EP4259686A1 - Process for recovering raw materials from polyurethane foams - Google Patents

Process for recovering raw materials from polyurethane foams

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Publication number
EP4259686A1
EP4259686A1 EP21824402.8A EP21824402A EP4259686A1 EP 4259686 A1 EP4259686 A1 EP 4259686A1 EP 21824402 A EP21824402 A EP 21824402A EP 4259686 A1 EP4259686 A1 EP 4259686A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
polyurethane foam
chemolysis
abs
pressure
degassed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21824402.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Sebastian Pohl
Friedhelm Steffens
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Covestro Deutschland AG
Original Assignee
Covestro Deutschland AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Covestro Deutschland AG filed Critical Covestro Deutschland AG
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Pending legal-status Critical Current

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    • C08J2375/00Characterised by the use of polyureas or polyurethanes; Derivatives of such polymers
    • C08J2375/04Polyurethanes
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    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/62Plastics recycling; Rubber recycling

Definitions

  • the present invention relates to a method for recovering raw materials from a polyurethane foam, comprising step (A), providing a polyurethane foam based on an isocyanate component and a polyol component, the polyurethane foam having a cell structure containing one or more volatile accompanying substances, namely a component X selected from the group consisting of oxygen, a blowing agent, a disinfectant and a mixture of two or more of the aforementioned accompanying substances, where component X comprises at least oxygen, has step (B), the chemolysis of the polyurethane foam with a chemolysis reagent, the polyurethane foam is degassed before being brought into contact with the chemolysis reagent, with at least oxygen, but preferably all the constituents of component X or any gaseous decomposition products formed thereof, at a maximum pressure of 960 mbar (abs.) and a temperature of v at a maximum of 120 °C in gaseous form via a gas removal device from the chemo
  • the raw materials to be recovered primarily include polyols (ie HOR'-OH in the above example).
  • CN 106 279 760 describes the chemolysis of a polyurethane comprising mechanical comminution, reaction with water and an alcohol in an inert gas atmosphere in the presence of antioxidants at 218° C. to 399° C. and a pressure of 50 to 150 kPa for 3 to 5 hours, with a carbodiimide is used as the catalyst.
  • DE 32 32 461 A1 describes a process for the continuous glycolytic splitting of polyurethane plastic waste, in particular polyurethane foam waste, in multi-shaft screw machines by adding optionally preheated diols at splitting temperatures of >250° C. while maintaining at least such a pressure that the polyurethane-diol mixture is in the liquid phase is present, discharge of the glycolyzate mixture after a short residence time of 2 to 30 minutes in the reaction screw and rapid cooling of the glycolyzate mixture.
  • air introduced into the screw machine together with the plastic waste can escape against the conveying direction in front of the feed hopper via a housing bore, to which a slight vacuum is advantageously applied.
  • the application does not disclose that volatile accompanying substances contained in the cell structure of the polyurethane foam, such as in particular oxygen, blowing agents and/or disinfectants, are discharged via the housing bore. With the arrangement described, this is also not to be expected; Rather, it can be assumed that only the air that enters the machine together with the foam waste during the course of the introduction thereof (the air surrounding the foam waste) is actually removed.
  • DE 24 42 387 A1 describes a process for the continuous hydrolytic decomposition of plastic waste, in which waste made from hydrolyzable plastic material is fed into a screw machine together with water and optionally hydrolysis catalysts, where the mixture of water and plastic waste is placed in a reaction zone with intensive mass and heat exchange of the 2nd is exposed to a temperature of 100 to 300 °C at a pressure of 5 to 100 bar for up to 100 minutes and the liquid-gas mixture produced during the hydrolysis is continuously conveyed into a mouthpiece which is firmly connected to the screw machine, from which the gas is a regulator valve which maintains constant screw machine pressure in the die and the liquid exits via a regulator valve which maintains a constant liquid level within the die.
  • the air introduced together with the plastic waste is removed through a housing bore located in front of the feed hopper for the plastic material, seen in the conveying direction, to which a slight vacuum is applied.
  • volatile accompanying substances contained in the cell structure of the polyurethane foam such as in particular oxygen, blowing agents and/or disinfectants, are discharged via the housing bore.
  • the chemolysis reagent here water
  • DE 197 19 084 A1 discloses a process for producing polyols from polyurethane waste, in which foam flakes, ground flexible foam or shredded material are fed into a reactor containing waste from the synthesis of polyesters, which has previously been heated to a temperature above 70°C became.
  • the mixture of polyurethane waste and polyester synthesis waste is further heated and reacted by a controlled, catalytic transesterification reaction at a temperature of 120°C to 250°C.
  • the polyurethane waste is introduced by means of pneumatic conveying through a weak stream of nitrogen. A removal of volatile accompanying substances contained in the cell structure of the polyurethane foam, such as in particular oxygen, blowing agents and/or disinfectants, is not to be expected in this way.
  • DE 10 2004 014165 A1 describes a process for producing polyols from polyurethane waste and a special device for carrying out this process.
  • the pre-comminuted soft foam is metered in from above via a stuffing screw and a constriction ring, with the gases contained in the foam being removed, according to this document.
  • oxygen contained in the cell structure of the polyurethane foam can actually be at least essentially completely removed without the use of reduced pressure before the start of the chemolysis.
  • EP 0 031 538 A2 describes a method and a device for processing polyurethane obtained from waste materials by alcoholysis or acidolysis.
  • the polyurethane is first mechanically comminuted into a starting material and then treated with solvents at a temperature of more than 120 °C. At least at the beginning of the solvent treatment, which leads to the liquefaction of the starting material and is carried out at a reaction temperature of below 200° C., the mechanical comminution of the starting material that is already undergoing chemical degradation is continued.
