聚氨酯泡沫塑料的回收再利用研究

卞惠芳

（江蘇江陰職業技術學院化學紡織工程系，江蘇江陰214405）

聚氨酯是由異氰酸酯和多元醇為原料加聚制成的一種具有氨基甲酸酯鏈段重復結構單元的聚合物。聚氨酯材料分類很多，性能良好，可以分為非發泡制品和發泡制品兩大類。聚氨酯泡沫又可以被分為硬質聚氨酯泡沫和軟質聚氨酯泡沫[1]。目前中國聚氨酯的生產能力和消費量都居于世界首位，大量的廢舊聚氨酯堆積起來勢必會給環境造成污染，所以聚氨酯泡沫的回收再利用問題需要得到解決，避免給環境造成二次污染[2]。目前，聚氨酯泡沫塑料廢棄物回收處理方法主要有三種方法：能量回收方法、物理回收方法和化學回收方法[3]。醇解法是化學回收法的一種，醇解條件溫和，降解產物穩定，分離、醇化很簡單。回收得到的聚醚多元醇可以直接用于發泡制備聚氨酯泡沫塑料。

1 實驗儀器和試劑

數顯恒溫水浴鍋（上海予正儀器設備有限公司）；傅里葉變換紅外光譜儀（美國PE公司）；EL204電子天平（梅特勒-托利多有限公司）；集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（鞏義市予華儀器責任有限公司）；平板硫化機（江都市天惠試驗機械有限公司）；電熱恒溫干燥箱（上海錦凱科學儀器有限公司）。

廢舊聚氨酯泡沫（工業級，蘇州蘇協公司）；乙二醇，甲醇，氫氧化鈉，吡啶，醇酸酐（分析純，中國上海試劑總廠）；氮氣（工業級，市售）；聚合MDI、硅油SD-501市售，化學純；多元醇，自制；二月桂酸二丁基錫，鄭州市光耀化工原料有限公司，分析純。

2 廢舊阻燃聚氨酯泡沫的醇解研究

2.1 廢舊聚氨酯泡沫原料分析

采用KBr壓片法，將廢棄聚氨酯泡沫壓片制樣，對其進行紅外光譜測定，然后分析聚氨酯泡沫的結構和官能團，結果見圖1。

圖1 廢舊聚氨酯泡沫紅外光譜圖

由圖1可知在1373cm-1處有較強的吸收譜帶，此為與苯環相連的-CH3對稱變形所形成的，故可以推測此廢舊聚氨酷軟泡所用異氰酸酯為甲苯二異氰酸醋(TDI)或它的預聚體。在1112cm-1附近清晰的強吸收譜帶為聚醚型聚氨酯—C—O—C—的吸收譜帶，可以推測出廢舊聚氨酯泡沫所用的多元醇是聚醚多元醇。

2.2 醇解反應條件的選擇

2.2.1 醇解反應溫度的確定

以乙二醇為醇解劑，醇解廢棄聚氨酯泡沫，探索反應溫度對醇解產物的影響。分別設置140℃,160℃,180℃，200℃，220℃為考察因子。聚氨酯泡沫和乙二醇的質量比為1:2，反應時間6h，不使用催化劑。待反應結束后，將醇解產物攪拌均勻，然后取1～2g，然后測定它的羥值，結果見圖2。

圖2 溫度對醇解產物羥值的影響

通過圖2可以發現，隨著反應溫度的不斷升高，醇解產物的羥值逐漸增大。當反應溫度達到200℃時，所測的羥值變化很小。考慮到耗能問題，繼續升高溫度實際意義不大，所以選擇200℃作為醇解廢舊聚氨酯泡沫的溫度。

2.2.2 醇解反應時間的確定

醇解溫度確定之后，繼續探究反應時間對聚氨酯泡沫醇解產物的影響。選用2h，3h，4h，5h為考察因子，乙二醇為醇解劑，廢舊聚氨酯與乙二醇的質量比為1:2，醇解溫度為200℃，不使用催化劑，待反應結束后，測定其羥值，結果見圖3。

