變廢為寶！新技術(shù)實(shí)現(xiàn)熱固型聚氨酯發(fā)泡材料的回收再利用
來源：高分子科學(xué)前沿
高分子材料是高新技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，高分子材料以其特有的功能和優(yōu)越性逐漸應(yīng)用于人們生產(chǎn)、生活的方方面面，聚氨酯（PU）作為一種高分子材料，被用作熱固性泡沫廣泛應(yīng)用于床墊家具、隔熱隔音、汽車、鞋類及建筑材料等領(lǐng)域。
雖然PU具有較強(qiáng)的耐用性，但由于磨損及產(chǎn)品更新?lián)Q代仍然產(chǎn)生大量廢料，而目前對(duì)PU廢料的處理大多是填埋和焚燒或?qū)⑵淝兴榉纸獬捎糜诘靥旱牡蛢r(jià)值纖維，造成了極大的資源浪費(fèi)，因此開發(fā)再處理方法以回收PU廢料對(duì)資源的持續(xù)利用至關(guān)重要。
亮點(diǎn)
近期，西北大學(xué)的William R. Dichtel教授將二月桂酸二丁基錫（DBTDL）引入交聯(lián)的PU泡沫中，通過動(dòng)態(tài)氨基甲酸酯交換反應(yīng)使泡沫具有可塑性，然后使用雙螺桿擠出機(jī)去除泡沫中的空氣，形成一種比原PU泡沫價(jià)值更高的材料，這種材料具有較強(qiáng)重塑性，可加工成堅(jiān)硬耐用的塑料或柔軟彈性的薄膜，用于汽車保險(xiǎn)杠、表帶、購(gòu)物車或滑板輪等產(chǎn)品。這項(xiàng)技術(shù)將使商用PU廢料進(jìn)一步回收利用，并推動(dòng)其他熱固性材料再處理的進(jìn)一步發(fā)展！
PU泡沫的再處理過程
如圖1所示，研究人員首先將PU泡沫與DBTDL催化劑溶液混合，并在高溫下進(jìn)行熔融處理；然后通過雙螺桿擠出機(jī)將處理后的PU泡沫再加工成具有優(yōu)異機(jī)械性能的薄膜或條狀，這種方法不僅能夠有效地去除泡沫中的空氣，而且效率較高，能夠快速將泡沫重塑。
圖1.PU泡沫的再處理過程
DBTDL催化劑的作用
為了確定DBTDL的添加在PU處理中的作用，研究人員使用無催化劑的PU膜進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試。圖2的應(yīng)力松弛分析結(jié)果顯示，經(jīng)DBTDL催化劑處理得到的薄膜可迅速恢復(fù)應(yīng)力，在處理過程中會(huì)經(jīng)歷快速的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換；而無催化劑的薄膜松弛應(yīng)力要慢得多，并且顯示出較差的可再加工性，表明DBTDL催化劑的使用促進(jìn)了PU泡沫的再處理。
圖2. PU膜的性能表征
壓縮模塑法和雙螺桿擠出法的對(duì)比
圖3顯示了研究人員通過傳統(tǒng)壓縮模塑法和雙螺桿擠出法對(duì)PU泡沫再處理的對(duì)比，可以看出壓縮模塑法對(duì)PU泡沫的后處理效果較差，而通過雙螺桿擠出機(jī)則能夠有效地將泡沫中的空氣去除，得到具有優(yōu)異機(jī)械性能的材料；SEM表征結(jié)果也明顯看出，與壓縮模塑相比，雙螺桿擠出機(jī)得到的材料質(zhì)地均勻，不存在明顯的空隙。
圖3. 壓縮模塑和雙螺桿擠出得到的PU膜及SEM表征
擠出薄膜的性能表征
隨后，為了確定這種雙螺桿擠出法的實(shí)際意義，研究人員對(duì)擠出的薄膜進(jìn)行了拉伸測(cè)試。結(jié)果如圖4所示，與傳統(tǒng)壓縮模塑法相比，材料在雙螺桿擠出機(jī)的擠出過程中空氣去除完全，機(jī)械性能均得到很好的恢復(fù)，而壓縮成型得到的材料空氣無法完全去除，拉伸強(qiáng)度大大降低，這也證實(shí)了空氣去除對(duì)PU從泡沫到薄膜的再加工過程中性能的提升至關(guān)重要。
圖4. PU膜的性能表征
市售PU泡沫的再處理
最后，研究人員將此方法應(yīng)用于從消費(fèi)品中提取的PU泡沫，并設(shè)想該方法可用于處理每年產(chǎn)生的大量PU廢料，研究人員購(gòu)買了商用PU泡沫塑料，并使用DBTDL催化劑進(jìn)行微混合和擠出處理。
結(jié)果如圖5所示，盡管商用PU泡沫包含催化劑、表面活性劑、阻燃劑和穩(wěn)定劑等添加劑，但仍然能夠通過微復(fù)合和擠出過程進(jìn)行后處理，這表明該方法對(duì)商業(yè)PU材料同樣具有較強(qiáng)的適用性，可將其進(jìn)一步進(jìn)行回收再加工，證明了這種方法對(duì)商業(yè)PU泡沫廢料進(jìn)行回收利用的潛力。
圖5. 市售PU泡沫的再處理
在本篇文章中，研究人員成功證明了通過引入DBTDL為催化劑來使PU熱固性塑料進(jìn)行再加工處理，使用工業(yè)上的雙螺桿擠出技術(shù)有效地從PU泡沫中除去空氣，從而對(duì)PU泡沫進(jìn)行再加工，并證明了這種再處理方法對(duì)市售PU泡沫的適用性。我們相信，這項(xiàng)技術(shù)不僅能夠?qū)⒏鞣NPU廢料回收再處理成高價(jià)值的材料，為工業(yè)界對(duì)PU泡沫廢料的回收利用鋪平了道路，而且將極大地激發(fā)其他市售工業(yè)材料的回收利用！
