Recyclingstatus van polyurethaanmaterialen in China
1. De polyurethaanproductie-installatie zal elk jaar een groot aantal restjes produceren, vanwege het relatief geconcentreerde, gemakkelijk te recyclen.De meeste fabrieken gebruiken fysieke en chemische recyclingmethoden om schrootmaterialen terug te winnen en opnieuw te gebruiken.
2. Afval van polyurethaanmaterialen die door consumenten worden gebruikt, zijn niet goed gerecycled.Er zijn enkele bedrijven die gespecialiseerd zijn in de behandeling van polyurethaanafval in China, maar de meeste daarvan houden zich voornamelijk bezig met verbranding en fysieke recycling.
3, er zijn veel universiteiten en onderzoeksinstellingen in binnen- en buitenland, die zich inzetten voor het zoeken naar polyurethaan chemische en biologische recyclingtechnologie, die bepaalde academische resultaten publiceerden.Maar als het echt op grote schaal wordt toegepast, is Duitsland H&S er een van.
4. De classificatie van huishoudelijk afval in China is nog maar net begonnen en de uiteindelijke classificatie van polyurethaanmaterialen is relatief laag, en het is moeilijk voor bedrijven om afvalpolyurethaan te blijven verkrijgen voor latere recycling en gebruik.De onstabiele aanvoer van afvalstoffen maakt het voor bedrijven moeilijk om te opereren.
5. Er bestaat geen duidelijke tariefnorm voor recycling en verwerking van grof afval.Matrassen gemaakt van polyurethaan, koelkastisolatie, enz., Met de verbetering van het beleid en de industriële ketens kunnen recyclingbedrijven bijvoorbeeld aanzienlijke inkomsten verwerven.
6. Huntsman vond een methode uit om PET-plastic flessen te recyclen, na een aantal strikte verwerkingsprocessen, in de chemische reactie-eenheid met andere grondstoffen om polyesterpolyolproducten te produceren, productingrediënten tot 60% uit gerecyclede PET-plastic flessen en polyester polyol wordt gebruikt om polyurethaanmaterialen te produceren, een van de belangrijke grondstoffen.Momenteel kan Huntsman effectief 1 miljard PET-plastic flessen van 500 ml per jaar recyclen, en in de afgelopen vijf jaar zijn 5 miljard gerecyclede PET-plastic flessen omgezet in 130.000 ton polyolproducten voor de productie van polyurethaanisolatiematerialen.
Fysieke recycling
Deze methode is de meest gebruikte recyclingtechnologie.Het zachte polyurethaanschuim wordt door een breker tot enkele centimeters fragmenten verpulverd en in de menger wordt een reactieve polyurethaanlijm gespoten.De gebruikte lijmen zijn doorgaans combinaties van polyurethaanschuim of terminale prepolymeren op basis van NCO op basis van polyfenylpolymethyleenpolyisocyanaat (PAPI).Wanneer op PAPI gebaseerde lijmen worden gebruikt voor het verlijmen en vormen, kan ook stoommenging worden toegepast. Voeg tijdens het verlijmen van afvalpolyurethaan 90% afvalpolyurethaan en 10% lijm toe, meng gelijkmatig, u kunt ook een deel van de kleurstof toevoegen, en breng het mengsel vervolgens onder druk.
Thermohardend zacht polyurethaanschuim en RIM-polyurethaanproducten hebben een zekere mate van thermische verzachtende plasticiteit in het temperatuurbereik van 100-200 ℃.Onder hoge temperatuur en hoge druk kan afvalpolyurethaan zonder lijm aan elkaar worden gehecht.Om het gerecyclede product uniformer te maken, wordt het afval vaak vermalen en vervolgens verwarmd en onder druk gezet.
