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。

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

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。

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亮點(diǎn)

近期,西北大學(xué)的William R. Dichtel教授二月桂酸二丁基錫(DBTDL)引入交聯(lián)的PU泡沫中,通過(guò)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!

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PU泡沫的再處理過(guò)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(guò)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。

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圖1.PU泡沫的再處理過(guò)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(wú)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(guò)程中會(huì)經(jīng)歷快速的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換;而無(wú)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。

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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(guò)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(guò)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。

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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(guò)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(wú)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(guò)程中性能的提升至關(guān)重要。

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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(guò)微復(fù)合和擠出過(guò)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。

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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(guò)引入DBTDL為催化劑來(lái)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!

原文連接:

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscentsci.0c00083

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