Полиуретан (PUR) — это важный пластиковый материал, применяемый в производстве матрасов, теплоизоляции для холодильников и зданий, обуви, автомобильных и авиационных компонентов, лопастей ветряных турбин, кабелей и многих других изделий. Однако подавляющее большинство полиуретановых изделий, которые выбрасываются по всему миру, в конечном итоге сжигаются или оказываются на свалках. Основные составляющие материала преимущественно получены из ископаемого топлива, что ведет к значительным экологическим и климатическим проблемам. В 2022 году глобальный рынок PUR достиг почти 26 миллионов тонн, а прогноз на 2030 год предсказывает объём почти в 31,3 миллиона тонн, из которых около 60% будет составлять пена в различных формах.
Существует небольшая, но быстро растущая отрасль химической деполимеризации полиуретана, которая позволяет разлагать его на исходные компоненты — полиол и изоцианат, для их повторного использования в производстве новых полиуретановых изделий. Однако до сих пор такие методы не могут конкурировать с производством «чистых» материалов из-за высоких затрат на разделение и очистку компонентов.
Исследовательская группа из Орхусского университета предлагает новый метод, основанный на разрушении пенополиуретана с применением кислоты (ацидолиз). В отличие от существующих технологий, которые не позволяют эффективно разделить разложившийся PUR на полиол и изоцианат, учёные из AU могут сделать это за один цикл.
Они нагревают гибкий пенополиуретан до 220°C в реакторе с небольшим количеством янтарной кислоты, затем применяют фильтр, который позволяет разделить материалы. Через фильтр проходят именно полиолы с качественными характеристиками, сопоставимыми с первичным полиолом, что позволяет их использовать в новом производстве полиуретана. Твёрдая часть смеси, отфильтровываемая в процессе, преобразуется в диамин через гидролиз — простую химическую реакцию, используемую в производстве изоцианатов и, соответственно, PUR.
Таким образом, исследователям удаётся восстановить до 82% исходного материала из гибкой полиуретановой пены в виде двух отдельных фракций диаминов и полиолов. Учёные опубликовали свои результаты в научном журнале Green Chemistry.
«Этот метод легко масштабировать», — отмечает один из авторов исследования Штеффан Квист Кристенсен, доцент Междисциплинарного центра нанонауки (iNANO) при Орхусском университете. Он видит огромный потенциал в переработке отходов пенополиуретана на заводах, использующих его в качестве сырья. Однако перспектива переработки полиуретановых отходов требует дальнейшего развития.
Каждый производитель полиуретана использует уникальные формулы для достижения определённых свойств своей продукции. Поэтому, прежде чем можно будет достичь реальной экономии при переработке полиуретана, нужно решить несколько проблем: сортировку отходов, логистику и классификацию PUR по типам. Деполимеризация — это лишь часть решения.
Исследователи AU также испытали комбинацию ацидолиза и гидролиза на регенерированном пенополиуретане и жёстком пенополиуретане. Однако путь к замкнутой экономике ещё долог.
Жёсткие пенополиуретаны в основном применяются в качестве изоляционных материалов, однако попытки превратить их в ценные сырьевые продукты находятся на начальной стадии.
В настоящее время учёные тестируют новую технологию на других полиуретановых материалах, чтобы оценить возможности их переработки. Они также исследуют способы повторного использования дикарбоновой кислоты, применяемой в процессе. В планах есть и тестирование переработанных материалов для создания новых продуктов, чтобы продемонстрировать, что технология действительно способна способствовать циркулярной экономике.
Полиуретан — это полимер (длинная цепочка молекул), поэтому его химическое разрушение называется деполимеризацией. Янтарная кислота — это природная кислота, широко используемая как пищевая добавка и как исходный материал для различных видов пластика. В данном случае янтарная кислота может разлагать полиуретан (PUR) без использования дополнительных химикатов.
Источник: iXBT
