利用回收废硬质聚氨酯泡沫塑料制作保温管材料、保温管以及制作方法与流程

本发明涉及一种利用回收废硬质聚氨酯泡沫塑料制作保温管材料、保温管以及制作方法，用于集中供热管网。

背景技术：

随着人们对环保意识的不断提高，特别是在可持续发展的今天，实现资源的合理利用，已经被提到了重要的战略高度。硬质聚氨酯泡沫塑料是一种三维网状结构的热固性材料。由于它的优良性能，得到了广泛的应用，从而导致产生的废硬质聚氨酯泡沫塑料造成对环境的污染。

传统的处理方法一个是土埋一个是焚烧，无论是哪个方法，都是给环境造成了污染同时又浪费了资源。如果废聚氨酯泡沫塑料被回收再利用，可以减少对环境的污染，实现资源的循环利用和绿色环保理念。

硬质聚氨酯泡沫塑料作为一种重要的材料，对其废旧制品的合理回收再利用，不仅能有效地保护环境减少污染而且能节省资源变废为宝，而且还具有显著的社会效益和经济效益，也是供热节能的有力措施。因此对废硬质聚氨酯泡沫塑料的回收利用，制作成品(保温管等)已经成为当今世界最迫切需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明设计了一种利用回收废硬质聚氨酯泡沫塑料制作保温管材料、保温管以及制作方法，其解决的技术问题是现有技术中废硬质聚氨酯泡沫塑料未被最佳的利用，未有将其使用至集中供热管网中保温管中技术。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种利用回收废硬质聚氨酯泡沫塑料制作保温管材料，其特征在于：按照重量分数计，其原料中包含以下组分80-90重量份的聚醚多元醇、10-20重量份的废聚氨酯硬质泡沫塑料酵解的产物液体低聚物多元醇混合物、1.0-1.5重量份的水、1.5-3.0重量份的表面活性剂、0.4-1.5重量份的反应型胺催化剂、0.3-1重量份的常规胺催化剂、0-1.5重量份的交联剂：30-50重量份的发泡剂：所述黑料为145-150重量份的聚合MDI体系异氰酸酯。

进一步，所述废聚氨酯硬质泡沫塑料酵解的产物液体低聚物多元醇混合物是由废硬质聚氨酯泡沫塑料经破碎机破碎后按以下比例将废聚氨酯硬质泡沫塑料投入反应釜中，再加入醇解剂，在醇解剂的作用下150-220摄氏度反应8-10小时所得；其中，废聚氨酯硬质泡沫塑料与醇解剂的重量比为2：1。醇解剂为二乙二醇，其生产厂家为北京化工厂。

上述反应机理：在醇解剂和催化剂(废聚氨酯泡沫中已存在催化剂)的共同存在下，聚氨酯中的氨基甲酸酯键发生断裂，整体被短的醇链取代主要反应式如下：

-R₁-NH-CO-O-R₂+HO-R₃-OH→R₁-NH-CO-O-R₃-OH，其中R₁、R₂都是氨基甲酸酯基团，R₃为醇解剂基团。

醇解法本身是将聚氨酯废料重新用来合成聚氨酯材料的多元醇，可重新利用的液体低聚物，仍具有一定的反应活性，可以直接与异氰酸酯反应，所以可替代用来合成一系列的聚氨酯产品，从而实现原料的循环使用。

废聚氨酯硬质泡沫粉碎后可直接加入白料中使用，但只限于手工操作，因为粉碎后的泡沫重量轻体积大，增加白料的粘度，受机器泵、过滤器、机头的限制，容易堵塞泵、过滤器、机头，所以不能放在高压浇注机里使用。醇解后为液体并且与其它组分混合后可直接用于设备。

回收废聚氨酯硬质泡沫塑料进行酵解的目的在于硬质聚氨酯泡沫塑料作为一种重要的材料，对其废旧制品的合理回收再利用，不仅能有效地保护环境减少污染而且能节省资源变废为宝，而且还具有显著的社会效益和经济效益，也是供热节能的有力措施。可以减少对环境的污染，实现资源的循环利用和绿色环保理念。

