از آنجایی که واکنش بین ایزوسیانات و دی ال توسط اتو بایر و اختراع فوم های پلی یورتان در اوایل دهه ۱۹۴۰۰ انجام شد، کاربرد فوم های پلی یورتان فلکسیبل به طور تصاعدی در حال افزایش است. تقاضای مستمر افزایش راحتی و بهبود سبک زندگی مصرف کننده نهایی همواره موتور محرکه این گسترش سریع بوده است. روش های زیادی برای تولید فوم پلی یورتان در سراسر جهان طراحی، توسعه و اجرا شده است. کاربردهای نهایی مانند تشک، اثاثه یا لوازم داخلی و صنعت خودرو از این ماده و خواص منحصر به فرد آن بهره می برند. در اروپا، بازده فوم پلی یورتان (PU ) به رکورد بیش از ۱.۲ میلیون تن در سال ۲۰۱۸ رسید تا نیازهای مصرف کننده را برآورده کند. فرآیند سنتز، همراه با فرآیند تبدیل در هندسه های پیچیده فوم PU، منجر به ضایعات فوم می شود. بخش قابل توجهی از ضایعات فوم مجدداً به عنوان مواد پر کننده فومی، برای اقلام مختلف مانند بالش، مبل و موارد دیگر مورد استفاده قرار می گیرد. با این حال، مقدار قابل توجهی از ضایعات فوم پلی یورتان استفاده نشده است که در نهایت به عنوان زباله دفن یا سوزانده می شوند.
ضایعات فوم PU را می توان با استفاده از روش های فیزیکی، ترموشیمیایی و شیمیایی بازیافت نمود. روشهای بازیافت فیزیکی عبارتند از: آسیاب مجدد، پیوند مجدد، قالبگیری تزریقی و قالبگیری فشرده، در حالی که رایجترین روشهای شیمیایی شامل هیدرولیز، آمینولیز و گلیکولیز می شوند. فرآیندهای گلیکولیز برای طیف وسیعی از محصولات پلی یورتان، از جمله الاستومرها، پوششها، فومهای ریجید، فومهای فلکسیبل، پلییورتانهای قالبگیری تزریقی تقویتشده و حتی فومهای PU فلکسیبل با انعطافپذیری بالا گزارش شده است. اگرچه چندین روش شیمیایی برای بازیابی ضایعات فوم پلی یورتان در مقالات و ثبت اختراعات متعدد شرح داده شده است، فرآیندهای گلیکولیز هنوز به عنوان عملیاتی در مقیاس صنعتی به دلایل اقتصادی ویا کیفیت گزارش نشده اند. هزینه های بالای مرتبط با چندین اشکال فن آوری مانع از این کاربرد صنعتی پایدار شده است.
فرآیند گلیکولیز معمولاً با چندین مرحله جداسازی قبل از بازیافت پلیال دنبال میشود که در نتیجه نیاز به تجهیزات تکمیلی داشته و منجر به افزایش هزینه میشود. با توجه به مقدار زیاد ضایعات فوم پلی یورتان برای بازیابی، تقاضای بالایی برای شناسایی روش های جدید یا بهبود کارایی روش های موجود وجود دارد. هدف از این کار شناسایی راه های بهبود یافته و اقتصادی کارآمد برای بازیافت فوم های پلی یورتان فلکسیبل با ارزیابی روش های مختلف گلیکولیز و ادغام مجدد مواد بازیافتی در فرمولاسیون فوم PU صنعتی بود. تکنیکهای مختلف گلیکولیز ضایعات فوم پلییورتان، مانند روش فشار اتمسفر، روش اتوکلاو و روش فرکانس بالا، با ارزیابی بالاترین بازده ممکن از مواد بازیافتی مورد مطالعه قرار گرفتند. محصول گلیکولیز در همان فرمولبندیهایی که در تولید صنعتی استفاده میشود، با هدف جایگزینی مواد خام اصلی-پلیاتر (یا پلی استر) مورد استفاده قرار گرفتند. این مطالعه باید درک بهتری از رابطه بین استفاده از پلی ال بازیافت شده و خواص فوم را فراهم کند. هدف نهایی یافتن شرایط بهینه از منظر بازیابی مواد خام بوده، بنابراین بهترین راه برای ادغام ضایعات فوم PU در تولید فوم پلی یورتان در مقیاس صنعتی معرفی می شود. این می تواند سهم مهمی در تلاش های جهانی برای کاهش میزان کربن، به حداقل رساندن مواد زائد پلاستیکی و در نهایت کمک به تلاش های اقتصادهای دایره ای برای این ماده خاص باشد.
