中国におけるポリウレタン材料のリサイクル状況
1、ポリウレタン生産工場では、比較的濃縮されており、リサイクルしやすいため、毎年大量のスクラップが発生します。ほとんどの工場では、物理的および化学的リサイクル方法を使用してスクラップ材料を回収し、再利用します。
2. 消費者が使用した廃ポリウレタン材料は十分にリサイクルされていません。中国には廃ポリウレタンの処理を専門に行う企業がいくつかあるが、その多くは焼却と物理的リサイクルが主である。
3、国内外の多くの大学や研究機関がポリウレタンの化学的および生物学的リサイクル技術の探索に取り組んでおり、一定の学術結果を発表しています。しかし、実際に大規模なアプリケーションに導入されているのはごくわずかで、ドイツの H&S もそのうちの 1 つです。
4、中国国内の廃棄物分類は始まったばかりであり、ポリウレタン材料の最終分類は比較的低く、企業がその後のリサイクルと利用のために廃ポリウレタンを継続的に入手することは困難である。廃棄物の供給が不安定なため、企業の経営が困難になっています。
5. 大型廃棄物のリサイクルと処理には明確な料金基準がありません。例えば、ポリウレタン製のマットレス、冷蔵庫の断熱材など、政策と産業チェーンの改善により、リサイクル企業はかなりの収入を得ることができます。
6、ハンツマンは、PETプラスチックボトルをリサイクルする方法を発明しました。多くの厳格な処理プロセスを経た後、化学反応ユニットで他の原料と反応してポリエステルポリオール製品、最大60％のリサイクルPETプラスチックボトルから製品成分、およびポリエステルを生成します。ポリオールはポリウレタン材料の製造に使用される重要な原料の一つです。現在、ハンツマンは年間 10 億本の 500ml PET プラスチックボトルを効果的にリサイクルすることができ、過去 5 年間で 50 億本のリサイクルされた PET プラスチックボトルが、ポリウレタン断熱材の生産用に 130,000 トンのポリオール製品に変換されました。
物理的リサイクル
この方法は最も広く使用されているリサイクル技術です。軟質ポリウレタンフォームを粉砕機で数センチメートル程度に粉砕し、反応性ポリウレタン接着剤をミキサーで噴霧します。使用される接着剤は一般に、ポリウレタンフォームの組み合わせ、またはポリフェニルポリメチレンポリイソシアネート (PAPI) をベースとした末端 NCO ベースのプレポリマーです。PAPI ベースの接着剤を使用して接着および成形する場合、スチーム混合を行うこともできます。 廃ポリウレタンを接着するプロセスでは、廃ポリウレタン 90%、接着剤 10% を追加し、均一に混合し、染料の一部を追加することもできます。次に混合物を加圧します。
熱硬化性ポリウレタン軟質フォームおよびRIMポリウレタン製品は、100～200℃の温度範囲である程度の熱軟化可塑性を示します。高温高圧下で廃ポリウレタンを接着剤なしで接着します。リサイクル製品をより均一にするために、廃棄物を粉砕し、その後加熱および加圧することがよくあります。
ポリウレタン軟質フォームは、低温粉砕または粉砕プロセスによって微粒子にすることができ、この粒子の分散液をポリウレタンフォームまたはその他の製品の製造に使用されるポリオールに添加して、廃ポリウレタン材料を回収するだけでなく、製品のコストを効果的に削減することもできます。MDI ベースの常温硬化軟質ポリウレタン フォームの粉砕粉末含有量は 15% に制限されており、TDI ベースの熱硬化フォームには最大 25% の粉砕粉末を添加できます。
ケミカルリサイクル
ジオール加水分解は、最も広く使用されている化学的回収方法の 1 つです。小分子ジオール (エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコールなど) および触媒 (第三級アミン、アルコールアミン、または有機金属化合物) の存在下で、ポリウレタン (フォーム、エラストマー、RIM 製品など) は約 100 ℃ の温度でアルコール化されます。 200℃で数時間加熱して、再生ポリオールを取得します。リサイクルされたポリオールは、ポリウレタン材料の製造のために新鮮なポリオールと混合できます。
