Recyclingstatus von Polyurethanmaterialien in China
1, Polyurethan-Produktionsanlage wird aufgrund der relativ konzentrierten und leicht zu recycelnden Menge jedes Jahr eine große Anzahl von Abfällen produzieren.Die meisten Anlagen nutzen physikalische und chemische Recyclingmethoden, um Abfallmaterialien zurückzugewinnen und wiederzuverwenden.
2. Von Verbrauchern verwendete Polyurethan-Abfälle wurden nicht gut recycelt.In China gibt es einige Unternehmen, die sich auf die Behandlung von Polyurethanabfällen spezialisiert haben, aber die meisten von ihnen betreiben hauptsächlich Verbrennung und physisches Recycling.
3. Es gibt viele Universitäten und Forschungseinrichtungen im In- und Ausland, die sich der Suche nach chemischen und biologischen Recyclingtechnologien für Polyurethan widmen und bestimmte akademische Ergebnisse veröffentlichen.Aber wirklich nur sehr wenige werden in großem Maßstab angewendet, Deutschland ist einer von ihnen.
4, Chinas Hausmüllklassifizierung hat gerade erst begonnen, und die endgültige Klassifizierung von Polyurethanmaterialien ist relativ niedrig, und es ist für Unternehmen schwierig, weiterhin Polyurethanabfälle für die anschließende Wiederverwertung und Nutzung zu erhalten.Die instabile Versorgung mit Abfallstoffen erschwert den Betrieb der Unternehmen.
5. Es gibt keinen klaren Gebührenstandard für das Recycling und die Behandlung von Großabfällen.Zum Beispiel Matratzen aus Polyurethan, Kühlschrankisolierung usw. Mit der Verbesserung von Richtlinien und Industrieketten können Recyclingunternehmen erhebliche Einnahmen erzielen.
6 erfand Huntsman eine Methode zum Recycling von PET-Kunststoffflaschen nach einer Reihe strenger Verarbeitungsprozesse in der chemischen Reaktionseinheit mit der Reaktion anderer Rohstoffe, um Polyester-Polyol-Produkte herzustellen, deren Produktbestandteile bis zu 60 % aus recycelten PET-Kunststoffflaschen und Polyester bestehen Polyol wird zur Herstellung von Polyurethan-Materialien verwendet, einem der wichtigsten Rohstoffe.Derzeit kann Huntsman effektiv 1 Milliarde 500-ml-PET-Kunststoffflaschen pro Jahr recyceln, und in den letzten fünf Jahren wurden 5 Milliarden recycelte PET-Kunststoffflaschen in 130.000 Tonnen Polyolprodukte für die Herstellung von Polyurethan-Isoliermaterialien umgewandelt.
Physisches Recycling
Diese Methode ist die am weitesten verbreitete Recyclingtechnologie.Der weiche Polyurethanschaum wird von einem Brecher in mehrere Zentimeter große Bruchstücke pulverisiert und im Mischer ein reaktiver Polyurethanklebstoff aufgesprüht.Als Klebstoffe kommen in der Regel Polyurethanschaumkombinationen oder terminale NCO-basierte Prepolymere auf Basis von Polyphenylpolymethylenpolyisocyanat (PAPI) zum Einsatz.Wenn Klebstoffe auf PAPI-Basis zum Kleben und Formen verwendet werden, kann auch eine Dampfmischung durchgeführt werden. Beim Kleben von Polyurethan-Abfällen 90 % Polyurethan-Abfall und 10 % Klebstoff hinzufügen, gleichmäßig mischen, Sie können auch einen Teil des Farbstoffs hinzufügen. und dann die Mischung unter Druck setzen.
Duroplastischer Polyurethan-Weichschaum und RIM-Polyurethanprodukte weisen im Temperaturbereich von 100–200 °C eine gewisse thermische Erweichungsplastizität auf.Unter hoher Temperatur und hohem Druck können Polyurethanabfälle ohne Klebstoff miteinander verbunden werden.Um das recycelte Produkt gleichmäßiger zu machen, wird der Abfall häufig zerkleinert und anschließend erhitzt und unter Druck gesetzt.
