Метод за преработка на полиуретанови отпадъци
Употреба: за рециклиране на вторични полиуретани, генерирани по време на производството на подметки за обувки, чието използване ще разшири гамата от продукти и материали с високи експлоатационни свойства, ще реши проблема с елиминирането на полиуретановите отпадъци, като същевременно ще подобри околната среда. Същност: отпадъци или дефектни продукти от порест полиуретанов еластомер се подлагат на пластификация чрез предварителна обработка на последния с органични съединения от апротонен тип и валцуване при стайна температура, последвано от пресоване на продукти от получената полимерна лента при температура 125-130 o C, налягане 50-80 MPa за 12-15 минути. 5 табл.
Изобретението се отнася до областта на обработката на полиуретани и по-специално до областта на рециклирането на вторични полиуретани, образувани при производството на подметки за обувки.
Понастоящем отпадъците от производството на полиуретан се извозват на депа и изгарят, а изгарянето е придружено от вторично замърсяване на атмосферата поради образуването на силно токсични цианидни съединения и въглероден окис.
Междувременно рециклираните полиуретани, когато се използват рационално, могат да служат като източник за разширяване на суровинната база, спестявайки пари и трудови ресурси, тъй като могат да намалят необходимостта от първични материали.
Тъй като унищожаването на полиуретанови отпадъци води до безвъзвратни загуби на ценни суровини и възникване на екологични проблеми, разработването на методи за тяхната обработка е от особено значение, ако освен това изследванията са насочени към рециклирането на полимера.
Възможностите за рециклиране на полиуретани се определят от особеностите на структурата и физико-механичните свойства на суровините.
Изходни компоненти за производството имнай-често са олигомерни полиоли (полиетери или полиестери), полиоли с ниско молекулно тегло и полиизоцианати. В зависимост от функционалността на полиестера и изоцианата се получават линейни или мрежести материали; в съответствие с предназначението те могат да бъдат монолитни или порести.
Полиуретаните, използвани за различни цели, се характеризират с огромно разнообразие от физико-химични, физико-механични, експлоатационни свойства: от еластични до много твърди, от високоякостни монолити до крехки "твърди пени". Следователно във всеки конкретен случай е необходим специфичен подход към тяхната обработка.
Полиуретаните, използвани за производството на подметки за обувки са от линеен фино порест тип.
Описаните в литературата методи за преработка на вторични полиуретанови суровини са или неприложими, или нерентабилни.
По-специално, известен е метод за обработка на полиуретанови отпадъци чрез механично смилане на трохи на необходимата дисперсия с по-нататъшно гранулиране на последната. Гранулите се използват като пълнител за полимерни състави като пресова пудра.
(пат. Германия N 2540934; изд. Св. България N 40412, 87).
Този метод намира приложение за обезвреждане на крехки твърди полиуретанови пени.
Разпръскването на отпадъци от обувки е много трудно поради тяхната пластичност при повишени температури, развиващи се в шнекови екструдери или раздробяващи устройства, използвани за смилане: по време на работа на апарата полимерът се топи върху работните си тела и диспергирането спира.
Известен е метод за обработка на полиуретанови отпадъци чрез топлинна обработка на полиуретан с интензивно смесване на полимерната маса в смесителя.
Насамизползва се при обработката на непорести полиуретани с ниска плътност на напречните връзки, които могат да станат еластични, но не се стопяват в температурния диапазон 150-200 o C, а при стайна температура отново се превръщат в твърда и крехка маса, която лесно се раздробява на фин прах при механично въздействие. В тази форма полимерът се смесва с прахообразен диизоцианат и се пресова на блокове при повишени температури и налягания (B. Meister, H. Schaper. Polyurethan-Recycling Losungen fur ein Problem. Kunststoffe, 80 (1990), 11).
Съществува известен метод за обработка на полиуретанови отпадъци чрез алкохолизация на последните с алкохоли, т.е. метод на химическа регенерация:
Въпреки това, поради сложността на технологичния дизайн, липсата на стандартно оборудване, необходимостта от добавяне на значително количество пресен полиизоцианат и ниските физико-механични параметри на рециклирания полиуретан, този метод не е получил практическо приложение.