进一步，所述组合聚醚多元醇与聚合MDI体系异氰酸酯的重量比为：1:1-1.05，所述组合聚醚多元醇包括聚醚多元醇、废聚氨酯硬质泡沫塑料酵解的产物液体低聚物多元醇混合物、水、表面活性剂、反应型胺催化剂、常规胺催化剂以及发泡剂。

其中，表面活性剂为聚硅氧烷，型号为3303，其缩小泡沫表面张力，控制泡孔大小稳定泡沫作用；反应型胺催化剂二甲基环己胺：参与聚氨酯反应，控制发泡速度；常规胺催化剂三乙醇胺，控制聚合反应速度。发泡剂为一氟二氯乙烷。进一步，所述组合聚醚多元醇是指包含有80-90wt％的聚醚、水、表面活性剂、催化剂以及发泡剂的混合物与10-20wt％的回收废聚氨酯硬质泡沫塑料酵解的产物液体低聚物多元醇。

进一步，所述聚醚多元醇中的聚醚以甘油为起始剂，环氧丙烷开环聚合，羟值430-480mgK0H/g。

一种利用回收废硬质聚氨酯泡沫塑料制作的保温管，包括工作管(1)、聚氨酯保温层(2)、高密度聚乙烯支架(3)以及高密度聚乙外护管(4)，工作管(1)与高密度聚乙外护管(4)之间通过高密度聚乙烯支架(3)进行支撑定位并形成填料空间，所述填料空间装填有聚氨酯保温层(2)，其特征在于：所述聚氨酯保温层(2)使用上述利用回收废硬质聚氨酯泡沫塑料制作保温管材料制得。

一种保温管的制作方法，包括以下步骤：

步骤1、对工作管(1)外观进行检查，检查是否工作管(1)存在破损；

步骤2、在外观完好的工作管(1)外部安装高密度聚乙烯支架(3)；

步骤3、在高密度聚乙烯支架(3)外部安装高密度聚乙外护管(4)形成保温管一体件，工作管(1)与高密度聚乙外护管(4)之间通过高密度聚乙烯支架(3)进行支撑定位并形成填料空间；

步骤4、将步骤3中所得保温管一体件吊放在发泡平台上；

步骤5、对保温管一体件两端部通过推进法兰进行封堵；

步骤6、在高密度聚乙外护管(4)的中间部位开设1个发泡孔，高压发泡机浇注发泡成型；

步骤7、退出法兰封堵，保温管制作完成。

进一步，所述步骤6中的白料为80-90重量份的聚醚多元醇、10-20重量份的废聚氨酯硬质泡沫塑料酵解的产物液体低聚物多元醇混合物、1.0-1.5重量份的水、1.5-3.0重量份的表面活性剂、0.4-1.5重量份的反应型胺催化剂、0.3-1重量份的常规胺催化剂、0-1.5重量份的交联剂：30-50重量份的发泡剂：以及黑料为145-150重量份的聚合MDI体系异氰酸酯。

进一步，6.1、步骤6中的按上述配方将各种白料原料加入白料组分罐中，搅拌混合均匀；同时将黑料原料加入黑料组分罐中；

6.2、按保温管内发泡密度≥60kg/m³计算出所生产保温管用黑、白料量；设定好浇注时间。白、黑两种料配比1:1-1.05；设定料温控制在25-35℃；

6.3、上述准备工作就绪后，先启动液压开关，待设备运转正常后，开启高压计量泵和高低压电磁阀的低压循环模式，白、黑料便分别通过一过滤器进入各自的高压计量泵，再由各自的高压计量泵回流到各自的组份罐中，如此循环3-5分钟，转换高低压电磁阀至高压循环，按下发射开关，白料和黑料在高压作用下快速通过混合头注入发泡孔，封堵发泡孔，一次浇注发泡成型。

