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聚氨酯纤维的化学回收再利用

时间:2023-06-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:聚氨酯纤维解聚主要有水解法、醇解法、胺解法、醇胺法、磷酸酯法等。图4-27聚氨酯的水解反应过程氨纶主要成分由聚氨酯大分子构成,化学回收法是通过化学手段破坏聚氨酯大分子链的氨基甲酸酯或者脲基这些硬段基团,使聚氨酯大分子进行降解,从而回收利用降解产物或者进一步利用降解产物制备再生产品的过程。同时聚氨酯的胺解与胺的类型、反应温度以及聚氨酯降解剂比率有关。

聚氨酯纤维的化学回收再利用

聚氨酯纤维解聚主要有水解法、醇解法、胺解法、醇胺法、磷酸酯法等。聚氨酯的水解与PET的水解不同,它不是聚合的逆反应,水解产物中除了二胺和多元醇,还有CO2放出,反应机理如图4-27所示。在水解反应过程中,提高温度和压力或有溶剂存在的情况下可以使反应加快。水解产物经过分离和提纯,多元醇可以作为原材料重新用来合成,二胺可以转化为异氰酸酯。连续或非连续水解法在有关文章和专利中均有报道。但是由于水解是在高温高压下进行的,对水解条件和设备要求很高,而且水解产物的提纯技术难度也很大,所以这种方法并没有得到广泛的应用。

图4-27 聚氨酯的水解反应过程

氨纶主要成分由聚氨酯大分子构成,化学回收法是通过化学手段破坏聚氨酯大分子链的氨基甲酸酯或者脲基这些硬段基团,使聚氨酯大分子进行降解,从而回收利用降解产物或者进一步利用降解产物制备再生产品的过程。其再利用工艺如图4-28所示。

醇解法的基本原理与水解法相近,但与水解法不同的是醇解产物可以直接使用。醇解法一般采用低分子醇和催化剂,在一定温度下,将聚氨酯降解成低分子量液体,这是将聚氨酯废料变成原料回收利用的一种基本方法。一些研究表明,选择合适的降解剂和降解条件可以获得高质量的多元醇,能够解决聚氨酯回收问题。这种方法可以用来回收硬泡沫热绝缘材料、微孔弹性体鞋底和结构泡沫、柔性弹性体等,并且回收硬的鞋底废料和聚氨酯泡沫已得到了工业化应用。

胺解法是利用低分子胺类对聚氨酯进行分解,由于氨基的反应性能强,聚氨酯可以在较低的温度下降解。在150~180℃,用二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺等脂肪胺对聚氨酯进行降解,并对降解产物的胺值、黏度、含量以及相对分子质量分布进行了测试。在降解过程中主要的反应有氨基甲酸酯基、脲基、缩二脲基与脲基甲酸酯基断裂生成多元醇、多元胺以及芳香族化合物。同时聚氨酯的胺解与胺的类型、反应温度以及聚氨酯降解剂比率有关。当胺的相对分子质量越低,降解速度越快,降解产物中的胺含量越高,黏度越低。降解温度越高,降解速度越快,降解产物的黏度越低,但胺含量并不高。胺解法与醇解法相比,胺解速度快,反应温度低,降解产物中胺值高。并且降解产物中的胺含量随降解剂比率的增大而减小。(www.xing528.com)

醇胺法在80~190℃下,利用链烷醇胺如单乙醇胺、二乙醇胺和二甲基乙醇胺等能够使聚氨酯降解成低聚体,甲醇钠等催化剂可以促进聚氨酯的降解反应速度。采用二链烷醇胺与碱金属催化剂(如KOH)在120℃将聚氨酯降解,发生的主要反应有氨基甲酸酯基断裂和脲基断裂。加入的碱金属催化剂也会与聚氨酯或聚脲发生反应,如有水存在时,还会发生水解反应,此外反应中生成的芳香胺还会进一步促进聚氨酯的降解。

磷酸酯法是利用磷酸酯解聚聚氨酯,直接得到含磷胺基化合物,过程中主要存在烷基化反应、酯交换反应以及自由基反应。解聚产物可以用作非反应性的添加剂来改善阻燃性能,也可以经含有羟基的化合物、胺或金属盐处理后用来合成阻燃聚氨酯或聚氯乙烯

图4-28 氨纶再利用生产工艺示意图

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