圖3 反應時間對醇解產物羥值的影響

由圖3可知，隨著反應時間的增長，醇解產物的羥值越來越大。當反應到4h后，再繼續反應羥值的變化不是很大。所以選擇4h作為醇解反應時間。

2.2.3 廢舊聚氨酯與醇解劑質量比的確定

以乙二醇為醇解劑，醇解溫度為200℃，反應時間4h，不添加催化劑，探究廢舊聚氨酯與醇解劑質量比的不同對醇解產物的影響，分別設置1:0.5,1:1,1:2,1:3，1:4。待反應完全后，取少量醇解產物測其羥值，具體見圖4。

由圖4可以看出，隨著醇解劑的用量比例增大，羥值越大，醇解越完全。使用大量的乙二醇醇解劑不符合經濟效益，另一方面也會對產物的分離造成影響。所以選用廢舊聚氨酯與醇解劑的用量比為 1：2，醇解產物的羥值達到 580，醇解比較完全。

2.3 醇解產物的紅外光譜分析

由圖5可見，在3219.97cm-1有明顯的吸收峰為—OH的吸收譜帶。2985.59cm-1的吸收峰是苯環中氫基的吸收譜帶，說明產物中含有苯環。其中1724.61cm-1的吸收峰是酯基的吸收譜帶。所以可以推測出醇解產物是多元醇系列。

圖4 醇解產物羥值隨醇解物與醇解劑的比例的變化

圖5 醇解產物的紅外光譜圖

3 阻燃聚氨酯泡沫的再利用

3.1 聚氨酯的制備

采用一步發泡法，先將自制多元醇15.0g、硅油0.2g、二月桂酸二丁基錫0.1g和適量的蒸餾水放入紙杯中，用玻璃棒攪拌使其充分混合，然后加入聚合MDI 15.9g，快速攪拌，直到混合物發白停止攪拌，讓其自由發泡。起泡時最好用手捂一下，使其保持一個比較規則的形狀，方便后面的切片，而且還可以保證發泡的樣品有一個差不多的濃度，便于比較。待樣品放置一會后，放入烘箱中，溫度設置40℃烘干24 h。

3.2 測試與表征

3.2.1 聚氨酯的泡孔結構觀察

聚氨酯泡孔結構的分析采用XSZ-N107型生物顯微鏡，物鏡用10倍光程，觀察顯微鏡下聚氨酯的泡孔結構。樣品取樣沿發泡垂直方向切大約1mm厚度，表面平整，厚度均勻的一規則薄片待測。打開顯微鏡的開關，調到自己需要的物鏡倍數，把樣品薄片放在載物臺上，調整光源強度，先把物鏡調至距離薄片較近的地方，然后旋轉微調目鏡的旋鈕，觀察并拍照。

3.2.2 聚氨酯泡沫的紅外光譜分析

使用KBr壓片法對聚氨酯泡沫進行紅外光譜分析，得到圖6。

圖6 聚氨酯紅外光譜圖

圖6中3398.24cm-1處有明顯的吸收峰，此吸收峰是—NH的吸收譜帶。1709.02cm-1處是—COO的吸收譜帶，吸收很強烈。1541.07cm-1處是—CO—N的吸收譜帶，說明異氰酸酯中的N—C雙鍵斷裂，形成C—N單鍵。所以從紅外圖中可以說明所得產物的官能團與聚氨酯是一樣的。

4 結論

以廢舊的聚氨酯軟泡為研究對象，對其進行優化醇解研究，利用自制的多元醇發泡制備了硬質聚氨酯泡沫，通過光鏡觀察泡孔結構，并對其進行紅外光譜分析，結果表明與普通聚氨酯一致，廢舊聚氨酯軟泡有很大的回收價值。

參考文獻：

［1］徐文超，宋文生，朱長春，等聚氨酯的回收再利用[J]．彈性體，2008，18(2)：65-68.

［2］高瑋婧.廢舊冰箱硬質聚氨酯材料的資源再利用[D].北京交通大學,2013.

［3］耿佳，馮芳，王東田.聚氨酯泡沫在環境領域的應用及其回收處理[J]．材料導報，2012，26（2）：78-83.