聚氨酯涂料废弃物的化学降解及其资源化利用化

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.03.014

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (3): 79-85.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.03.014

聚氨酯涂料废弃物的化学降解及其资源化利用化

李国华(), 方学镇, 沈祝, 张欣宇, 王静娴

浙江工业大学化学工程学院，浙江湖州 313000

收稿日期:2023-08-03 出版日期:2024-03-26 发布日期:2024-03-28
通讯作者: 李国华（1966—），男，教授，主要从事纳米材料与电化学及资源再生利用研究，nanozjut@zjut.edu.cn
E-mail:nanozjut@zjut.edu.cn
基金资助:
浙江工业大学横向项目(KYY?HX?20190025)

Chemical degradation of polyurethane coating waste and its resource utilization

LI Guohua(), FANG Xuezhen, SHEN Zhu, ZHANG Xinyu, WANG Jingxian

Zhejiang University of Technology，School of Chemical Engineering，Huzhou 313000，China

Received:2023-08-03 Online:2024-03-26 Published:2024-03-28
Contact: LI Guohua E-mail:nanozjut@zjut.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

以一缩二乙二醇作为醇解剂对聚氨酯涂料废弃物进行醇解，回收低分子量的多元醇，并将再生多元醇与商用多元醇混合作为原料制备再生聚氨酯泡沫。采用FTIR、GPC、TG及SEM等对再生多元醇及再生聚氨酯泡沫进行了分析测试表征，对再生多元醇及再生聚氨酯泡沫进行表征分析。通过正交试验获得了最优工艺参数，并进一步将再生多元醇与商用多元醇混合，验证其性能。结果表明，再生多元醇与聚醚多元醇在分子结构上具有一致性，且符合制备聚氨酯泡沫的性能要求；正交试验获得的最优工艺参数为：反应试剂比1∶2，反应温度180 ℃，反应时间2 h，催化剂添加量1.3 %，在此条件下，醇解产物的提取率为36.8 %，羟值为384.6 mgKOH/g，黏度为476 mPa·s；当再生多元醇在总多元醇中的比例为33 %时，所制备聚氨酯具有良好的孔隙结构及热稳定性。

关键词: 聚氨酯, 涂料, 醇解, 多元醇, 回收, 再生

Abstract:

The polyurethane coating waste was chemically degraded using mono⁃diethylene glycol （DEG） as an alcohololytic agent to recover low molecular weight polyol， and the recovered polyol was mixed with commercial polyol as a raw material to prepare recycled polyurethane foam. The optimum parameters were determined as follows： reaction reagent ratio of 1∶2， reactiontemperature of 180 ℃， reaction time of 2 h， catalyst addition of 1.3 %， under which the extraction rate of the alcoholysis product was 36.8 %， hydroxyl value of 384.6 mgKOH/g， and viscosity of 476 mPa·s. The results were obtained by Fourier transform infrared spectroscopy， gel permeation chromatography， thermogravimetric analysis， and scanning electron microscopy. The recovered polyol and recycled polyurethane foam were characterized and analyzed by FTIR， GPC， TG and SEM. The results showed that the recovered polyol and polyether polyol were consistent in molecular structure and met the performance requirements for the preparation of polyurethane foam. When the recycled polyol was mixed with the commercial polyol， and the proportion of recycled polyol in the total polyol was 33 %， the prepared polyurethane had good pore structure and thermal stability.

Key words: polyurethane, coating, alcoholysis, polyol, recycling, regeneration

中图分类号:

TQ323.8

李国华, 方学镇, 沈祝, 张欣宇, 王静娴. 聚氨酯涂料废弃物的化学降解及其资源化利用化[J]. 中国塑料, 2024, 38(3): 79-85.

LI Guohua, FANG Xuezhen, SHEN Zhu, ZHANG Xinyu, WANG Jingxian. Chemical degradation of polyurethane coating waste and its resource utilization[J]. China Plastics, 2024, 38(3): 79-85.

