Утилизация и вторичная переработка отходов производства полиуретанов (стр. 2 из 4)
Продукт, полученный в процессе ВТГ отходов полиуретана, был опробован в рецептурах универсальной и строительной мастик, гидрозащитном покрытии "Резинопласт". Результаты испытаний не оправдали ожидания: характеристики данных материалов от введения продукта гликолиза не улучшились.
Следующим шагом опытных работ исследовалась возможность применения продукта ВТГ полиуретанов в клеевых композициях. Результаты показали, что наилучшими адгезионными характеристиками обладает композиция на основе продукта ВТГ полиуретана марки ЛУР-СТ в среде диэтиленгликоля. Тесты на прочность на отрыв соединения "алюминий-алюминий" в лабораторных условиях дали значение 100 кгс/см2. С помощью клеевой композиции, приготовленной в условиях производства, склеивались поверхности "алюминий-алюминий" и "фанера-фанера", которые затем испытывались на прочность. Результаты тестов приведены в таблице.
Таблица
| Склеиваемые поверхности | Характер разрушения | Прочность на отрыв, кгс/см2 | Прочность на сдвиг, кгс/см2 |
| Алюминий-алюминий | Адгезионный; разрушение по шву | 82,4 | - |
| Фанера-фанера | Когезионный; разрушение по фанере | - | 62,0 |
Таким образом, в статье обобщаются способы переработки отходов производства полиуретанов, нашедшие место в мировой практике, а также изложен опыт Пермского завода имени С.М. Кирова в этой области. Предложены пути физической и химической переработки отходов. Указаны пути практического решения проблемы утилизации и вторичной переработки отходов полиуретанового производства.
1.1 Механическая переработка
Механический способ вторичной переработки предусматривает измельчение отходов полиуретана в крошку с последующим повторным использованием этой крошки в различных целях.
Отходы для такого процесса поступают из фабричных обрезков и отходов, а также от использованных продуктов. Полиуретановая крошка применяется в качестве наполнителя при производстве пенополиуретана или эластомеров. При использовании в качестве наполнителя крошка в процессе производства полиуретана, как правило, сначала вводится в полиольный компонент. Формованная полиуретановая продукция, такая как автомобильные подголовники, могут содержать до 20% повторно измельченного материала без снижения качества или эксплуатационных свойств.
Рис.1. Процесс повторного измельчения.
Механические измельчители перерабатывают полиуретан в крошку путем различных процессов перемалывания и нарезания. Для использования в качестве наполнителей размер частиц полиуретана должен быть менее 200 микрон, предпочтительно менее 100 микрон.
Измельченные отходы пенополиуретана могут быть вспенены вторично при помощи нагрева, давления и связующего вещества. Вторичное вспенивание широко используется для производства вибрационных звукопоглощающих настилов, полового покрытия, спортивных матов, набивочных материалов и ковровых подкладок. В ходе аналогичного процесса, известного как адгезивное прессование, гранулы полиуретана покрываются связующим веществом и отверждаются путем нагрева под давлением. Контурная продукция изготавливается путем адгезивного прессования, она включает коврики для автомобиля и покрышки шин.
Рис.2. Вспенивание.
Части, изготовленные реактивным литьевым прессованием, и армированные части могут быть также измельчены в крошку с последующей отливкой при нагревании под высоким давлением для формования цельных частей деталей для автомобильной промышленности. Такие цельные части, полученные методом прессования в форме, например корпус насоса или двигателя, кожух каталитического конвертера, могут содержать до 100% повторно измельченного материала, подвергнутого реактивному литьевому прессованию.
Рис.3. Вторичная переработка панелей холодильников. Стадии: новый холодильник с улучшенной изоляцией: первичный пенополиуретан и вакуумные изоляционные панели; старый холодильник; отделение хлорфторуглерода и измельчение в крошку жесткого пенополиуретана; вакуумная упаковка прессованной крошки пенополиуретана; готовая вакуумная изолирующая панель.
1.2 Химическая переработка
Деполимеризация полиуретана на химические компоненты, известная как хемолиз, наиболее эффективна, когда исходные отходы полиуретана имеют известный и однородный химический состав. Химический тип полиуретановой продукции, изготовленной из переработанных мономеров, как правило, аналогичен исходным продуктам и обладает теми же эксплуатационными качествами. По данным PURRC, в результате хемолиза образуются полиолы, которые могут заменить до 90% полиолов в полужестких пенополиуретанах, при этом содержанием вторичного сырья в производимом пенополиуретане может доходить до 30%. Организация приводит аналогичные результаты для жестких пенополиуретанов.
