POSSIBLE 项目实现聚氨酯及其复合材料的闭环再生

Cannon FPL 36 IW高压混合头将含有硬质聚氨酯颗粒的聚氨酯喷涂到模具上。来源 | Cannon Group

意大利Cannon Group与聚氨酯加工商MAP S.p.A.以及贝加莫大学紧密合作，推出了一种回收聚氨酯和玻璃纤维增强聚氨酯复合材料的新方法。该方法是在POSSIBLE（可持续工业生产）项目下开发，该项目由意大利欧盟复苏基金NextGenerationEU战略计划共同资助。Cannon已成功证明，研磨后的泡沫和颗粒状部件可用作新型复合材料配方中的二次增强材料。

聚氨酯泡沫和玻璃纤维增强聚合物因其机械强度、耐热性、稳定性以及可添加增强纤维的特点而备受青睐，但由于材料本身和纤维中均存在化学交联，传统的回收方法难以实现。科学研究已开发出几种潜在的化学回收途径，但这些方法目前仅限于实验室规模，且往往速度过慢、成本过高，或与现有的聚氨酯生产工艺不兼容。

在此背景下，POSSIBLE项目应运而生。Cannon的工艺提供了一种更为直接的方法，通过两种互补的方式将纯的或复合的硬质聚氨酯废料重新整合到生产中，这两种方式均与其高压系统兼容。

“其根本理念并非改变系统的化学性质、引入复杂的工艺步骤，或者需要全新的生产线，”Cannon移动和特种产品销售经理Dario Pigliafreddo解释说，“而是将玻璃纤维浸渍的灵活性和模块化应用于一种成熟且性能良好的工艺中，以添加回收的颗粒和粉末，并采用一些聚氨酯制造商已经在使用的高压发泡平台。”

项目期间探索了两种互补的方法。第一种方法是将硬质泡沫废料转化为微米级粉末，然后将其分散到多元醇中形成浆料，并使用混合头作为液体组分进行计量。第二种方法是使用硬质聚氨酯颗粒和玻璃纤维增强聚氨酯，将其作为固体填料，通过专用计量系统与Cannon专利的Interwet-LFI（长纤维注射）技术的FPL 36 IW混合头结合，添加到混合物中。

硬质泡沫废料 → 微米级粉末 → 多元醇分散体

第一种路线是将硬质泡沫废料转化为两种粉末：一种是细粉（PU-A），大部分颗粒小于75微米；另一种是粗粉（PU-B），颗粒大小在300-500微米之间。通过将干燥后的粉末加入到含有多元醇的反应器中制备分散体，粉末添加量最高可达多元醇物流重量的20%，约占泡沫废料的5%。

为了处理这些高粘度浆料，Cannon将异氰酸酯和多元醇分成两股流体，一股为“清洁”流体，另一股为“负载”流体。这样，即使粘度超过10,000 mPa·s，也能保持较高的混合能量和系统的稳定性。然后，通过刮板筒进行计量。

后续分析表明，再生粉末分布均匀，形成均质板材。此外，与参考材料相比，导热系数仅增加约4%，即使泡沫中再生材料含量仅为3%，也能保持良好的隔热性能。

固体废料 → 颗粒转化 → 固体填料计量

第二种方法是将聚氨酯废料（包括玻璃纤维增强聚氨酯）制成颗粒，然后作为固体填料直接添加到Interwet-LFI喷头中。这项技术目前已用于聚氨酯和碎玻璃纤维的混合，并允许将回收颗粒整合到混合流程中。

为了确定最高效的给料系统，测试了气力流化床输送和柔性螺旋输送两种方式。气力流化床输送对于致密、规则的颗粒效果良好，但对于轻质或粉状物料则不稳定。柔性螺旋输送则更为灵活，能够实现从几克/秒到超过100克/秒的输送速率，且不会出现脉动或架桥现象，使其成为废弃玻璃纤维增强塑料颗粒的理想选择。采用这种配置，生产出了再生颗粒含量高达40%（重量比）且分布均匀的板材。

Cannon的后续测试表明，回收利用硬质聚氨酯和玻璃纤维增强塑料可以成为生产线不可或缺的一部分。这些回收方法无需采用侵入性工艺或对配方进行根本性改变，而是将废料转化为可在生产过程中重复使用的材料，从而带来立竿见影的经济和环境效益。这是热固性材料循环利用方面迈出的重要一步。

根据POSSIBLE项目期间进行的研究，Cannon目前正在开发具有商业可行性的聚氨酯和玻璃纤维增强塑料回收解决方案，这些解决方案将在不久的将来进入市场。