Предложен е метод за превръщане на полиуретанови отпадъци в термопластичен, относително фин, течлив гранулат с последваща обработка в конвенционални термопластични машини (Econ. Pat. GDR N 262237, 88).
Методът е следният: отпадъчни или дефектни продукти от полиуретанов еластомер се разтварятдиметилформамид при повишено налягане и температура 90 o C, докато съотношението на диметилформамид към полиуретан е 4: 1. Към разтвора се добавя разредител (метиленхлорид, циклохексанон, ацетон, естери на оцетната киселина), в който полиуретановите еластомери набъбват силно, но не се разтварят; съотношението на разредителя към еластомера е 15:1. От разредения разтвор еластомерът се утаява с метанол, или безводен етанол, или петролев етер при съотношение на утаителя към еластомера, равно на (25-50):1, след което твърдата фракция се отделя чрез филтруване и се изсушава. В резултат на това се получава финозърнест течлив продукт, в който преобладават частици с еднакъв размер и се обработват на конвенционални машини за обработка на пластмаси; рециклираният материал има якост 20–25 MPa, твърдост по Шор 82 и относително удължение 550–600% Използването на големи количества разредител, утаител и разтворител (от 90 до 140 kg органични течности се изразходват на 1 kg полимерен материал) и необходимостта от по-нататъшно разделяне на тях, за да се върнат в процеса, увеличава интензивността на труда и усложнява организацията на промишлената обработка отпадъци от обувки.
Като се има предвид, че проблемът с рециклирането на полиуретанови отпадъци се влошава от година на година, създаването на икономична, безопасна за околната среда, индустриално приложима технология за тяхната обработка за получаване на широка гама от нови продукти и материали с високи физични, механични и експлоатационни свойства е спешна задача.
Като органични съединения от апротонен тип се използват диметилформамид, диметилацетамид, диметилсулфоксид.
Предложената технология осигурява по-меки условия за подготовка на полиуретанов еластомер за пресоване, изключвайки термични ефекти,което неизбежно води до разрушителни последици и влошаване на физико-механичните свойства на крайния материал. Използването на малко количество органично съединение допринася за естествената пластификация, при която се постига увеличаване на мобилността на между- и вътремолекулните връзки без тяхното разрушаване, а валцуването създава условия за желаната ориентация на фрагментите на макромолекулите и тяхното оптимално опаковане в обем, което прави възможно получаването на монолитна хомогенна мрежа, лишена от въздушни включвания от безформени блокове.
Наличието на съединение от апротонен тип в системата осигурява възстановяването на старите и образуването на нови водородни връзки, които укрепват полимерната мрежа.
За осъществяване на метода се използва оборудване, обичайно използвано в технологията за получаване на еластомери от различно естество: всяко движещо се устройство; ролки с гладки ролки; хидравлична преса с нагреваеми плочи.
Информация, потвърждаваща възможността за изпълнение на изобретението, е дадена по-долу в описанието на конкретен вариант на доставената обработка на полиуретанови отпадъци в пилотна инсталация.
Пример 1. Отпадъци под формата на дефектни подметки, флаш, втвърдени дренажи от машини за леене под налягане в количество 10 kg се зареждат в гравитачен миксер с капацитет 0,6 m 3, изсипват се с 4 литра диметилформамид, което съответства на съотношение между тях 1: 0,4, и се държи при стайна температура в продължение на 10 часа Пластифицираният материал се разтоварва върху ролки. Навитият лист се поставя в камина и се държи до възстановяване на първоначалното тегло. От изсушената лента се изрязват заготовки с необходимия размер и конфигурация, поставят се във форма и се държат в загрята преса за 15 минути при температура 130 ° C, налягане 50 MPa. Формата се охлаждаи извлечете частта от него.
