Odseki

J2-50054 Kemijska reciklaža poliuretanskih pen

Vodja projekta:

Dr. Ema Žagar

1. VSEBINSKI OPIS PROJEKTA: 

Poliuretanske (PU) pene uporabljamo v različnih aplikacijah, zlasti za vzmetnice, oblazinjeno pohištvo, v  elektronski in avtomobilski industriji ter gradbeništvu. Zaradi rastoče uporabe PU pen, se bo njihova proizvodnja po predvidevanjih povečala na 20 milijonov ton do leta 2025. Posledično pričakujemo tudi vedno večje količine odpadnih PU pen. Običajno odpadne pene odlagamo v za to namenjena odlagališča, ki pa so s strani družbe, predvsem zaradi z njimi povezanimi okoljskimi problemi, vse manj sprejemljiva. V skladu z globalnimi prizadevanji zmanjševanja porabe naftnih surovin in onesnaževanja okolja, je potreba po alternativnih rešitvah ravnanja s PU odpadki nedvoumna.

Mehanska reciklaža in piroliza sta neprimerni metodi ravnanja z odpadnimi PU penami zaradi njihove zamrežene strukture in okoljskih težav, ki jih povzroča sproščanje strupenih plinov pri pirolizi. Zato je kemijsko recikliranje PU pen v zadnjem času postala intenzivno raziskovana tematika. Kemijsko PU pene recikliramo na različne načine, pri čemer običajno uporabljamo konvencionalno segrevanje. Le malo je objav na reciklaži polimerov, podprti s segrevanjem z mikrovalovi, ki zagotavlja izvedbo procesov v krajšem času in tako nižjo porabo energije z manj emisijami ogljikovega dioksida v primerjavi s procesi, temelječimi na konvencionalnem segrevanju. Kemijska reciklaža PU pen na osnovi polieter poliolov temelji na razgradnji uretanskih vezi v strukturi pen. Vendar pa trenutne tehnologije recikliranja PU pen ne vodijo do popolne razgradnje uretanskih vezi in/ali potekajo stranske reakcije, ki vodijo do: (i) recikliranih poliolov nižje kakovosti v primerjavi z originalnimi polioli in so zato primerni le kot delni nadomestek originalnih poliolov v formulacijah PU pen oziroma do (ii) slabo opredeljenih reakcijskih produktov, ki se uporabljajo v manj zahtevnih aplikacijah.

Cilj projekta je razviti učinkovito tehnologijo kemijske reciklaže odpadnih PU pen, ki bo (i) omogočala učinkovito razgradnjo uretanskih skupin, ker le na ta način lahko pridobimo poliole, ki so po funkcionalnosti in molekulski masi ekvivalenti originalnim; (ii) preprečeval nastajanje neželenih aromatskih diaminov med procesom razgradnje pen; (iii) omogočal enostavno ločevanje tekoče poliolne faze od preostalih trdih segmentov in enostavno in učinkovito čiščenje recikliranih poliolov; in (iv) energetsko učinkovit. V ta namen predlagamo aminolizo in amonolizo z novimi še ne uporabljenimi reagenti in segrevanje reakcijskih zmesi z mikrovalovi. Proučevali bomo vpliv eksperimentalnih pogojev, tj. vrste ter količine razgradnega reagenta, reakcijske temperature in časa, na funkcionalnost in molekulsko maso recikliranih poliolov, prisotnost stranskih produktov, topnih v poliolih, in stopnjo razgradnje oligosečninskih trdih segmentov pene. Reciklirane poliole bomo uporabili za sintezo novih fleksibilnih PU pen, kjer bomo v formulaciji originalni poliol zamenjali z recikliranim v večji meri, kot je trenutno mogoče (20 ut%). Morfologijo in mehanske lastnosti sintetiziranih PU pen bomo proučevali, da bomo ocenili vpliv strukturnih lastnosti poliolov na kakovost fleksibilnih PU pen, narejenih iz recikliranih poliolov. Oligosečninske trde segmente, ki nastanejo kot stranski produkt pri razgradnji pen, bomo razgradili v aromatske diamine, ki so surovina za proizvodnjo diizocianatov, ki jih uporabljamo pri sintezi PU, in na ta način zadostili zahtevam krožnega gospodarstva. Robustnost in potencialno uporabnost predlaganega postopka reciklaže na večji skali bomo preverili na PU penah, proizvedenih iz različnih diizocianatov in kopolieter poliolov kot tudi na post-industrijskih in potrošniških odpadkih, ki vsebujejo različne dodatke (zaviralce gorenja, barvila, polnila). Nagnjenost procesa k slabšanju kvalitete recikliranih poliolov bomo ovrednotili tako, da bomo pene iz recikliranih poliolov večkrat podvrgli procesu razgradnje, vpliv procesa na okolje pa bomo ocenili z analizo življenjskega cikla.

a.       osnovni podatki glede financiranja:

Projekt financira ARRS v okviru cenovne kategorije B za obdobje treh let v obsegu 2294 letnimi urami za obdobje 3 let. Pričetek financiranja je 1. 10. 2023.

b.       sestava projektne skupine s povezavami na SICRIS

Na Kemijskem inštitutu v projektni skupini J2-50054 sodelujejo:

12318; Ema Žagar 

29613; David Pahovnik 

52531; Urška Češarek 

53315; Maja Grdadolnik

56373; Petra Oblak

2.  FAZE PROJEKTA IN NJIHOVA REALIZACIJA

Delovni program je sestavljen iz petih delovnih paketov (WP):

WP1: Razgradnja modelne poliuretanske pene na osnovi polipropilen oksida.

WP2: Razgradnja fleksibilnih poliuretanskih pen različnih kemičnih sestav in odpadnih poliuretanskih pen

WP3: Uporaba produktov razgradnje prožnih poliuretanskih pen

WP4: Karakterizacijske metode

WP5: Diseminacija rezultatov projekta

3. BIBLIOGRAFSKE REFERENCE, KI IZHAJAJO NEPOSREDNO IZ IZVAJANJA PROJEKTA