Zacht polyurethaanschuim kan in fijne deeltjes worden omgezet door een slijp- of maalproces bij lage temperatuur, en de dispersie van dit deeltje wordt toegevoegd aan de polyol, die wordt gebruikt om polyurethaanschuim of andere producten te vervaardigen, niet alleen om de afvalpolyurethaanmaterialen terug te winnen, maar ook om de kosten van producten effectief te verlagen.Het poederpoedergehalte in kouduithardend zacht polyurethaanschuim op MDI-basis is beperkt tot 15%, en er kan maximaal 25% poederpoeder worden toegevoegd aan heetuithardend schuim op TDI-basis.
Chemische recycling
Diolhydrolyse is een van de meest gebruikte chemische terugwinningsmethoden.In aanwezigheid van kleinmoleculaire diolen (zoals ethyleenglycol, propyleenglycol, diethyleenglycol) en katalysatoren (tertiaire aminen, alcoholamine of organometallische verbindingen) worden polyurethaan (schuimen, elastomeren, RIM-producten, enz.) gealcoholiseerd bij een temperatuur van ongeveer 200°C gedurende enkele uren om geregenereerde polyolen te verkrijgen.Gerecycleerde polyolen kunnen worden gemengd met verse polyolen voor de vervaardiging van polyurethaanmaterialen.
Polyurethaanschuimen kunnen door aminering worden omgezet in de aanvankelijke zachte polyolen en harde polyolen.Amolyse is een proces waarbij polyurethaanschuim reageert met aminen tijdens het onder druk zetten en verwarmen.De gebruikte aminen omvatten dibutylamine, ethanolamine, lactam of lactammengsels, en de reactie kan worden uitgevoerd bij temperaturen onder 150 ° C. Het eindproduct vereist geen zuivering van het direct bereide polyurethaanschuim en kan het polyurethaan bereid uit het origineel volledig vervangen. polyol.
Dow Chemical heeft een chemisch terugwinningsproces voor aminehydrolyse geïntroduceerd.Het proces bestaat uit twee stappen: het afvalpolyurethaan wordt door alkylolamine en katalysator ontleed in hooggeconcentreerde gedispergeerde aminoester, ureum, amine en polyol;Vervolgens wordt de alkyleringsreactie uitgevoerd om de aromatische aminen in het teruggewonnen materiaal te verwijderen, en worden de polyolen met goede prestaties en lichte kleur verkregen.Met de methode kunnen vele soorten polyurethaanschuim worden teruggewonnen, en het teruggewonnen polyol kan in vele soorten polyurethaanmaterialen worden gebruikt.Het bedrijf maakt ook gebruik van een chemisch recyclingproces om gerecyclede polyolen uit RRIM-onderdelen te verkrijgen, die kunnen worden hergebruikt om RIM-onderdelen tot 30% te verbeteren.
Hydrolysemethode - Natriumhydroxide kan worden gebruikt als hydrolysekatalysator om zachte polyurethaanbellen en harde bellen af te breken om polyolen en aminetussenproducten te produceren, die worden gebruikt als gerecyclede grondstoffen.
Alkalolyse: polyether en alkalimetaalhydroxide worden gebruikt als ontledingsmiddelen en carbonaten worden verwijderd na ontleding van het schuim om polyolen en aromatische diaminen terug te winnen.
Het proces waarbij alcoholyse en amolyse worden gecombineerd: polyetherpolyol, kaliumhydroxide en diamine worden gebruikt als ontledingsmiddelen en vaste carbonaatstoffen worden verwijderd om polyetherpolyol en diamine te verkrijgen.De ontleding van harde bellen kan niet worden gescheiden, maar de polyether die wordt verkregen door de reactie van propyleenoxide kan direct worden gebruikt om harde bellen te maken.De voordelen van deze methode zijn een lage ontledingstemperatuur (60 ~ 160 ℃), korte tijd en een grote hoeveelheid ontledingsschuim.
Alcoholfosforproces - polyetherpolyolen en gehalogeneerde fosfaatester als ontledingsmiddelen, afbraakproducten zijn polyetherpolyolen en vaste ammoniumfosfaat, gemakkelijke scheiding.
