Оползотворяване и рециклиране на отпадъци от производството на полиуретан
Високите нива на производство и потребление на полиуретани водят до натрупване на неизбежни производствени отпадъци и излезли от употреба продукти, което води до екологични и икономически проблеми. Традиционните методи за изхвърляне на отпадъци - депониране и изгаряне на полиуретаните са неприемливи. Сред известните методи за преработка на полиуретанови отпадъци, гликолизата е призната за най-ефективна, което прави възможно получаването на вторични полиоли.
Производството на полиуретани (PU) е една от най-бързо развиващите се индустрии. Този интерес на производителите на PU се свързва преди всичко с възможността за получаване на различни технически ценни материали на тяхна основа. Това са монолитни еластомери и пластмаси, дунапрени, влакна, лепила, лакове, лепила и уплътнители. В същото време гъвкавите и твърди полиуретанови пени (PPU) представляват най-голям обем потребление, което е 75% от общата продукция [1].
Високите нива на производство и потребление на PU водят до неизбежно натрупване на промишлени отпадъци и продукти в края на жизнения цикъл, което води до екологични и икономически проблеми. Традиционните методи за изхвърляне на отпадъци - депониране и изгаряне на полиуретаните са неприемливи. В първия случай в резултат на излагане на вода се образуват вредни продукти, съдържащи амини, във втория се отделят токсични газове, като циановодород, азотни оксиди и др. В същото време незаменимостта на природните ресурси и тяхната висока цена диктуват спешната необходимост от използване на вторични суровини.
Глава 1. Оползотворяване и рециклиране на отпадъци от производството на полиуретан
предприятия,производителите на полиуретани трябва да разглеждат опазването на околната среда като една от най-важните цели на своето стратегическо развитие. Тази загриженост трябва да се изрази в политика на строг контрол върху материалите, произведени от предприятията, както и тяхната употреба: суровините и крайните продукти трябва да могат да се рециклират и да не оказват вредно въздействие върху околната среда. Рециклирането позволява не само да се увеличи степента на използване на суровините, но и значително да се намали замърсяването на околната среда. Следователно цялата работа, насочена към решаването на този проблем, е уместна.
Въз основа на анализа на литературата по разглеждания въпрос бяха избрани най-реалистичните и лесно приложими в предприятието начини за рециклиране на полиуретанови отпадъци.
Възможните начини за рециклиране в момента са: физическо рециклиране на материала, химическо рециклиране и оползотворяване на енергия. Всеки от тези начини за рециклиране намира своето приложение, като изборът на един или друг метод зависи от количеството отпадъци, свързани с разходите за обезвреждане, както и от интереса и натиска на регулаторните организации.
Физическото или механичното рециклиране на полиуретани означава редица процеси на рециклиране, някои от които вече се използват в индустрията. Пример за най-приемлив вид физическа обработка на гъвкави полиуретанови пени е "слепването". Рециклируемите амортизационни материали са натрошени и залепени заедно със свързващи вещества, които са базирани на материали, от които е направена гъвкавата полиуретанова пяна. Такива материали имат по-висока плътност от оригиналния материал и се използват широко в света, например впроизводство на мокетени облицовки, както и подлакътници и подглавници на автомобили.
Друг метод на физическа обработка е термопластичната обработка, която се подлага на материали, които при пресоване образуват еластомерно вещество, подходящо за производство на подметки за обувки и калници. Този метод обаче не е подходящ за термореактивни.
Процесът на физическа обработка е подходящ за относително малки обеми отпадъчни суровини. Като обещаващ метод за обезвреждане на големи обеми отпадъци се предлага използването на метода на високотемпературна гликолиза. Такъв процес обаче е възможен на практика само ако изходните материали са еднакви или близки по състав.
Колкото и ефективно да е физическото и химичното рециклиране, част от отпадъците са неподходящи за рециклиране и тогава натрупаната енергия от материали с въглеводородна основа може да се използва за прехвърляне (възстановяване) в друг вид енергия, а именно термична. ICI има подобен опит. При промишлени тестове произведените от тях материали са използвани като въглища за получаване на топлинна енергия без риск от отделяне на вредни вещества. Енергийното оползотворяване позволява ефективното използване на продукти на петролна основа и намалява необходимостта от депа за отпадъци, които се считат за все по-неприемлив начин за изхвърляне на отпадъци.
Проблемът с изхвърлянето на отпадъци е остър и за пермския завод на името на S.M. Киров. В зависимост от гамата на произвежданите полиуретанови продукти могат да се класифицират различни видове продуктови отпадъци: отпадъци от формован термореактивен полиуретан (лечници, фланци, стърготини под формата на лента от струговане на валове и др.), отпадъци от мека полиуретанова пяна, отпадъци от твърда полиуретанова пяна. Рециклирането на всеки вид отпадък изисквавашето технологично решение.
Областите на експериментална работа, извършена от завода за решаване на поставения проблем, са в добро съответствие с областите, съществуващи в световната практика:
1) термично разлагане чрез изгаряне;
2) механично смилане, последвано от използване на получената троха като пълнител в състава на различни композитни материали;
3) деполимеризация с образуване на продукти с ниско молекулно тегло.
При изгаряне се образуват силно токсични газове: цианидни съединения, въглероден окис и други, което изисква тяхното улавяне и специално пречистване на въздуха.
За смилане на отпадъци от полиуретанови продукти е необходимо специално оборудване, което осигурява възможност за контролиране на размера на получената троха в доста широк диапазон. Такова оборудване са например ротационни мелници от марките IPR-150M, IPR-300M, IPR-450M.
Смилането на трохи от твърда пяна на същото оборудване се оказа невъзможно: пробите от пяна бяха или просто смачкани, или превърнати във фин прах. Експериментите върху вторичното разпенване на ръчно нарязани твърди полиуретанови трохи ни позволяват да заключим, че те могат да бъдат рециклирани чрез въвеждане на до 4% тегловни в полиолния компонент и допълнително разпенване в затворена форма.
Извършената експериментална работа позволи да се заключи, че е допустимо въвеждането на натрошени отпадъци от термореактивен формован полиуретан в продукти, които не са подложени на значителни деформации по време на работа: за защитни покрития на барабанни купи, за производство на полиуретанови листове, използвани като защитно покритие срещу абразивно износване, при производството на сита с големи отвори и др. Размерът на частиците на нарязаните полиуретанови отпадъци не трябва да бъденад 8 мм. Съдържанието на натрошени отпадъци в състава на продукта не трябва да надвишава 15%. В този случай се прилага следната технологична схема. В случай на замърсяване, трохите се обезмасляват с ацетон, след което се пълнят с преполимер, докато частиците се намокрят напълно. След задържане при температура от 100-110 ° С сместа се охлажда до 25-30 ° С, определя се масовата част на NCO-групите в преполимера. Сместа се разбърква старателно и се добавя втвърдител (диамет X) в количество, изчислено от действителното съдържание на NCO групи в модифицираната преполимерна смес.
Методът за деполимеризация на отпадъци от производство на полиуретан предвижда две основни възможности: обработка с активен органичен разтворител, последвано от използване на получените разтвори или дисперсии и гликолиза. Продуктите, получени в резултат на гликолиза, са предназначени за по-нататъшна употреба като реологична добавка, например в асфалтобетонови смеси, универсални и строителни мастики, лепилни състави, бои и лакове. Въвеждането на такава добавка предполага подобряване на комплекса от такива показатели като топлоустойчивост, водоустойчивост, устойчивост на замръзване.