聚氨酯泡沫塑料的回收再利用研究

卞惠芳

（江苏江阴职业技术学院化学纺织工程系，江苏江阴214405）

聚氨酯是由异氰酸酯和多元醇为原料加聚制成的一种具有氨基甲酸酯链段重复结构单元的聚合物。聚氨酯材料分类很多，性能良好，可以分为非发泡制品和发泡制品两大类。聚氨酯泡沫又可以被分为硬质聚氨酯泡沫和软质聚氨酯泡沫[1]。目前中国聚氨酯的生产能力和消费量都居于世界首位，大量的废旧聚氨酯堆积起来势必会给环境造成污染，所以聚氨酯泡沫的回收再利用问题需要得到解决，避免给环境造成二次污染[2]。目前，聚氨酯泡沫塑料废弃物回收处理方法主要有三种方法：能量回收方法、物理回收方法和化学回收方法[3]。醇解法是化学回收法的一种，醇解条件温和，降解产物稳定，分离、醇化很简单。回收得到的聚醚多元醇可以直接用于发泡制备聚氨酯泡沫塑料。

1 实验仪器和试剂

数显恒温水浴锅（上海予正仪器设备有限公司）；傅里叶变换红外光谱仪（美国PE公司）；EL204电子天平（梅特勒-托利多有限公司）；集热式恒温加热磁力搅拌器（巩义市予华仪器责任有限公司）；平板硫化机（江都市天惠试验机械有限公司）；电热恒温干燥箱（上海锦凯科学仪器有限公司）。

废旧聚氨酯泡沫（工业级，苏州苏协公司）；乙二醇，甲醇，氢氧化钠，吡啶，醇酸酐（分析纯，中国上海试剂总厂）；氮气（工业级，市售）；聚合MDI、硅油SD-501市售，化学纯；多元醇，自制；二月桂酸二丁基锡，郑州市光耀化工原料有限公司，分析纯。

2 废旧阻燃聚氨酯泡沫的醇解研究

2.1 废旧聚氨酯泡沫原料分析

采用KBr压片法，将废弃聚氨酯泡沫压片制样，对其进行红外光谱测定，然后分析聚氨酯泡沫的结构和官能团，结果见图1。

图1 废旧聚氨酯泡沫红外光谱图

由图1可知在1373cm-1处有较强的吸收谱带，此为与苯环相连的-CH3对称变形所形成的，故可以推测此废旧聚氨酷软泡所用异氰酸酯为甲苯二异氰酸醋(TDI)或它的预聚体。在1112cm-1附近清晰的强吸收谱带为聚醚型聚氨酯—C—O—C—的吸收谱带，可以推测出废旧聚氨酯泡沫所用的多元醇是聚醚多元醇。

2.2 醇解反应条件的选择

2.2.1 醇解反应温度的确定

以乙二醇为醇解剂，醇解废弃聚氨酯泡沫，探索反应温度对醇解产物的影响。分别设置140℃,160℃,180℃，200℃，220℃为考察因子。聚氨酯泡沫和乙二醇的质量比为1:2，反应时间6h，不使用催化剂。待反应结束后，将醇解产物搅拌均匀，然后取1～2g，然后测定它的羟值，结果见图2。

图2 温度对醇解产物羟值的影响

通过图2可以发现，随着反应温度的不断升高，醇解产物的羟值逐渐增大。当反应温度达到200℃时，所测的羟值变化很小。考虑到耗能问题，继续升高温度实际意义不大，所以选择200℃作为醇解废旧聚氨酯泡沫的温度。

2.2.2 醇解反应时间的确定

醇解温度确定之后，继续探究反应时间对聚氨酯泡沫醇解产物的影响。选用2h，3h，4h，5h为考察因子，乙二醇为醇解剂，废旧聚氨酯与乙二醇的质量比为1:2，醇解温度为200℃，不使用催化剂，待反应结束后，测定其羟值，结果见图3。