Reqra, een Duits recyclingbedrijf, promoot een goedkope recyclingtechnologie voor polyurethaanafval voor de recycling van polyurethaanschoenenafval.Bij deze recyclingtechnologie wordt het afval eerst vermalen tot deeltjes van 10 mm, in de reactor verwarmd met een dispergeermiddel om het vloeibaar te maken en uiteindelijk teruggewonnen om vloeibare polyolen te verkrijgen.
Fenol-ontledingsmethode - Japan zal zacht polyurethaanschuim verspillen, vermalen en vermengd met fenol, verwarmd onder zure omstandigheden, carbamaatbinding verbroken, gecombineerd met fenolhydroxylgroep, en vervolgens reageren met formaldehyde om fenolhars te produceren, hexamethyleentetramine toevoegen om het te laten stollen. bereid met goede sterkte en taaiheid, uitstekende hittebestendige fenolharsproducten.
Pyrolyse - zachte polyurethaanbellen kunnen bij hoge temperaturen onder aerobe of anaerobe omstandigheden worden ontleed om olieachtige stoffen te verkrijgen, en polyolen kunnen worden verkregen door scheiding.
Warmteterugwinning en vuilstortbehandeling
Het terugwinnen van energie uit polyurethaanafval is een milieuvriendelijkere en economisch waardevollere technologie.De American Polyurethaan Recycling Board voert een experiment uit waarbij 20% van het afval van zacht polyurethaanschuim wordt toegevoegd aan een verbrandingsoven voor vast afval.Uit de resultaten bleek dat de restas en de emissies nog steeds binnen de gestelde milieueisen lagen en dat de warmte die vrijkwam na het toevoegen van het afvalschuim een grote besparing op het verbruik van fossiele brandstoffen opleverde.In Europa experimenteren landen als Zweden, Zwitserland, Duitsland en Denemarken ook met technologieën die energie gebruiken die wordt teruggewonnen uit de verbranding van afval van het polyurethaantype om elektriciteit en verwarmingswarmte te leveren.
Polyurethaanschuim kan tot poeder worden vermalen, alleen of met ander afvalplastic, om fijn houtskoolpoeder te vervangen en in een oven te verbranden om warmte-energie terug te winnen.De verbrandingsefficiëntie van polyurethaanmeststoffen kan worden verbeterd door micropoeders.
Bij afwezigheid van zuurstof, hoge temperatuur, hoge druk en katalysator kunnen zachte polyurethaanschuimen en elastomeren thermisch worden ontleed om gas- en olieproducten te verkrijgen.De resulterende thermische ontledingsolie bevat enkele polyolen, die gezuiverd zijn en als grondstof kunnen worden gebruikt, maar over het algemeen als stookolie worden gebruikt.Deze methode is geschikt voor het recyclen van gemengd afval met andere kunststoffen.Ontleding van stikstofhoudend polymeer zoals polyurethaanschuim kan de katalysator echter afbreken.Tot nu toe is deze aanpak nog niet algemeen aanvaard.
Omdat polyurethaan een stikstofhoudend polymeer is, moeten, ongeacht welke verbrandingsherstelmethode wordt gebruikt, de optimale verbrandingsomstandigheden worden gebruikt om de vorming van stikstofoxiden en aminen te verminderen.Verbrandingsovens moeten worden uitgerust met geschikte apparatuur voor de behandeling van uitlaatgassen.
Een aanzienlijke hoeveelheid afval van polyurethaanschuim wordt momenteel op stortplaatsen gestort.Sommige schuimsoorten kunnen niet worden gerecycled, zoals polyurethaanschuim dat als zaaibed wordt gebruikt.Als het materiaal altijd stabiel is in de natuurlijke omgeving, zal het zich, net als bij andere kunststoffen, in de loop van de tijd ophopen en ontstaat er druk op het milieu.Om het polyurethaanafval van de stortplaats onder natuurlijke omstandigheden af te breken, zijn mensen begonnen met de ontwikkeling van biologisch afbreekbare polyurethaanhars.De polyurethaanmoleculen bevatten bijvoorbeeld koolhydraten, cellulose, lignine of polycaprolacton en andere biologisch afbreekbare verbindingen.
