Утилизация и вторичная переработка отходов производства полиуретанов
Опубликовано Редактор 07-01-2003 (3861 прочтений)На основании анализа литературного материала по исследуемому вопросу выбраны наиболее реальные и легко реализуемые на предприятии пути утилизации полиуретановых отходов.
Возможными путями вторичной переработки на настоящий момент являются: физическая переработка материала, химическая переработка и рекуперация энергии. Каждый из этих путей утилизации находит свое применение, а избрание того или иного способа зависит от объема отходов, связанных с утилизацией затрат, а также заинтересованности и давления со стороны контролирующих организаций.
Физическая или механическая переработка полиуретанов означает ряд процессов вторичной переработки, некоторые из которых уже находят применение в промышленности. Примером наиболее приемлемого вида физической переработки эластичных пенополиуретанов является «склеивание». Перерабатываемые прокладочные материалы измельчаются и склеиваются с помощью связующих веществ, основу которых составляют материалы, из которых изготавливается эластичный пенополиуретан. Такие материалы обладают более высокой по сравнению с исходным материалом плотностью, и широко применяются в мире, например, при изготовлении ковровых подкладок, а также подлокотников и подголовников автомобилей.
Другой способ физической переработки - термопластическая обработка, которой подвергают материалы, которые при прессовании образуют эластомерное вещество, пригодное для производства обувных подошв и брызговиков. Однако такой способ не является приемлемым для термореактопластов.
Процесс физической переработки пригоден для сравнительно малых объемов отходов сырья. В качестве перспективного способа утилизации больших объемов отходов предлагается применять способ высокотемпературного гликолиза. Однако такой процесс на практике возможен, только если первоначальные материалы одинаковы или схожи по составу.
Как бы ни была эффективна физическая и химическая утилизация, часть отходов оказывается непригодной для вторичной переработки, и тогда накопленная энергия материалов с углеводородной основой может быть использована при переводе (рекуперации) в другой вид энергии, а именно, тепловую. Подобный опыт имеется у фирмы ICI.
В промышленных испытаниях производимые ими материалы использовались в качестве угля в получении тепловой энергии без риска выделения вредных веществ. Рекуперация энергии позволяет эффективно использовать продукцию с масляной основой и снижает необходимость свалок, которые считаются все менее приемлемым способом утилизации отходов.
Проблема утилизации отходов остро стоит и перед Пермским заводом им. С.М. Кирова. В зависимости от ассортимента выпускаемой полиуретановой продукции можно классифицировать различные типы отходов продукции: отходы литьевых термореактивных полиуретанов (литники, облой, стружка в виде ленты от обточки валов и т.п.), отходы мягких пенополиуретанов, отходы жестких пенополиуретанов. Переработка каждого вида отходов требует своего технологического решения.
Направления опытных работ, проводимых заводом для решения поставленного вопроса, хорошо согласуются с направлениями, существующими в мировой практике:
- термическое разложение путем сжигания;
- механическое измельчение с последующим применением полученной крошки в качестве наполнителя в составе различных композиционных материалов;
- деполимеризация с образованием продуктов невысокой молекулярной массы.
При сжигании образуются высокотоксичные газы: цианистые соединения, окись углерода и другие, что требует их улавливания и специальной очистки воздуха.
Для измельчения отходов полиуретановой продукции требуется специальное оборудование, предусматривающее возможность регулирования размеров получаемой крошки в достаточно широком диапазоне. Таким оборудованием являются, например, измельчители роторного типа марок ИПР-150М, ИПР-300М, ИПР-450М.
Проведенные опытные работы по переработке отходов мягких ППУ включали в себя, во-первых, измельчение до частиц размером не более 10 мм. На основе рецептуры ППУ-201-1 проведены работы по вторичному вспениванию измельченного пенополиуретана в закрытом объеме. Крошка вводилась в полиольный компонент. При этом были получены образцы достаточно однородной структуры с содержанием крошки до 10%.
Измельчение крошки жестких ППУ на этом же оборудовании оказалось невозможным: образцы ППУ либо просто сминались, либо превращались в тонкодисперсную пыль. Опыты по вторичному вспениванию крошки жесткого ППУ, нарезанной вручную, позволяют сделать вывод о возможности вторичной переработки ее путем введения в полиольный компонент до 4% по массе и дальнейшего вспенивания в закрытой форме.