Polyurethan-Weichschaum kann durch Mahlen oder Mahlen bei niedriger Temperatur in feine Partikel umgewandelt werden, und die Dispersion dieser Partikel wird dem Polyol zugesetzt, das zur Herstellung von Polyurethanschaum oder anderen Produkten verwendet wird, nicht nur zur Rückgewinnung der Polyurethan-Abfälle, sondern auch auch um die Produktkosten effektiv zu senken.Der Gehalt an pulverisiertem Pulver in kalthärtendem weichem Polyurethanschaum auf MDI-Basis ist auf 15 % begrenzt, und einem heißhärtenden Schaum auf TDI-Basis können maximal 25 % pulverisiertes Pulver zugesetzt werden.
Chemisches Recycling
Die Diolhydrolyse ist eine der am weitesten verbreiteten Methoden zur chemischen Rückgewinnung.In Gegenwart von niedermolekularen Diolen (wie Ethylenglykol, Propylenglykol, Diethylenglykol) und Katalysatoren (tertiäre Amine, Alkoholamine oder metallorganische Verbindungen) werden Polyurethane (Schaumstoffe, Elastomere, RIM-Produkte usw.) bei einer Temperatur von ca Mehrere Stunden lang bei 200 °C erhitzt, um regenerierte Polyole zu erhalten.Zur Herstellung von Polyurethan-Materialien können recycelte Polyole mit frischen Polyolen gemischt werden.
Polyurethanschäume können durch Aminierung in die ursprünglichen weichen Polyole und harten Polyole umgewandelt werden.Amolyse ist ein Prozess, bei dem Polyurethanschaum unter Druck und Erhitzen mit Aminen reagiert.Zu den verwendeten Aminen gehören Dibutylamin, Ethanolamin, Lactam oder Lactammischungen, und die Reaktion kann bei Temperaturen unter 150 °C durchgeführt werden. Das Endprodukt erfordert keine Reinigung des direkt hergestellten Polyurethanschaums und kann das aus dem Original hergestellte Polyurethan vollständig ersetzen Polyol.
Dow Chemical hat ein Verfahren zur chemischen Rückgewinnung durch Aminhydrolyse eingeführt.Der Prozess besteht aus zwei Schritten: Das Abfallpolyurethan wird durch Alkylolamin und Katalysator in hochkonzentrierte dispergierte Aminoester, Harnstoff, Amine und Polyole zerlegt.Anschließend wird die Alkylierungsreaktion durchgeführt, um die aromatischen Amine im gewonnenen Material zu entfernen und Polyole mit guter Leistung und heller Farbe zu erhalten.Das Verfahren kann viele Arten von Polyurethanschaum zurückgewinnen, und das zurückgewonnene Polyol kann in vielen Arten von Polyurethanmaterialien verwendet werden.Darüber hinaus nutzt das Unternehmen einen chemischen Recyclingprozess, um recycelte Polyole aus RRIM-Teilen zu gewinnen, die wiederverwendet werden können, um RIM-Teile um bis zu 30 % zu verbessern.
Hydrolyseverfahren – Natriumhydroxid kann als Hydrolysekatalysator verwendet werden, um weiche und harte Polyurethanblasen zu zersetzen und Polyole und Aminzwischenprodukte herzustellen, die als recycelte Rohstoffe verwendet werden.
Alkalolyse: Als Zersetzungsmittel werden Polyether und Alkalimetallhydroxid verwendet, und Carbonate werden nach der Schaumzersetzung entfernt, um Polyole und aromatische Diamine zurückzugewinnen.
Der Prozess der Kombination von Alkoholyse und Amolyse – Polyetherpolyol, Kaliumhydroxid und Diamin werden als Zersetzungsmittel verwendet und Carbonatfeststoffe werden entfernt, um Polyetherpolyol und Diamin zu erhalten.Die Zersetzung harter Blasen kann nicht getrennt werden, aber der durch die Reaktion von Propylenoxid erhaltene Polyether kann direkt zur Herstellung harter Blasen verwendet werden.Die Vorteile dieser Methode sind die niedrige Zersetzungstemperatur (60–160℃), die kurze Zeit und die große Menge an Zersetzungsschaum.
Alkohol-Phosphor-Prozess – Polyetherpolyole und halogenierte Phosphatester als Zersetzungsmittel, Zersetzungsprodukte sind Polyetherpolyole und Ammoniumphosphat-Feststoffe, einfache Trennung.