图/表 11

图1 聚氨酯涂料废弃物醇解工艺

Fig.1 The alcohololysis process of polyurethane coating waste

氧化物成分	质量占比/%	标准偏差	元素成分	质量占比/%	标准偏差
SiO₂	14.68	0.20	Si	6.68	0.09
TiO₂	10.09	0.18	Ti	6.05	0.10
MgO	9.93	0.16	Mg	5.99	0.09
CaO	3.31	0.09	Ca	2.37	0.07
SO₃	1.75	0.07	Sx	0.699	0.026
Al₂O₃	0.697	0.035	Al	0.389	0.018
ZnO	0.359	0.018	Zn	0.208	0.014
Fe₂O₃	0.297	0.005	Fe	0.266	0.010
ZnO	0.148	0.007	Zn	0.183	0.0032

表1 聚氨酯涂料废弃物XRF分析结果

Tab.1 The XRF results of polyurethane coating waste

氧化物成分	质量占比/%	标准偏差	元素成分	质量占比/%	标准偏差
SiO₂	44.35	0.25	Si	20.73	0.12
MgO	28.80	0.23	Mg	17.37	0.14
TiO₂	11.36	0.16	Ti	6.81	0.10
CaO	8.49	0.14	Ca	6.07	0.10
SO₃	4.35	0.10	Sx	1.74	0.04
Al₂O₃	1.10	0.05	Al	0.580	0.028
Fe₂O₃	0.731	0.036	Fe	0.511	0.025
SnO₂	0.337	0.017	Sn	0.266	0.013
ZnO	0.228	0.011	Zn	0.183	0.009

表2 聚氨酯涂料废弃物醇解产物的固相XRF分析结果

Tab.2 The XRF results of the solid phase from the alcoholysis product of polyurethane coating waste

图2 聚氨酯涂料废弃物醇解产物的FTIR谱图

Fig.2 FTIR spectra of the alcoholysis products of polyurethane coating waste

图3 再生多元醇和一缩二乙二醇的GPC谱图

Fig.3 GPC spectra of regenerative polyol and DEG

图4 聚氨酯涂料废弃物醇解机理

Fig.4 The alcoholysis mechanism of polyurethane coating waste

图5 用不同比例再生多元醇与多元醇所制备的聚氨酯泡沫

Fig.5 The polyurethane foam prepared by regenerated polyols with different ratios to polyols

图6 再生聚氨酯的基础性能

Fig.6 Basic properties of recycled polyurethane

图7 不同再生聚氨酯的FTIR谱图

Fig.7 FTIR spectra of different recycled polyurethanes

图8 再生聚氨酯TG及DTG曲线

Fig.8 TG and DTG curves of recycled polyurethane

图9 不同再生聚氨酯的SEM照片（50×）

Fig.9 SEM of different recycled polyurethanes （50×）

参考文献 14

1	Kemona A， Piotrowska M. Polyurethane Recycling and Disposal： Methods and Prospects［J］. Polymers （Basel）， 2020， 12（8）： 1 752.
2	Akindoyo J O， Beg M D H， Ghazali S， et al. Polyurethane types， synthesis and applications⁃a review［J］. RSC Adv， 2016， 6： 114 453⁃114 482.
3	Xie Fengwei， Zhang Tianlong， Bryant Peter， al et， Degradation and stabilization of polyurethane elastomers［J］. Progress in Polymer Science， 2019， 90： 211⁃268.
4	Datta J， Kopczyńska P， Simón D， et al. Thermo⁃Chemical Decomposition Study of Polyurethane Elastomer through Glycerolysis Route with Using Crude and Refined Glycerine as a Transesterification Agent［J］. Polym Environ， 2018， 26： 166–174.
5	Troev K， Grancharov G， Tsevi R， et al. A novel approach to recycling of polyurethanes： Chemical degradation of flexible polyurethane foams by triethyl phosphate［J］. Polymer， 2000， 41： 7 017–7 022.
6	Simón D， Borreguero A M， de Lucas A， et al. Recycling of polyurethanes from laboratory to industry， a journey towards the sustainability［J］. Waste Manag， 2018， 76： 147–171.
7	黄永炳.聚氨酯的回收利用技术［J］. 环境技术.2002， 20（5）： 27⁃30.
8	付新建，徐亚娟，刘少兵，等. 利用硬质PU泡沫醇解回收料制备PU防水涂料的研究［J］. 塑料工业， 2011， 39（8）： 85⁃87，94.
	FU X J， XU Y J， LIU S B， et al. Preparation of polyurethane waterproof coating using the recycled materials by the alcoholysis of rigid polyurethane foam［J］. China Plastics Industry， 2011，39（8）： 85⁃87，94.
9	Modesti M， Simioni F， Rienzi S A. Recycling of Microcellular Polyurethane Elastomer Waste［J］. Journal of Elastomers & Plastics，1992， 24（4）： 288⁃305.
10	李晓静，王磊，潘振勇，等. 废旧聚氨酯泡沫的醇解以及醇解产物的应用［J］. 现代制造技术与装备， 2019（9）： 176⁃177.
	LI X J， WANG L， PAN Z Y， et al. Alcoholysis of waste polyurethane foams and application of alcohollytic products［J］. Modern Manufacturing Technology and Equipment， 2019（9）： 176⁃177.
11	Simón D， Borreguero A M， de Lucas A， et al. Glycolysis of flexible polyurethane wastes containing polymeric polyols［J］. Polymer Degradation and Stability， 2014， 109： 115⁃121.
12	Simon D， Garcia M T， De Lucas A， et al. Glycolysis of flexible polyurethane wastes using stannous octoate as the catalyst： Study on the influence of reaction parameters［J］. Polymer Degradation and Stability， 2013， 98（1）： 144⁃149.
13	Zhao L， Semetey V. Recycling Polyurethanes through Transcarbamoylation［J］. Acs Omega， 2021， 6（6）： 4 175⁃4 183.
14	Amundarain I， Miguel⁃Fernandez R， Asueta A， et al. Synthesis of Rigid Polyurethane Foams Incorporating Polyols from Chemical Recycling of Post⁃Industrial Waste Polyurethane Foams［J］. Polymers， 2022， 14（6）.