Существуют следующие разновидности хемолиза:
гидролиз, в процессе которого отходы полиуретана вступают в реакцию с водой при нагревании под давлением и производят полиэфирполиолы и диамины (продукты гидролиза исходных диизоцианатов). Эти компоненты могут быть выделены, очищены и использованы повторно;
гликолиз, когда пенополиуретан вступает в реакцию с диолами при повышенной температуре (выше 200°C) в присутствии катализатора. В ходе процесса расщепляются полиуретановые макромолекулы и их многочисленные поперечные сшивки до получения полиолов невысокой молекулярной массы и других жидких продуктов. После очистки рециклат полиола может использоваться для изготовления различных продуктов, например, жесткого пенополиуретана, эластичного пенополиуретана, обувных подошв. Основные работы по гликолизу проводились в Европе. Гликолиз больше подходит для утилизации производственных отходов, чем отходов от использованной продукции и изделий;
аминолиз, в процессе которого пенополиуретан при нагревании под давлением вступает в реакцию с аминами, такими как дибутиламин, этаноламин, лактамы или аддукты лактамов. Аминолиз все еще находится на стадии исследования.
Рис.7. Процесс гликолиза: гликоль - катализатор - полиуретан/отходы - деаминирование - реактор - фильтр - рециклат полиола.
| Страна | Исходный продуктиз полиуретана | Применение |
| Австрия | Пенорезины/Приборные панели | Пенорезины/КОМПОНЕНТЫ ПРИБОРНЫХ ПАНЕЛЕЙ |
| Франция | Жесткий пенополиуретан | Жесткий пенополиуретан |
| Германия | Продукт реактивного литьевое прессование | Реактивное литьевое прессование/Цельная пленочная пена |
| Германия | Обувные подошвы | Обувные подошвы |
| Италия | Обувные подошвы | Жесткий пенополиуретан |
| Италия | Обувные подошвы | Обувные подошвы |
| Англия | Эластичный пенопласт | Эластичный и жесткий пенополиуретан |
Также в категорию химической переработки включается пиролиз, при котором смеси полиуретана и других отходов пластмассы нагреваются без доступа кислорода. Конечным продуктом процесса являются различные газы и масла, которые можно использовать как топливо и химическое сырье. Затем проводится гидрогенизация, при которой продукты пиролиза вступают в реакцию с водородом для производства более чистых газов и масел. Иногда гидрогенизация оказывается невозможной по экономическим причинам, например, из-за высокой стоимости водорода. Брикетированные отходы полиуретана могут быть использованы в качестве восстановителя железной руды - это еще один процесс, где применяются химические свойства полиуретана.
Технологии переработки отходов полиуретана разрабатываются уже более десяти лет, но в последнее время вопрос вторичной переработки и утилизации встал особенно остро. Среди причин актуальности этой проблемы закрытие свалок, повышение стоимости вывоза отходов, правительственные постановления, устанавливающие квоты на переработанные пластмассы. Основными технологиями вторичной переработки полиуретанов являются регенерация энергии, механическая переработка и химическая переработка. Целесообразность выбора каждого метода зависит от перерабатываемого продукта, места расположения, стоимости энергоносителей, предполагаемых рынков конечного применения. Большая часть перерабатываемых на сегодня полиуретанов является промышленными отходами. Вторичная переработка отходов после использования продуктов и изделий до некоторой степени затрудняется отсутствием инфраструктуры сбора, сортировки и обработки, хотя различные отраслевые группы своими силами пытаются решить эти проблемы.
Глава 2. Способ переработки полиуретановых отходов
В настоящее время производственные отходы полиуретанов вывозятся на свалки и сжигаются, причем сжигание сопровождается вторичным загрязнением атмосферы вследствие образования высокотоксичных цианистых соединений и окиси углерода.
Между тем вторичные полиуретаны при их рациональном использовании могут служить источником расширения сырьевой базы, экономии денежных и трудовых ресурсов, так как способны снизить потребность в первичных материалах.