变废为宝！新技术实现热固型聚氨酯发泡材料的回收再利用

2020年05月11日09:13 来源：高分子科学前沿

慧正资讯：高分子材料是高新技术发展的产物，高分子材料以其特有的功能和优越性逐渐应用于人们生产、生活的方方面面，聚氨酯（PU）作为一种高分子材料，被用作热固性泡沫广泛应用于床垫家具、隔热隔音、汽车、鞋类及建筑材料等领域。

虽然PU具有较强的耐用性，但由于磨损及产品更新换代仍然产生大量废料，而目前对PU废料的处理大多是填埋和焚烧或将其切碎分解成用于地毯的低价值纤维，造成了极大的资源浪费，因此开发再处理方法以回收PU废料对资源的持续利用至关重要。

亮点

近期，西北大学的William R. Dichtel教授将二月桂酸二丁基锡（DBTDL）引入交联的PU泡沫中，通过动态氨基甲酸酯交换反应使泡沫具有可塑性，然后使用双螺杆挤出机去除泡沫中的空气，形成一种比原PU泡沫价值更高的材料，这种材料具有较强重塑性，可加工成坚硬耐用的塑料或柔软弹性的薄膜，用于汽车保险杠、表带、购物车或滑板轮等产品。这项技术将使商用PU废料进一步回收利用，并推动其他热固性材料再处理的进一步发展！

PU泡沫的再处理过程

如图1所示，研究人员首先将PU泡沫与DBTDL催化剂溶液混合，并在高温下进行熔融处理；然后通过双螺杆挤出机将处理后的PU泡沫再加工成具有优异机械性能的薄膜或条状，这种方法不仅能够有效地去除泡沫中的空气，而且效率较高，能够快速将泡沫重塑。

图1.PU泡沫的再处理过程

DBTDL催化剂的作用

为了确定DBTDL的添加在PU处理中的作用，研究人员使用无催化剂的PU膜进行了对比测试。图2的应力松弛分析结果显示，经DBTDL催化剂处理得到的薄膜可迅速恢复应力，在处理过程中会经历快速的动态转换；而无催化剂的薄膜松弛应力要慢得多，并且显示出较差的可再加工性，表明DBTDL催化剂的使用促进了PU泡沫的再处理。

图2. PU膜的性能表征

压缩模塑法和双螺杆挤出法的对比

图3显示了研究人员通过传统压缩模塑法和双螺杆挤出法对PU泡沫再处理的对比，可以看出压缩模塑法对PU泡沫的后处理效果较差，而通过双螺杆挤出机则能够有效地将泡沫中的空气去除，得到具有优异机械性能的材料；SEM表征结果也明显看出，与压缩模塑相比，双螺杆挤出机得到的材料质地均匀，不存在明显的空隙。

图3. 压缩模塑和双螺杆挤出得到的PU膜及SEM表征

挤出薄膜的性能表征

随后，为了确定这种双螺杆挤出法的实际意义，研究人员对挤出的薄膜进行了拉伸测试。结果如图4所示，与传统压缩模塑法相比，材料在双螺杆挤出机的挤出过程中空气去除完全，机械性能均得到很好的恢复，而压缩成型得到的材料空气无法完全去除，拉伸强度大大降低，这也证实了空气去除对PU从泡沫到薄膜的再加工过程中性能的提升至关重要。

图4. PU膜的性能表征

市售PU泡沫的再处理

最后，研究人员将此方法应用于从消费品中提取的PU泡沫，并设想该方法可用于处理每年产生的大量PU废料，研究人员购买了商用PU泡沫塑料，并使用DBTDL催化剂进行微混合和挤出处理。

结果如图5所示，尽管商用PU泡沫包含催化剂、表面活性剂、阻燃剂和稳定剂等添加剂，但仍然能够通过微复合和挤出过程进行后处理，这表明该方法对商业PU材料同样具有较强的适用性，可将其进一步进行回收再加工，证明了这种方法对商业PU泡沫废料进行回收利用的潜力。

图5. 市售PU泡沫的再处理

在本篇文章中，研究人员成功证明了通过引入DBTDL为催化剂来使PU热固性塑料进行再加工处理，使用工业上的双螺杆挤出技术有效地从PU泡沫中除去空气，从而对PU泡沫进行再加工，并证明了这种再处理方法对市售PU泡沫的适用性。我们相信，这项技术不仅能够将各种PU废料回收再处理成高价值的材料，为工业界对PU泡沫废料的回收利用铺平了道路，而且将极大地激发其他市售工业材料的回收利用！

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