廢舊硬質聚氨酯泡沫塑料的回收處理技術現狀

牟善友，張國鵬，魏 慧

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

廢舊硬質聚氨酯泡沫塑料的回收處理技術現狀

牟善友1，張國鵬2，魏 慧3

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

隨著硬質聚氨酯泡沫塑料的廣泛應用，產生了大量的聚氨酯廢棄物，在注重環保的今天，其回收利用技術也備受關注。本文介紹了廢舊硬質聚氨酯泡沫塑料的處理技術，主要包括粉碎法、物理法、 化學法、 焚燒等技術，以及國內外的發展現狀。

聚氨酯；廢舊聚氨酯泡沫塑料; 回收處理技術

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

硬韌性是硬質聚氨酯泡沫塑料的主要特性，但由于原材料中發泡劑、穩泡劑、催化劑、固化劑等助劑的摻量與型號的差異，泡沫結構性能也會發生相應變化。聚氨酯泡沫材料的彈性、耐低溫性、可發泡性、耐溶劑性、耐磨性、耐酸堿性等優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，造成自然環境惡化，因此廢舊聚氨酯硬泡的回收處理技備受關注。

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

1 粉碎法

聚氨酯硬質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：應先將廢舊硬質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，最后加壓重塑成所需形狀的泡沫[2]。

硬質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量的5%～10%，均勻混合后，再預制成坯墊，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，根據坯墊的密度和產品要求決定模內壓力，壓力在0.5～5MPa間。由于硬質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粉碎后的成分比較復雜，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，在轉動式混合器內進行混合，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、內部粘接強度、撥螺紋強度比木質碎料板好。但在密度相同時，其剛度比木質碎料板差。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聚氨酯泡粉沫。例如用作屋頂的絕熱層，把廢舊硬質聚氨酯泡沫粉、砂、水、水泥混合均勻鋪作房頂面的底層，材料的絕熱性能好，質量輕，且材料上可以錠釘。

2．3 擠出成型

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

3 化學法

因為聚氨酯的聚合反應具有可逆性，達到具備的反應條件，逆向反應即可進行，聚氨酯會逐步解聚，生成原反應物或其它的物質，經過蒸餾等設備，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。回收的多元醇等作為原材料再進行聚氨酯的制備，此方式是目前聚氨酯廢材回收的主要攻關方向之一。

根據分解產物的不同，化學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。熱解法會生成液態和氣態餾分混合物；加氫裂解法主要產生油和氣；醇解法一般產生多元醇混合物；氨解法產生胺、脲和多元醇；水解法產生多元胺與多元醇；堿解法產生醇、胺以及相應堿的碳酸鹽。

3．1 二元醇醇解法

此法是化學法領域內技術較成熟的方法、研究得也最多，并在工業化應用上初具規模。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降解為低分子齊聚多元醇等，反應產物組成較簡單且穩定，易于分離和純化。反應溫度、醇解時間、催化劑種類及用量都會對醇解反應產生影響。

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物中，降解產物會分為兩層，上層經過蒸餾可得到多元醇，可再次用于生產聚氨酯硬泡。下層的二胺經濃縮、結晶、真空蒸餾或重結晶可生成異氰酸酯。

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

4 燃燒回收熱能

聚氨酯含有大量的C、H、O、N，1kg聚氨酯燃燒時會產生約25～28mJ，可替代部分煤作燃料。聚氨酯泡沫燃燒時產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，將產生有毒氣體造成大氣污染。所以需謹慎選用此法。

5 結語

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

[1] 李俊賢．塑料工業手冊：聚氨酯[M]. 1版.北京：化學工業出版社，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[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.廢舊硬質聚氨酯泡沫塑料的回收處理技術現狀[J].山東化工，2017，46(18)：198-199.)