ポリウレタンフォームは、アミノ化によって最初のソフトポリオールとハードポリオールに変換できます。アモリシスは、加圧および加熱中にポリウレタンフォームがアミンと反応するプロセスです。使用されるアミンには、ジブチルアミン、エタノールアミン、ラクタムまたはラクタム混合物が含まれ、反応は 150 ℃ 未満の温度で実行できます。最終製品は、直接製造されたポリウレタン フォームの精製を必要とせず、元のポリウレタン フォームから製造されたポリウレタンを完全に置き換えることができます。ポリオール。
ダウ・ケミカルは、アミン加水分解化学物質回収プロセスを導入しました。このプロセスは 2 つのステップで構成されます。廃ポリウレタンは、アルキロールアミンと触媒によって高濃度に分散したアミノエステル、尿素、アミン、およびポリオールに分解されます。次に、回収された材料中の芳香族アミンを除去するためにアルキル化反応が行われ、良好な性能と明るい色のポリオールが得られます。この方法では多種類のポリウレタンフォームを回収することができ、回収したポリオールは多種類のポリウレタン材料として利用することができます。同社はまた、ケミカル リサイクル プロセスを使用して RRIM 部品からリサイクル ポリオールを取得し、これを再利用して RIM 部品を最大 30% 強化することができます。
加水分解方法 - 水酸化ナトリウムを加水分解触媒として使用し、ポリウレタンのソフトバブルとハードバブルを分解してポリオールとアミン中間体を生成し、リサイクル原料として使用できます。
アルカリ分解：ポリエーテルとアルカリ金属水酸化物を分解剤として使用し、発泡分解後に炭酸塩を除去してポリオールと芳香族ジアミンを回収します。
アルコリシスとアモリシスを組み合わせるプロセス。ポリエーテルポリオール、水酸化カリウム、ジアミンを分解剤として使用し、カーボネート固体を除去してポリエーテルポリオールとジアミンを取得します。ハードバブルの分解を分離することはできませんが、プロピレンオキシドの反応によって得られるポリエーテルを直接ハードバブルの製造に使用できます。この方法の利点は、分解温度が低い（60～160℃）、短時間で分解泡が大量に得られることです。
アルコールリンプロセス - 分解剤としてポリエーテルポリオールとハロゲン化リン酸エステルを使用し、分解生成物はポリエーテルポリオールとリン酸アンモニウム固体であり、分離が容易です。
ドイツのリサイクル会社である Reqra は、ポリウレタン靴の廃棄物をリサイクルするための低コストのポリウレタン廃棄物リサイクル技術を推進しています。このリサイクル技術では、廃棄物を10mm程度に粉砕し、反応器内で分散剤とともに加熱して液化し、最終的に回収して液状ポリオールを得る技術です。
フェノール分解法 - 日本は廃棄ポリウレタン軟質フォームを粉砕してフェノールと混合し、酸性条件下で加熱してカルバメート結合を切断し、フェノールの水酸基と結合させ、ホルムアルデヒドと反応させてフェノール樹脂を製造し、ヘキサメチレンテトラミンを加えて固化させることができます。強度と靱性が高く、耐熱性に優れたフェノール樹脂製品です。
熱分解 - ポリウレタンソフトバブルを好気的または嫌気的条件下で高温で分解して油状物質を得ることができ、分離によりポリオールを得ることができます。
熱回収と埋立処理
ポリウレタン廃棄物からのエネルギー回収は、より環境に優しく、経済的に価値のある技術です。米国ポリウレタンリサイクル委員会は、廃棄ポリウレタンソフトフォームの 20% を固形廃棄物焼却炉に添加する実験を実施しています。結果は、残留灰と排出物が依然として指定された環境要件の範囲内にあり、廃泡を加えた後に放出される熱により化石燃料の消費が大幅に節約されることを示しました。ヨーロッパでは、スウェーデン、スイス、ドイツ、デンマークなどの国も、ポリウレタン系廃棄物の焼却から回収したエネルギーを利用して電力と暖房熱を供給する技術を実験中である。
ポリウレタンフォームは、単独で、または他の廃プラスチックと一緒に粉砕して粉末にし、木炭粉末の代わりに使用し、炉で燃焼して熱エネルギーを回収することができます。微粉末によりポリウレタン肥料の燃焼効率が向上します。
酸素、高温、高圧および触媒が存在しない場合、軟質ポリウレタンフォームおよびエラストマーを熱分解してガスおよび石油製品を得ることができます。得られた熱分解油には一部のポリオールが含まれており、精製して原料として使用できますが、一般には燃料油として使用されます。他のプラスチックとの混合廃棄物のリサイクルに適した方法です。ただし、ポリウレタンフォームなどの窒素含有ポリマーの分解により触媒が劣化する場合があります。これまでのところ、このアプローチは広く採用されていません。