ارزیابی مقایسه ای روش های گلیکولیز:
سه روش مختلف گلیکولیز برای انتخاب روشی که منجر به بهترین نتیجه از مواد پلی یورتان بازیافت شده( گلیکولیز در فشار اتمسفر،در اتوکلاو و با استفاده از گرمایش مایکروویو) شد، مورد بررسی قرار گرفته است. هدف اصلی بررسی، تأثیر روشهای گلیکولیز بر نسبت تجزیه ضایعات فوم پلییورتان و مشخص کردن محصولات گلیکولیز شده بر اساس ویژگیهای مشخصات اصلی مانند ویسکوزیته، تعداد هیدروکسیل و محتوای آب است. در نهایت هدف، استفاده از مواد گلیکولیز شده در فرمولاسیون فوم پلی یورتان و مقایسه مزایا و معایب هر روش است.
ارزیابی این که کدام روش بهترین تعادل را بین بازده پلیال بازیافت شده و اجرای صنعتی احتمالی ممکن میسازد، مهم است. ضایعات فوم تولید شده از فوم پلی یورتان مبتنی بر پلی استر برای فرآیند گلیکولیز استفاده شده است. این نوع فوم ها به دلیل خاصیت اتصال قوی بر روی بسترهای مختلف و خواص کششی و ازدیاد طولی فوق العاده در صنعت خودروسازی استفاده می شوند. فومهای پلی استر اسلب استوک برای کاربردهای نساجی، بستهبندی، فیلترها و غیره استفاده میشوند. این نوع فوم ویژگیهای راحتی کمتری داشته و از نظر هیدرولیکی پایداری کمتری نسبت به فوم پلییورتان مبتنی بر پلیاتر دارد، بنابراین برای مبلمان یا رختخواب استفاده نمیشود. با توجه به نگرانی های عامل گلیکولیز، دلیل انتخاب DEG، سازگاری خوب آن با ضایعات فوم فوق الذکر و افزایش شانس بازده محصول بازیابی شده است. نقطه جوش درجه حرارت ۲۴۵ درجه سانتیگراد است که به ما امکان می دهد گلیکولیز را در دماهای بالا بدون از دست دادن مواد خام انجام دهیم. خلوص DEG نیز برای جلوگیری از واکنش های جانبی احتمالی مهم است.
افزودن گام به گام ضایعات فوم در فرآیند گلیکولیز در روش فشار اتمسفر ضروری بود، زیرا ضایعات فوم مواد خام مورد استفاده برای گلیکولیز را جذب کرده و در نتیجه باعث تورم فوم می شود که می تواند مانع از اختلاط گردد. برای جلوگیری از آن، هر ده دقیقه یک دهم ضایعات فوم اضافه می شود. به این ترتیب، تخریب فوم پلی یورتان به طور قابل قبولی پیش می رود. با این حال، پس از هر مرحله افزودن، مشکلات اختلاط مشاهده شده و در آخرین توالی افزودن ضایعات فوم، مشکلات حتی بیشتر می شود. برعکس، گلیکولیز با استفاده از اتوکلاو نیازی به افزودن مرحله به مرحله نداشته و حتی امکان استفاده از نسبتهای ضایعات PU/DEG بالاتر را می دهد. روش سوم، گلیکولیز با استفاده از تجهیزات مایکروویو، زمان بسیار کوتاه تری را برای تکمیل تجزیه فراهم کرده، اما دارای هزینه تجهیزات و مصرف انرژی بالا می باشد. جدول ۱ نتایج به دست آمده توسط سه روش مختلف گلیکولیز را نشان می دهد. هر سه روش امکان تجزیه ضایعات فوم PU را فراهم می کنند که منجر به یک مایع قهوهای همگن با ویژگیهای معمولی می شود.
سه آزمایش (طراحی شده به عنوان EXP. 1، EXP. 2، و EXP. 3 ) با استفاده از همان فرمول، با ۲۵٪ (وزن) ضایعات PU و ۷۵٪ DEG اجرا شده است. همه روش ها به مواد بازیافتی پایدار منجر می شوند. افزودن متوالی ضایعات فوم پلی یورتان کل فرآیند را کند کرده و منجر به زمان طولانی گلیکولیز می شود. آزمایش گلیکولیز با استفاده از مایکروویو (EXP. 3 ) فرآیند بسیار سریعتری بوده که منجر به پلی ال بازیافتی با ویژگیهای مشابه می شود، اما این روش پیچیدهتر است درنتیجه هزینههای بالاتری را به همراه دارد. محصولات گلیکولیز شده به عنوان مواد خام برای تولید فوم های پلی یورتان فلکسیبل مبتنی بر پلی استر و پلی اتر مورد استفاده قرار می گیرند. در این مقاله، ۱ درصد پلیال بکر با محصولات گلیکولیز جایگزین شده و تأثیر این محصول بازیافتی بر خواص فیزیکی فومهای پلییورتان مورد مطالعه قرار گرفته است.
بدون دیدگاه