图3 反应时间对醇解产物羟值的影响

由图3可知，随着反应时间的增长，醇解产物的羟值越来越大。当反应到4h后，再继续反应羟值的变化不是很大。所以选择4h作为醇解反应时间。

2.2.3 废旧聚氨酯与醇解剂质量比的确定

以乙二醇为醇解剂，醇解温度为200℃，反应时间4h，不添加催化剂，探究废旧聚氨酯与醇解剂质量比的不同对醇解产物的影响，分别设置1:0.5,1:1,1:2,1:3，1:4。待反应完全后，取少量醇解产物测其羟值，具体见图4。

由图4可以看出，随着醇解剂的用量比例增大，羟值越大，醇解越完全。使用大量的乙二醇醇解剂不符合经济效益，另一方面也会对产物的分离造成影响。所以选用废旧聚氨酯与醇解剂的用量比为 1：2，醇解产物的羟值达到 580，醇解比较完全。

2.3 醇解产物的红外光谱分析

由图5可见，在3219.97cm-1有明显的吸收峰为—OH的吸收谱带。2985.59cm-1的吸收峰是苯环中氢基的吸收谱带，说明产物中含有苯环。其中1724.61cm-1的吸收峰是酯基的吸收谱带。所以可以推测出醇解产物是多元醇系列。

图4 醇解产物羟值随醇解物与醇解剂的比例的变化

图5 醇解产物的红外光谱图

3 阻燃聚氨酯泡沫的再利用

3.1 聚氨酯的制备

采用一步发泡法，先将自制多元醇15.0g、硅油0.2g、二月桂酸二丁基锡0.1g和适量的蒸馏水放入纸杯中，用玻璃棒搅拌使其充分混合，然后加入聚合MDI 15.9g，快速搅拌，直到混合物发白停止搅拌，让其自由发泡。起泡时最好用手捂一下，使其保持一个比较规则的形状，方便后面的切片，而且还可以保证发泡的样品有一个差不多的浓度，便于比较。待样品放置一会后，放入烘箱中，温度设置40℃烘干24 h。

3.2 测试与表征

3.2.1 聚氨酯的泡孔结构观察

聚氨酯泡孔结构的分析采用XSZ-N107型生物显微镜，物镜用10倍光程，观察显微镜下聚氨酯的泡孔结构。样品取样沿发泡垂直方向切大约1mm厚度，表面平整，厚度均匀的一规则薄片待测。打开显微镜的开关，调到自己需要的物镜倍数，把样品薄片放在载物台上，调整光源强度，先把物镜调至距离薄片较近的地方，然后旋转微调目镜的旋钮，观察并拍照。

3.2.2 聚氨酯泡沫的红外光谱分析

使用KBr压片法对聚氨酯泡沫进行红外光谱分析，得到图6。

图6 聚氨酯红外光谱图

图6中3398.24cm-1处有明显的吸收峰，此吸收峰是—NH的吸收谱带。1709.02cm-1处是—COO的吸收谱带，吸收很强烈。1541.07cm-1处是—CO—N的吸收谱带，说明异氰酸酯中的N—C双键断裂，形成C—N单键。所以从红外图中可以说明所得产物的官能团与聚氨酯是一样的。

4 结论

以废旧的聚氨酯软泡为研究对象，对其进行优化醇解研究，利用自制的多元醇发泡制备了硬质聚氨酯泡沫，通过光镜观察泡孔结构，并对其进行红外光谱分析，结果表明与普通聚氨酯一致，废旧聚氨酯软泡有很大的回收价值。

参考文献：

［1］徐文超，宋文生，朱长春，等聚氨酯的回收再利用[J]．弹性体，2008，18(2)：65-68.

［2］高玮婧.废旧冰箱硬质聚氨酯材料的资源再利用[D].北京交通大学,2013.

［3］耿佳，冯芳，王东田.聚氨酯泡沫在环境领域的应用及其回收处理[J]．材料导报，2012，26（2）：78-83.