该利用回收废硬质聚氨酯泡沫塑料制作保温管材料、保温管以及制作方法具有以下有益效果：

(1)本发明了减少对环境的污染，实现资源的循环利用，使得利用废硬质聚氨酯泡沫回收利用生产保温管成为可能，并且降低生产成本，还具有节能、环境友好以及易于工业化推广的特点。

(2)本发明工艺简单、成本低，既废物利用又环保又能提高预制直埋保温管聚氨酯保温层泡沫强度，保温管密度均勻，泡孔结构好，抗压强度高，很好的解决了泡沫的塌陷和收缩等问题。

(3)本发明采用醇解方法可得到活性氢基团封端的醇解产物液体低聚物多元醇混合物可直接用作生产的保温管，经醇解处理得到液体低聚物多元醇混合物，可与其它的塑料基体之间产生相互作用力，大大提高保温管的保温性能。

聚氨酯醇解发生的主要反应是：在醇解剂作用下，聚氨酯中的氨基甲酸酯键发生断裂整体被短的醇链代替，这一过程释放出长链多元醇并伴随芳香族化合物的产生，得到活性氢基团封端的醇解产物液体低聚物多元醇混合物可以直接与异氰酸酯反应，可替代用来合成一系列的聚氨酯产品，不仅减轻环境污染减少资源损耗而且回收所得产品成本低廉，从而实现原料的循环使用，降低新制品的成本，实现了废硬质聚氨酯泡沫塑料的高效、绿色循环利用，随着经济的发展，循环经济必定会越来越受到人们的重视。可以用于同等性能的供热系统的预制直埋保温管有很大的经济效益和社会效益。

(4)本发明采用醇解技术来回收废硬质聚氨酯泡沫的效率高，且制品质量好，泡沫强度高可以应用于保温管制品中。

具体来说，保温管保温层用醇解产物液体低聚物多元醇混合物操作简单、工艺流程短、回收率高，与聚醚多元醇混合再生产保温管保温层时所需异氰酸酯少，泡沫性能优良、强度高，热导率较不用回收多元醇制泡沫小，不仅减轻环境污染减少资源损耗而且回收所得产品成本低廉，实现了保温管废硬质聚氨酯泡沫塑料的高效、绿色循环利用，随着经济的发展，循环经济必定会越来越受到人们的重视。可以用于同等性能的供热系统的预制直埋保温管有很大的经济效益和社会效益。

附图说明

图1：本发明保温管的轴向剖面图；

图2：本发明保温管的部件连接示意图；

图3：本发明保温管的高密度聚乙烯支架结构示意图；

图4：本发明保温管的制作工艺流程图；

图5：本发明中高压浇注机工作流程及操作流程图。

附图标记说明：

1—工作管；2—聚氨酯保温层；3—高密度聚乙烯支架；31—环形结构；32—支撑叶片；33—支撑平台；4—高密度聚乙烯外护管。

具体实施方式

下面结合图1至图4，对本发明做进一步说明：

如图1所示，一种利用回收废硬质聚氨酯泡沫塑料制作的保温管，包括工作管1、聚氨酯保温层2、高密度聚乙烯支架3以及高密度聚乙外护管4，工作管1与高密度聚乙外护管4之间通过高密度聚乙烯支架3进行支撑定位并形成填料空间，填料空间装填有聚氨酯保温层2。

高密度聚乙烯支架3以及高密度聚乙外护管4中的“高密度”是指大于0.96g/cm³。

聚氨酯保温层2使用上述利用回收废硬质聚氨酯泡沫塑料制作保温管材料制得。

如图2所示，工作管1与高密度聚乙外护管4之间通过高密度聚乙烯支架3进行支撑定位，高密度聚乙烯支架3包括一环形结构31，在环形结构31内侧固定在工作管1上，环形结构31外壁上固定多个发散式的支撑叶片32，支撑叶片32最外端部设有支撑平台33，支撑叶片32与支撑平台33形成T字形结构。T字形结构通过挤压的方式将工作管1与高密度聚乙外护管4两者进行固定。