[1]	徐锦佳, 黄腾, 柏志成, 沈佳豪, 谢清怡, 朱俊辉, 戴进峰, 刘元强, 詹先旭. 壳聚糖⁃磺化石墨烯层层自组装涂层对硬质聚氨酯泡沫的阻燃抑烟性能研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(3): 38-43.
[2]	李国华方学镇沈祝张欣宇王静娴. 聚氨酯涂料废弃物的化学降解及其资源化利用化[J]. , 2024, 38(3): 79-85.
[3]	王栋. 金属有机框架基阻燃剂在阻燃领域的研究进展[J]. 中国塑料, 2024, 38(2): 118-125.
[4]	刘刚, 江雄, 郎梼, 王艺, 张璐, 胡松超, 常毅君, 张启路. 聚氨酯和环氧树脂涂层耐水性能对比研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(2): 39-44.
[5]	李宁利, 王瑞, 常紫攀, 栗培龙. 沥青路面水性聚氨酯丙烯酸热反射涂料制备[J]. 中国塑料, 2024, 38(1): 21-27.
[6]	梅园, 李振, 徐禄波, 麻一明. 再生PCTG增韧改性再生PET的性能研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(9): 39-43.
[7]	崔成志, 曹金星, 刘建兰, 张辉. 聚乳酸/热塑性聚氨酯共混材料研究进展[J]. 中国塑料, 2023, 37(9): 75-82.
[8]	周龙, 杜国勇, 邓春萍. 超亲水⁃水下超疏油聚氨酯海绵的制备及其油水分离性能研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(8): 28-37.
[9]	马占峰牛国强芦珊. 中国塑料加工业（2022）[J]. , 2023, 37(5): 110-115.
[10]	韦代东, 李惠枝, 曾娟娟, 赵传国, 李士强. 生物基聚氨酯抗涂鸦自清洁涂料的制备及性能[J]. 中国塑料, 2023, 37(2): 15-21.
[11]	翁城武, 郑玉婴. 耐低温慢回弹聚氨酯海绵材料制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(2): 51-55.
[12]	陈宇, 张春辉, 崔正, 孙同兵. 复合塑料软包装材料健康发展的机遇和挑战[J]. 中国塑料, 2023, 37(2): 56-61.
[13]	王泽辉, 王振军, 王笑风, 杨博, 李帅. 配方组成对聚氨酯注浆材料抗压强度影响的研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(2): 7-14.
[14]	黄雅婷, 李连良, 张翼, 汤维, 钱立军. 水性膨胀型钢结构防火涂料研究进展[J]. 中国塑料, 2023, 37(2): 77-89.
[15]	刘宝莹, 杨晨光, 李广, 朱亦翔, 贺永森, 李清政, 翟华. 红外光谱分选废旧汽车塑料技术研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(12): 91-100.

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