Проведенные опытные работы позволили сделать вывод о допустимости введения измельченных отходов термореактивных литьевых полиуретанов в изделия, не подвергающиеся при эксплуатации значительным деформациям: для защитных покрытий галтовочных чаш, для изготовления листового полиуретана, используемого в качестве защитного покрытия от абразивного износа, при изготовлении крупноячеистых сит и т.п. Размеры частиц измельченных полиуретановых отходов должны быть не более 8 мм. Содержание измельченных отходов в составе изделия не должно превышать 15%. При этом реализуется следующая технологическая схема. В случае загрязнения крошка обезжиривается ацетоном, затем заливается форполимером до полного смачивания частиц. После выдержки при температуре 100-110 оС смесь охлаждают до 25-30 оС, определяют массовую долю NCO-групп в форполимере. Смесь тщательно перемешивают, и добавляют отвердитель (Диамет Х) в количестве, рассчитанном по фактическому содержанию NCO-групп в модифицированной форполимерной смеси.
Способ деполимеризации отходов производства полиуретанов предусматривает два основных варианта: обработка активным органическим растворителем с последующим использованием полученных растворов или дисперсий и гликолиз. Получаемые в результате гликолиза продукты предназначены для дальнейшего использования в качестве реологической добавки, например, в асфальтобетонных смесях, универсальных и строительных мастиках, клеевых композициях, лакокрасочных материалах. Введение такой добавки подразумевает улучшение комплекса таких показателей как теплостойкость, водостойкость, морозостойкость.
Гликолиз полиуретановых отходов под действием гликолей и полиолов представляет собой процесс расщепления макромолекул по эфирным и уретановым связям в сшитом полиуретане с последующей деструкцией линейных макромолекул до получения смеси полиолов с концевыми гидроксильными группами. Работы по этому направлению проводились совместно с НИИ полимерных материалов (г. Пермь). На основании рекомендаций разработчика директивного технологического процесса, получение продукта высокотемпературного гликолиза (ВТГ) полиуретана должно осуществляться при температуре 200-210 оС в присутствии гликолей и полиолов в условиях, обеспечивающих удаление газообразных продуктов (при вакуумировании), без доступа кислорода. В лабораторных условиях технологический процесс воспроизводился без каких-либо осложнений. Однако основная трудность заключалась в его адаптации к условиям, которые можно реализовать в серийно работающем производстве. Основное требование - температура, при которой будет происходить ВТГ, не должна превышать 150 оС. Решению этого вопроса посвящена работа, выполненная группой сотрудников центральной заводской лаборатории. Подробно о плане эксперимента и ходе выполнения опытных работ можно ознакомиться в статье Ямпольского В.Б. и Сечиной Г.Ю. «Способ переработки отходов производства литьевых полиуретанов в клеевые композиции». В результате проведенных работ авторами предложен оптимальный технологический режим получения продукта ВТГ. Тем не менее, проведение процесса ВТГ требует значительных энергетических затрат, которые могут быть экономически целесообразны только при больших объемах производства.
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.
Т.В. Горбань, В.А. Журавлев, Л.Э. Онорина, Т.В. Кожинова, И.А. Ракк
ФГУП «Пермский завод имени С.М. Кирова»
Пластические массы, 2001, № 4.
Литература
- А.С. № 679603 (СССР). Заявлено 10.02.78.
- Разработка технологического процесса переработки полиуретановых отходов в жидкие полиолы различного назначения. - Пермь: НИИПМ, 1992.-45 с.
- Разработка рецептуры и технологии изготовления реологической добавки на основе полиуретановых отходов для асфальтно-бетонных смесей. - Пермь: НИИПМ, 1997.-23 с.
- Переработка отходов полиуретанов способом высокотемпературного гликолиза. Отчет ЦЗЛ . - Пермь: ФГУП «Пермский завод имени С.М. Кирова», 1997.-9 с.
- Оценка возможности использования полиуретановой крошки в качестве наполнителя полимерных материалов. Отчет ЦЗЛ. - Пермь: ФГУП «Пермский завод имени С.М. Кирова», 1997.-2 с.