如图3所示，保温管的制作方法，包括以下步骤：

步骤1、对工作管1外观进行检查，检查是否工作管1存在破损。

步骤2、在外观完好的工作管1外部安装高密度聚乙烯支架3。

步骤3、在高密度聚乙烯支架3外部安装高密度聚乙外护管4形成保温管一体件，工作管1与高密度聚乙外护管4之间通过高密度聚乙烯支架3进行支撑定位并形成填料空间。

步骤4、将步骤3中所得保温管一体件吊放在发泡平台上。

步骤5、对保温管一体件两端部通过推进法兰进行封堵。

步骤6、在高密度聚乙外护管4的中间部位开设1个发泡孔，注入泡孔后用盖封堵一次浇注发泡成型。

步骤7、退出法兰封堵，保温管制作完成。

如图5所示，本发明中高压浇注机工作流程及操作流程如下：

按上述配方将各种白料原料加入白料组分罐中，搅拌混合均匀；同时将黑料原料加入黑料组分罐中。

按保温管内发泡密度≥60kg/m³计算出所生产保温管用黑、白料量；设定好浇注时间。白、黑两种料配比1:1-1.05；设定料温控制在25-35℃。

上述准备工作就绪后，先启动液压开关，待设备运转正常后，开启高压计量泵(高压计量泵不仅可以起到输送流体也就是输送白料和黑料的作用，还可以对物料的注射量进行计量)和高低压电磁阀的低压循环模式，白、黑料便分别通过一过滤器(过滤器起到过滤物料中杂质的作用)进入各自的高压计量泵，再由各自的高压计量泵回流到各自的组份罐中，如此循环3-5分钟，转换高低压电磁阀至高压循环，按下发射开关，白料和黑料在高压作用下快速通过混合头(物料充分混合)注入发泡孔，封堵发泡孔，一次浇注发泡成型。

上述高压浇注系统包括白料组分罐、白料过滤器、白料高压计量泵、混合头、黑料组分罐、黑料过滤器、黑料高压计量泵、液压开关、高低压电磁阀；白料组分罐通过管道依次连接白料过滤器和白料高压计量泵并最终连接至混合头上，黑料组分罐也通过管道依次连接黑料过滤器和黑料高压计量泵并最终连接至混合头上；液压开关既控制白料组分又控制黑料组分在管道中的运行。高低压电磁阀控制白料高压计量泵和黑料高压计量泵的高压和低压工作模式的切换。

实施例：

优选的配方如下：90重量份的聚醚多元醇、10重量份的废聚氨酯硬质泡沫塑料酵解的产物液体低聚物多元醇混合物、1.5重量份的水、3重量份的表面活性剂、1.5重量份的反应型胺催化剂、1重量份的常规胺催化剂、1.5重量份的交联剂、30重量份的发泡剂以及145重量份的聚合MDI体系异氰酸酯。

组合聚醚多元醇与聚合MDI体系异氰酸酯的重量比为：1:1，优选1：1.05。其中，组合聚醚多元醇是由80-90wt％，优选90wt％的聚醚多元醇、10-20wt％的回收废聚氨酯硬质泡沫塑料酵解的产物液体低聚物多元醇混合物，优选10wt％的回收废聚氨酯硬质泡沫塑料酵解的产物液体低聚物多元醇混合物；其中，聚醚以甘油为起始剂，环氧丙烷开环聚合，羟值430-480mgK0H/g，优选480mgK0H/g、数均分子量约400的聚醚多元醇(型号4110)。

回收废硬质聚氨酯醇解产物多元醇混合物以二元醇为醇解剂在催化剂存在情况下，醇解的最佳温度为220℃。酵解产品的产量约为95％。其中，回收废硬质聚氨酯醇解产物液体低聚物多元醇混合物为自制醇解产品。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。