فوم های پلی یورتان (PUF ) مواد پرمصرفی هستند، اما بیشتر آن ها در پایان عمر خود به زباله تبدیل می شوند، که با رویکرد اقتصاد دایره ای همخوانی ندارد. آمینولیز همراه با معرف های آمینی که حاوی گروه های اولیه و سوم در ساختار خود هستند، تجزیه کامل گروههای یورتان را در ساختار PUFهای فلکسیبل با مقدار بسیار کمتری از معرف تخریب نسبت به آنچه معمولاً برای واکنشهای solvolysis لازم است، ممکن میسازند. پلی ال های بازیافت شده از نظر ویژگی های ساختاری و جرم مولی معادل های نزدیک به پلی ال های بکر مربوطه هستند. بنابراین، آن ها را می توان برای تولید PUF با کیفیت بالا بدون نیاز به تطبیق فرآیند سنتز، استفاده کرد. PUF های فلکسیبل ساخته شده از پلی ال های بازیابی شده دارای خواص مکانیکی قابل مقایسه با پلی ال های بکر هستند.
امروزه مواد پلاستیکی اجزای اصلی تقریباً هر فناوری هستند. تولید پلاستیک ها، منابع مواد اولیه قابل توجهی را مصرف می کند و پس از عمر مفید خود، زباله هایی را ایجاد می کنند که به دلیل اقتصاد دایره ای به یک مشکل رو به رشد زیست محیطی از نظر آلودگی و تغییرات آب و هوایی مرتبط تبدیل شده است. بازیافت شیمیایی پلیمرها جایگزینی برای روشهای سنتی تصفیه زبالههای پلاستیکی (دفن زباله، سوزاندن، بازیافت مکانیکی) با تبدیل آنها به مواد اولیه مناسب برای پلیمریزاسیون مجدد به مواد مشابه یا جدید است. بازیافت شیمیایی به ویژه برای پلیمرهایی با گروه های شیمیایی حساس در ساختار اصلی خود مناسب بوده و معمولاً با حلال های هسته دوست در حضور کاتالیزور انجام می شود.
پلی یورتان ها ششمین پلیمر تولید شده بوده و فوم های پلی یورتان (PUF ) حدود ۶۷ درصد از مصرف جهانی پلی یورتان را تشکیل می دهند. پیشبینی میشود که بازار PUF از ۱۵ میلیون تن در سال ۲۰۲۰ به ۲۰ میلیون تن در سال ۲۰۲۵ با رشد صنایع تشک، مبلمان، الکترونیک، خودرو و ساختوساز افزایش یابد. در نتیجه، هم مصرف منابع فسیلی برای تولید پلیالها و دی ایزوسیاناتها و هم میزان ضایعات PUF افزایش مییابد. بنابراین، نیاز روشنی به راه حل های جایگزین برای تولید PUF و جلوگیری از انباشت زباله های آن وجود دارد. از آنجایی که پیرولیز و بازیافت مکانیکی به دلیل مسائل زیست محیطی مناسب ترین روش برای تصفیه زباله های PUF نیستند، بازیافت شیمیایی اخیراً به یک موضوع تحقیقاتی بسیار جالب تبدیل شده است. بازیافت شیمیایی PUFهای ساخته شده از پلیالهای پلیاتری بر اساس برش پیوندهای یورتان بوده، که گروههای اتر موجود در پلیال پلیاتر را دست نخورده باقی میگذارد. بسته به مکانیسم تخریب پیوند یورتان، فناوری های بازیافت عمدتاً به هیدرولیز، گلیکولیز، الکلیز، اسیدولیز، آمینولیز و هیدروژناسیون طبقه بندی می شوند. برای دستیابی به تجزیه موثر گروههای یورتان، فرآیند بازیافت PUF باید در دماهای بالا (۲۰۰ درجه سانتیگراد و بالاتر) با حرارت دادن مخلوطهای واکنش توسط گرمایش معمولی یا کمتر متداول توسط امواج مایکروویو (MWs )، که باعث فرآیند تخریب موثر در زمان بسیار کوتاه تر می شود، انجام گیرد. PUF ها را می توان با هیدرولیزتجزیه کرد، اما این واکنش ها برای تجزیه تنها گروه های یورتان انتخابی نیستند، زیرا گروه های اوره بخش های سخت در ساختار PUF نیز به طور کامل تجزیه می شوند، در نتیجه مخلوطی از پلی ال های بازیافتی و آمین های آروماتیک نامطلوب (به عنوان مثال، تولوئن دی آمین (TDA) یا متیلن دی فنیل دی آمین) تولید می شود. گلیکولیز مطالعه شده ترین روش بازیافت شیمیایی برای ضایعات پلی یورتان (PU ) بوده است. با این حال، تخریب حرارتی PU در دمای واکنش بالا مستثنی نیست. گلیکولیز بر هیدرولیز ترجیح داده می شود زیرا شرایط واکنش ملایم تر بوده و محصولات جانبی آمین آروماتیک سمی کمتری تشکیل می شود. گلیکولیز را می توان به عنوان یک فرآیند تک فازی درنظر گرفت. نشان داده شده است که کیفیت