Reqra, ein deutsches Recyclingunternehmen, fördert eine kostengünstige Polyurethan-Abfallrecyclingtechnologie für das Recycling von Polyurethan-Schuhabfällen.Bei dieser Recyclingtechnologie wird der Abfall zunächst in 10-mm-Partikel zerkleinert, im Reaktor mit einem Dispergiermittel erhitzt, um ihn zu verflüssigen, und schließlich zurückgewonnen, um flüssige Polyole zu erhalten.
Phenolzersetzungsmethode – Japan wird Polyurethan-Weichschaum zerkleinern und mit Phenol mischen, unter sauren Bedingungen erhitzen, die Carbamatbindung aufbrechen, mit Phenolhydroxylgruppen kombinieren und dann mit Formaldehyd reagieren, um Phenolharz herzustellen, und Hexamethylentetramin hinzufügen, um es zu verfestigen Hergestellt mit Phenolharzprodukten mit guter Festigkeit und Zähigkeit sowie ausgezeichneter Hitzebeständigkeit.
Pyrolyse – weiche Polyurethanblasen können bei hohen Temperaturen unter aeroben oder anaeroben Bedingungen zersetzt werden, um ölige Substanzen zu erhalten, und Polyole können durch Trennung gewonnen werden.
Wärmerückgewinnung und Deponiebehandlung
Die Energierückgewinnung aus Polyurethanabfällen ist eine umweltfreundlichere und wirtschaftlich wertvollere Technologie.Das American Polyurethane Recycling Board führt ein Experiment durch, bei dem 20 % des Polyurethan-Weichschaumabfalls einer Verbrennungsanlage für feste Abfälle zugeführt werden.Die Ergebnisse zeigten, dass die Restasche und die Emissionen immer noch innerhalb der festgelegten Umweltanforderungen lagen und die nach der Zugabe des Abfallschaums freigesetzte Wärme den Verbrauch fossiler Brennstoffe erheblich einsparte.Auch in Europa experimentieren Länder wie Schweden, die Schweiz, Deutschland und Dänemark mit Technologien, die die aus der Verbrennung von Polyurethan-Abfällen gewonnene Energie zur Bereitstellung von Strom und Heizwärme nutzen.
Polyurethanschaum kann entweder allein oder mit anderen Kunststoffabfällen zu Pulver gemahlen werden, um feines Holzkohlepulver zu ersetzen und in einem Ofen zur Rückgewinnung von Wärmeenergie zu verbrennen.Die Verbrennungseffizienz von Polyurethandünger kann durch Mikropulver verbessert werden.
In Abwesenheit von Sauerstoff, hoher Temperatur, hohem Druck und Katalysator können weiche Polyurethanschäume und Elastomere thermisch zersetzt werden, um Gas- und Ölprodukte zu erhalten.Das resultierende thermische Zersetzungsöl enthält einige Polyole, die gereinigt werden und als Ausgangsmaterial verwendet werden können, im Allgemeinen jedoch als Heizöl verwendet werden.Diese Methode eignet sich zum Recycling gemischter Abfälle mit anderen Kunststoffen.Allerdings kann die Zersetzung von stickstoffhaltigem Polymer wie Polyurethanschaum den Katalysator abbauen.Bisher wurde dieser Ansatz nicht allgemein angenommen.
Da es sich bei Polyurethan um ein stickstoffhaltiges Polymer handelt, müssen unabhängig von der verwendeten Verbrennungsrückgewinnungsmethode optimale Verbrennungsbedingungen genutzt werden, um die Entstehung von Stickoxiden und Aminen zu reduzieren.Verbrennungsöfen müssen mit entsprechenden Abgasbehandlungsgeräten ausgestattet sein.
Ein erheblicher Teil der Abfälle aus Polyurethanschaum wird derzeit auf Mülldeponien entsorgt.Einige Schaumstoffe können nicht recycelt werden, beispielsweise Polyurethanschaumstoffe, die als Saatbetten verwendet werden.Wenn das Material wie andere Kunststoffe in der natürlichen Umgebung immer stabil ist, reichert es sich mit der Zeit an und es entsteht Druck auf die Umwelt.Um den Polyurethan-Abfall der Deponie unter natürlichen Bedingungen zu zersetzen, hat man begonnen, biologisch abbaubares Polyurethanharz zu entwickeln.Beispielsweise enthalten die Polyurethan-Moleküle Kohlenhydrate, Zellulose, Lignin oder Polycaprolacton und andere biologisch abbaubare Verbindungen.