Пример 2. Полиуретанов еластомер в количество 10 kg се зарежда в гравитачен миксер с вместимост 0,6 m 3, залива се с 2 литра диметилформамид, което съответства на съотношение между тях 1:0,2 и се държи при стайна температура 12 ч. Пластифицираният материал се разтоварва върху ролки. Навитият лист се поставя в камина и се държи до възстановяване на първоначалното тегло. От изсушеното платно се изрязват заготовки с необходимия размер и конфигурация, поставят се във форма и се държат в загрята преса за 12 минути при температура 125 o C, налягане 80 MPa. Формата се охлажда и детайлът се изважда от нея.
Пример 3. Полиуретанов еластомер в количество 10 kg се зарежда в гравитачен миксер с вместимост 0,6 m 3, залива се с 2,5 литра диметилсулфоксид, което съответства на съотношение между тях 1:0,25, и се държи при стайна температура 10 ч. Пластифицираният материал се разтоварва върху ролки. Навитият лист се поставя в камина и се държи до възстановяване на първоначалното тегло. От изсушената лента се изрязват заготовки с необходимия размер и конфигурация, поставят се във форма и се държат в загрята преса за 15 минути при температура 130 ° C, налягане 50 MPa. Формата се охлажда и детайлът се изважда от нея.
Физико-химичните, физико-механичните и експлоатационните характеристики на пресования полиуретанов еластомер са дадени в табл. 1.
Таблицата показва, че пресованият материал, получен в съответствие с предложения метод, се характеризира с абсолютна устойчивост на влага, не е безразличен към действието на петролни продукти, масла и корозивни среди, е устойчив на замръзване и има високо ниво на физични и механични свойства.
Обработени по въпросната технологияполиуретановите отпадъци могат да се използват и като полимерна основа за лепила, декоративни и защитни покрития, довършителни листови материали, саморазливни подове, като се използват често използвани търговски пигменти и органични разтворители като добавки.
Физико-химичните, физико-механичните и експлоатационните характеристики на лепилото на базата на рециклиран полиуретан са дадени в табл. 2.
Вижда се, че разработеното еднокомпонентно студено втвърдяващо се полиуретаново лепило има високи якостни характеристики, добра еластичност, устойчивост на вибрационни натоварвания и добра устойчивост на замръзване. Лепилото се препоръчва за работа с дърво, пенобетон, картон, пореста гума.
Физико-химичните, физико-механичните и експлоатационните характеристики на боя и лаково декоративно и защитно покритие на базата на рециклиран полиуретан са дадени в таблица. 3.
Таблицата показва, че съставът на защитната боя с различни цветове за бетон, силикатна тухла, дърво, плочи от дървесни влакна и ПДЧ, алуминий, стомана образува филмово покритие, което е устойчиво на влага, агресивни химически среди, петролни продукти, добре устойчиво на абразия и ударни натоварвания.
Физико-химичните, физико-механичните и експлоатационните характеристики на съставите за саморазливни подове и покриви, както и свойствата на материалите, получени след втвърдяване на последните, са дадени в таблица. 4.
Таблицата показва, че съставът има добра адхезия към бетон и покривен материал, придава на третираната повърхност устойчивост на влага и предпазва от атмосферни влияния.
Физико-химичните, физико-механичните и експлоатационните характеристики на листовия довършителен материал са дадени в табл. 5.
От таблицата се вижда, чематериалът има високи стойности на якост, еластичност, устойчивост на износване, може да се използва в широк температурен диапазон, измива се добре, има добри декоративни свойства. Подходящ за производство на галантерия, играчки, декоративни елементи на обувки.
По този начин е предложена технология за рециклиране на полиуретанови отпадъци от обувната промишленост, характеризираща се с използване на стандартно оборудване, липса на непоправими дефекти, широка гама от произведени продукти и материали с добри експлоатационни характеристики.
Метод за обработка на полиуретанови отпадъци, включващ обработката им с органично съединение от апротонен тип, например диметилформамид, и пресоване под налягане, характеризиращ се с това, че отпадъците или дефектните продукти от порест полиуретанов еластомер се подлагат на естествена пластификация при стайна температура чрез добавяне на органично съединение към тях в съотношение, равно на 1: (0,2-0,4), след това принудително пластифициране чрез валцуване при стайна температура и пресоване на продукти от получения полимер тъканта се извършва при 125-130 o C, налягане 50-80 MPa за 12-15 минути.