محصول واکنش، به دما و زمان واکنش، نوع کاتالیزور و گلیکول مورد استفاده، نسبت وزنی PUF به گلیکول و اندازه ذرات PUF وارد شده به راکتور بستگی دارد. گلیکولیز تک فاز منجر به مخلوطهای پیچیدهای میشود که برای سنتز الاستومرهای PU، پوششها و چسبها، قالبگیری مواد PU و PUFهای ریجید استفاده شدهاند. گلیکولیز، بازیابی پلیالهای با کیفیت بالا را امکانپذیر میسازد، اما علیرغم خالصسازی آنها، PUFهای فلکسیبل با عملکرد بالا را نمیتوان منحصراً از پلیالهای بازیافتی مشتق شده از گلیکولیز (RPs ) سنتز کرد. اسیدولیز PUF ها با اسیدهای دی کربوکسیلیک برای تولید RPs را می توان با مقادیر کمی از معرف تجزیه انجام داد، زیرا واکنش برگشت ناپذیر بوده و منجر به تشکیل پیوند آمیدی پایدارتر از نظر حرارتی پس از دکربوکسیلاسیون اسید کاربامیک تشکیل شده، می شود. علاوه بر این، گروههای کربوکسیل معرف اسیدی ممکن است با آمینهای آروماتیک واکنش داده و به عنوان یک جاذب آمینی عمل کنند. با این وجود، اسیدولیز نمیتواند RPهایی تولید کند که از نظر عملکرد معادل نزدیک پلیالهای بکر (VPs ) باشد، زیرا در مقادیر کم معرف اسیدی مورد استفاده، تخریب پیوندهای یورتان کامل نیست و منجر به RPهای دارای عامل آمین آروماتیک میشود. در حالی که در مقادیر بالاتر از معرف اسیدی مورد استفاده، میزان استری شدن بین گروه های هیدروکسیل پلی ال و گروه های کربوکسیل معرف بارزتر بوده و منجر به پایان یافتن زنجیره های پلی ال با گروه های کربوکسیل می گردد. هر دو آمین و به خصوص گروه های انتهایی کربوکسیل پلی ال به طور قابل توجهی بر کیفیت و عملکرد PUF های فلکسیبل سنتز شده از RP های مشتق شده از اسیدولیز تأثیر می گذارند. یک فرآیند تجزیه PUF که کمتر مورد مطالعه قرار گرفته است آمینولیز است که می تواند در حضور یا عدم وجود یک کاتالیزور انجام شود. در آمینولیز، پلی ال در گروه یورتان با آمین مبادله می شود که می تواند دی آمین های آلیفاتیک یا پلی آمین ها با گروه های آمینه اولیه و در برخی موارد نیز ثانویه در ساختار یا آمین های آلکانول باشد. بسته به شرایط واکنش، نتیجه آمینولیز PUF مخلوط پیچیده ای است که در یک فرآیند تک فازی تولید می شود که فقط برای کاربردهای کم تقاضا مناسب است (به عنوان مثال، مواد پخت برای رزین های اپوکسی، پوشش های پلی یورتان اوره)، یا یک پلی ال پلی اتر بوده که کیفیت پایینی داشته و فقط برای سنتز PUF های ریجید مناسب است. عملکرد دقیق، ویژگی های جرم مولی و مشخصات دقیق RP های مشتق شده از آمینولیز گزارش نشده است.
روشهای موجود بازیافت شیمیایی ضایعات PUF از تجزیه ناقص گروههای یورتان و عدم تجزیه پیوندهای یورتان به تنهایی رنج میبرند، که در نتیجه پلیالهای دارای عملکرد متفاوت حاوی محصولات جانبی مختلف ایجاد می گردد. به همین دلیل، RP ها تنها به عنوان جایگزین جزئی پلی ال های خالص (VR) در فرمولاسیون برای تولید PUF های فلکسیبل جدید استفاده می شوند. هدف کلی توسعه یک فرآیند بازیافت کارآمد برای PUF های فلکسیبل به منظور تولید RP هایی است که از نظر عملکرد، جرم مولی و خلوص معادل VP ها باشند تا امکان پلیمریزاسیون مجدد آن ها به PUF های فلکسیبل جدید با همان کیفیت و عملکردی که از VP ها تولید می شود، وجود داشته باشد.
تخریب PUF ها با معرف های هسته دوست که پلی ال را در گروه یورتان مبادله می کنند معمولاً در دماهای بالا (تا ۲۳۰ درجه سانتی گراد) رخ می دهد. تخریب حرارتی گروه یورتان منجر به آزاد شدن پیش سازهای هیدروکسیل و ایزوسیانات می گردد. به دلیل واکنش پذیری بالای گروه های ایزوسیانات، آن ها بیشتر با هسته دوست های موجود در سیستم، واکنش نشان می دهند. از آنجایی که واکنش ایزوسیانات ها با آمین ها برای تشکیل اوره بیشتر از ایزوسیانات ها با گروه های هیدروکسیل پلی ال است، آمینولیز را به عنوان روشی برای تجزیه PUF انتخاب می کنند.
بدون دیدگاه