Doorbraak op het gebied van recycling
In 2011 haalden studenten van de Yale Universiteit het nieuws toen ze in Ecuador een schimmel ontdekten genaamd Pestalotiopsis microspora.De schimmel is in staat polyurethaanplastic te verteren en af te breken, zelfs in een luchtvrije (anaerobe) omgeving, waardoor het zelfs op de bodem van een stortplaats zou kunnen werken.
Hoewel de professor die de onderzoeksreis leidde waarschuwde om op de korte termijn niet te veel van de bevindingen te verwachten, valt de aantrekkingskracht van het idee van een snellere, schonere, neveneffectieve en natuurlijkere manier om plastic afval te verwijderen niet te ontkennen. .
Een paar jaar later lanceerde ontwerper Katharina Unger van LIVIN Studio samen met de afdeling microbiologie van de Universiteit Utrecht een project genaamd Fungi Mutarium.
Ze gebruikten het mycelium (het lineaire, voedzame deel van paddenstoelen) van twee veel voorkomende eetbare paddenstoelen, waaronder oesterzwammen en schizophylla.Gedurende een periode van enkele maanden heeft de schimmel het plastic afval volledig afgebroken terwijl hij normaal rond de peul van eetbare AGAR groeide.Blijkbaar wordt plastic een snack voor mycelium.
Andere onderzoekers blijven ook aan dit onderwerp werken.In 2017 ontdekten Sehroon Khan, een wetenschapper bij het World Agroforestry Center, en zijn team een andere plastic afbrekende schimmel, Aspergillus tubingensis, op een stortplaats in Islamabad, Pakistan.
In polyester polyurethaan kan de schimmel binnen twee maanden in grote aantallen groeien en in kleine stukjes afbreken.
Een team van de Universiteit van Illinois, onder leiding van professor Steven Zimmerman, heeft een manier ontwikkeld om polyurethaanafval af te breken en er andere nuttige producten van te maken.
Afgestudeerde student Ephraim Morado hoopt het probleem van polyurethaanafval op te lossen door polymeren chemisch te herbestemmen.Polyurethaan is echter uiterst stabiel en bestaat uit twee componenten die moeilijk afbreekbaar zijn: isocyanaten en polyolen.
Polyolen zijn van cruciaal belang omdat ze afkomstig zijn uit aardolie en niet gemakkelijk worden afgebroken.Om dit probleem te vermijden, heeft het team een chemische eenheid acetaal gebruikt die gemakkelijker wordt afgebroken en in water oplosbaar is.De afbraakproducten van opgeloste polymeren met trichloorazijnzuur en dichloormethaan bij kamertemperatuur kunnen worden gebruikt om nieuwe materialen te produceren.Als proof of concept kan Morado elastomeren, die veel worden gebruikt in verpakkingen en auto-onderdelen, omzetten in lijmen.
Maar het grootste nadeel van deze nieuwe terugwinningsmethode zijn de kosten en toxiciteit van de grondstoffen die worden gebruikt om de reactie uit te voeren.Daarom proberen de onderzoekers momenteel een betere en goedkopere manier te vinden om hetzelfde proces te bereiken met behulp van een mild oplosmiddel (zoals azijn) voor de afbraak.
Enkele pogingen van bedrijven
1. PUReSmart onderzoeksplan
2. FOAM2FOAM-project
3. Tenglong Briljant: Recycling van polyurethaanisolatiematerialen voor opkomende bouwmaterialen
4. Adidas: een volledig recyclebare hardloopschoen
5. Salomon: volledige TPU-sneakers recyclen om skischoenen te maken
6. Cosi: Chuang werkt samen met het Matras Recycling Comité om de circulaire economie te bevorderen
7. Duits H&S-bedrijf: polyurethaanschuimalcoholysetechnologie voor de productie van sponsmatrassen
Posttijd: 30 augustus 2023