Durchbruch beim Recycling
Im Jahr 2011 sorgten Studenten der Yale University für Schlagzeilen, als sie in Ecuador einen Pilz namens Pestalotiopsis microspora entdeckten.Der Pilz ist in der Lage, Polyurethan-Kunststoff zu verdauen und abzubauen, selbst in einer luftfreien (anaeroben) Umgebung, was dazu führen könnte, dass er sogar auf dem Boden einer Mülldeponie funktioniert.
Während der Professor, der die Forschungsreise leitete, davor warnte, kurzfristig zu viel von den Ergebnissen zu erwarten, lässt sich die Attraktivität der Idee einer schnelleren, saubereren, nebenwirkungsfreien und natürlicheren Möglichkeit zur Entsorgung von Plastikmüll nicht leugnen .
Einige Jahre später startete die Designerin Katharina Unger von LIVIN Studio gemeinsam mit der Abteilung für Mikrobiologie der Universität Utrecht ein Projekt namens Fungi Mutarium.
Sie verwendeten das Myzel (den linearen, nahrhaften Teil von Pilzen) von zwei sehr verbreiteten Speisepilzen, darunter Austernpilz und Schizophylla.Über einen Zeitraum von mehreren Monaten baute der Pilz die Plastikreste vollständig ab, während er normal um die essbare AGAR-Schale herum wuchs.Anscheinend wird Plastik zum Snack für Myzel.
Auch andere Forscher beschäftigen sich weiterhin mit dem Thema.Im Jahr 2017 entdeckten Sehroon Khan, ein Wissenschaftler am World Agroforestry Center, und sein Team auf einer Mülldeponie in Islamabad, Pakistan, einen weiteren plastikabbauenden Pilz, Aspergillus tubingensis.
Der Pilz kann innerhalb von zwei Monaten in großer Zahl in Polyesterpolyurethan wachsen und es in kleine Stücke zerlegen.
Ein Team an der University of Illinois unter der Leitung von Professor Steven Zimmerman hat eine Möglichkeit entwickelt, Polyurethanabfälle zu zersetzen und in andere nützliche Produkte umzuwandeln.
Der Doktorand Ephraim Morado hofft, das Problem der Polyurethanabfälle durch die chemische Wiederverwendung von Polymeren lösen zu können.Allerdings sind Polyurethane äußerst stabil und bestehen aus zwei schwer abbaubaren Komponenten: Isocyanaten und Polyolen.
Polyole sind von entscheidender Bedeutung, da sie aus Erdöl gewonnen werden und sich nicht so leicht abbauen.Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, verwendete das Team eine chemische Acetaleinheit, die leichter abbaubar und wasserlöslich ist.Die Abbauprodukte gelöster Polymere mit Trichloressigsäure und Dichlormethan bei Raumtemperatur können zur Herstellung neuer Materialien genutzt werden.Als Proof of Concept ist Morado in der Lage, Elastomere, die häufig in Verpackungen und Automobilteilen verwendet werden, in Klebstoffe umzuwandeln.
Der größte Nachteil dieser neuen Rückgewinnungsmethode sind jedoch die Kosten und die Toxizität der zur Durchführung der Reaktion verwendeten Rohstoffe.Daher versuchen die Forscher derzeit, einen besseren und kostengünstigeren Weg zu finden, den gleichen Prozess mit einem milden Lösungsmittel (z. B. Essig) zum Abbau zu erreichen.
Einige Unternehmensversuche
1. PUReSmart-Forschungsplan
2. FOAM2FOAM-Projekt
3. Tenglong Brilliant: Recycling von Polyurethan-Dämmstoffen für neue Baumaterialien
4. Adidas: Ein vollständig recycelbarer Laufschuh
5. Salomon: Recycling von Voll-TPU-Sneakern zur Herstellung von Skischuhen
6. Cosi: Chuang arbeitet mit dem Matratze Recycling Committee zusammen, um die Kreislaufwirtschaft zu fördern
7. German H&S Company: Polyurethanschaum-Alkoholyse-Technologie zur Herstellung von Schwammmatratzen
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 30. August 2023