環(huán)回收委員會(huì)(PURRC)推動(dòng)；在日本，由日本聚氨酯工業(yè)協(xié)會(huì)(PUII)、聚氨酯原料工業(yè)協(xié)會(huì)和泡沫塑料工業(yè)協(xié)會(huì)共同協(xié)力推動(dòng)；在歐洲，由歐洲異氰酸酯協(xié)會(huì)(ISOPA)和歐洲化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì)攜手推動(dòng)。此外我國(guó)政府也應(yīng)盡早制定頒布關(guān)于聚氨酯廢棄物回收和相關(guān)環(huán)境保護(hù)的法律法規(guī)，給予致力于回收技術(shù)研究開(kāi)發(fā)者和投資者以相應(yīng)的技術(shù)和資金支持。使聚氨酯工業(yè)形成良好的原料、制品、回收、再利用的循環(huán)體系。減輕聚氨酯行業(yè)對(duì)環(huán)境的污染并創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