ポリウレタンは窒素含有ポリマーであるため、どのような燃焼回収方法を使用する場合でも、窒素酸化物とアミンの生成を減らすために最適な燃焼条件を使用する必要があります。燃焼炉には適切な排ガス処理装置を設置する必要があります。
現在、かなりの量のポリウレタンフォーム廃棄物が埋め立て地に処分されています。苗床として使用されるポリウレタンフォームなど、一部のフォームはリサイクルできません。他のプラスチックと同様に、その材料が自然環境中で常に安定している場合、時間の経過とともに蓄積され、環境に負荷がかかります。埋立地にあるポリウレタン廃棄物を自然条件下で分解するために、生分解性ポリウレタン樹脂の開発が始まりました。たとえば、ポリウレタン分子には炭水化物、セルロース、リグニン、ポリカプロラクトン、およびその他の生分解性化合物が含まれています。
リサイクルのブレークスルー
2011年、エール大学の学生らがエクアドルでペスタロティオプシス・ミクロスポラと呼ばれる真菌を発見し、話題となった。この真菌は、空気のない（嫌気性）環境でもポリウレタンプラスチックを消化して分解することができるため、埋め立て地の底でも活動できる可能性があります。
調査ツアーを主導した教授は、短期的な研究結果に過度の期待をしないよう警告したが、プラスチック廃棄物をより速く、よりクリーンで、副作用がなく、より自然な方法で処理するというアイデアの魅力を否定することはできない。 。
数年後、LIVIN Studio のデザイナー Katharina Unger はユトレヒト大学の微生物学部と協力して Fungi Mutarium と呼ばれるプロジェクトを立ち上げました。
彼らは、ヒラタケとシゾフィラを含む2つの非常に一般的な食用キノコの菌糸体（キノコの線状で栄養価の高い部分）を使用しました。数か月にわたって、この真菌は食用寒天のポッドの周りで正常に増殖しながら、プラスチックの破片を完全に分解しました。どうやらプラスチックは菌糸体のおやつになるようです。
他の研究者もこの問題に引き続き取り組んでいます。2017年、世界アグロフォレストリーセンターの科学者セフルン・カーン氏と彼のチームは、パキスタンのイスラマバードの埋め立て地で、別のプラスチック分解菌であるアスペルギルス・チューブゲンシスを発見した。
この真菌は 2 か月以内にポリエステル ポリウレタン内で大量に増殖し、細かく分解されます。
スティーブン・ジマーマン教授率いるイリノイ大学のチームは、ポリウレタン廃棄物を分解し、他の有用な製品に変える方法を開発した。
大学院生のエフライム・モラドは、ポリマーを化学的に再利用することでポリウレタン廃棄物の問題を解決したいと考えています。ただし、ポリウレタンは非常に安定しており、分解が難しい 2 つの成分、イソシアネートとポリオールから作られています。
ポリオールは石油由来であり、簡単には分解されないため、重要です。この問題を回避するために、チームはより分解されやすく水溶性の化学単位アセタールを採用しました。室温でのトリクロロ酢酸とジクロロメタンによる溶解ポリマーの分解生成物は、新しい材料の製造に使用できます。概念実証として、Morado はパッケージングや自動車部品に広く使用されているエラストマーを接着剤に変換することができます。
しかし、この新しい回収方法の最大の欠点は、反応の実行に使用される原料のコストと毒性です。したがって、研究者らは現在、分解に穏やかな溶媒 (酢など) を使用して同じプロセスを達成する、より適切で安価な方法を見つけようとしています。
いくつかの企業の試み
1. PUReSmart研究計画
2. FOAM2FOAMプロジェクト
3. Tenglong Brilliant: ポリウレタン断熱材を新興建材としてリサイクル
4. Adidas: 完全にリサイクル可能なランニング シューズ
5. サロモン：フルTPUスニーカーをリサイクルしてスキーブーツを作る
6. コシ：チュアンは循環経済を促進するためにマットレスリサイクル委員会と協力しています
7. ドイツの H&S 社: スポンジマットレス製造用のポリウレタンフォームのアルコール分解技術
投稿日時: 2023 年 8 月 30 日