  • this method results in a shorter treatment time at a lower temperature until the complete solution of the raw material without quality-reducing discoloration occurring or undissolved residues remaining. The dissolution of the starting material naturally takes place with at least partial reaction of the polyurethane bonds.
  • the system for carrying out the process has a mixer fed from storage containers, to which a reactor is connected on the outlet side, in which shearing elements exerting shearing forces and which can be rotated in both directions act on the starting material, which are arranged on a hollow, heatable shaft and controlled by a are surrounded by the reactor shell composed of hollow, heatable sectors.
  • the heat transfer to the mass is improved, so that a uniform temperature distribution and thus a relatively short reaction and dissolving time can be achieved.
  • the application discloses an embodiment in which the initial comminution of the starting material takes place while mixing with a proportion of the polyols later used as a solvent component in a heatable kneading mixer with two counter-rotating shafts with sigma blades.
  • this achieves good pre-wetting of the polyurethane particle surfaces with solvent, releases part of the gases trapped in the polyurethane cell area, reduces the harmful oxygen content, in particular avoids the agglomeration of the polyurethane particles due to the subsequent mechanical stresses in the subsequent reactor zone and improves the dosability and thermal conductivity of the Mass of the starting material increased significantly.
  • the extensive removal of atmospheric oxygen can be effected by subsequent evacuation of the mixture in the same part of the plant and/or by subsequent flushing with protective gas, for example nitrogen, at normal pressure.
  • protective gas for example nitrogen
  • upcycling In addition to the processes mentioned of physical recycling (mechanical crushing of the polyurethane products and admixture in the manufacture of new polyurethane products) and chemical recycling (recovery of polyols and preferably also amines through chemical cleavage of the urethane bonds), so-called "upcycling” should also be mentioned, one thing occupies an intermediate position: With upcycling, as with chemical recycling, a chemical change in the polyurethane takes place, but this does not take place until the raw materials originally used in the synthesis (polyol and amine) are recovered, but rather the aim is to convert the polyurethane to be recycled into another polymer to transfer value product. Thus, DT Sheppard et al.
  • the polyurethane products to be recycled usually also contain various auxiliaries and additives (stabilizers, catalysts and the like) which have to be separated from the actual target products of recycling and disposed of in an economical and environmentally friendly manner.
  • auxiliaries and additives stabilizers, catalysts and the like
  • blowing agents and oxygen both of which are present in the cell structure of the foams.
  • other foreign substances can get into a polyurethane product to be recycled as a result of preparatory steps that precede the actual chemical recycling. For example, it is common to treat reusable polyurethane foams, which come from old mattresses or seating furniture, with disinfectants.
  • the presence of oxygen is also problematic from a safety point of view, since in alcoholysis, for example, work is often carried out above the flash point of the alcohol used.
  • the blowing agents used, such as pentane, are chemically inert, but this is precisely why they accumulate and have to be discharged regularly, resulting in a loss of product (so-called purge).
  • the presence of propellants can also make the exhaust gas load and the processing of the exhaust gas more difficult.
  • Certain common disinfectants such as ethanol, can form carbamates during chemolysis, which may be more difficult to split, releasing the amine, than the carbamates of the actual chemolysis reagent (usually glycol or a glycol derivative). Even if the carbamate cleavage is successful, such alcoholic disinfectants then get into the unreacted chemolysis reagent as contamination during work-up, which can make its recovery more difficult.
  • Other common disinfectants such as hydrogen peroxide or sodium hypochlorite can decompose releasing oxygen. The prior art does not yet offer a satisfactory solution to such problems.
  • one subject of the present invention is therefore a method for recovering raw materials (i.e. polyols and optionally amines) from a polyurethane foam based on an isocyanate component and a polyol component, having a cell structure containing a component X selected from the group consisting of oxygen , a blowing agent, a disinfectant and a mixture of two or more of the above, where component X comprises at least oxygen, by reacting the polyurethane foam with a chemolysis reagent, the method comprising:
  • chemolysis of the polyurethane foam (1) in a chemolysis device comprising (i) an entry device (200), (ii) a chemolysis reactor connected to the entry device (300), (iii) one with the discharge device (400) connected to the chemolysis reactor and (iv) a gas discharge device (500) arranged in the container and/or in the entry device, wherein the chemolysis comprises:
  • At least oxygen i.e. (i) the oxygen contained in component X and (ii) any oxygen formed by decomposition reactions of constituents of component X), but preferably all constituents of component X or any gaseous decomposition products thereof formed, in one pressure of at most 960 mbar (abs) and a temperature of at most 120° C. are discharged in gaseous form via the gas discharge device from the chemolysis device, so that a degassed polyurethane foam (2) is obtained;
  • Processing of the product mixture comprising:
  • a polyurethane foam has a cell structure (also called pore structure) which can be influenced by chemical or procedural parameters during foaming.
  • blowing agents are used which are gaseous under the production conditions of the foaming and lead to the formation of foam cells (also called foam pores) which are connected to one another via so-called webs.
  • foam cells also called foam pores
  • the present invention is concerned with recycling the polyurethane foams prior to initiating chemical recycling, i. H. prior to the first contact of a polyurethane foam to be recycled with a chemolysis reagent, of such volatile accompanying substances.
  • a volatile accompanying substance in this sense, i. H.
  • Tu -20 °C, in particular (namely if the volatile accompanying substances contained in the cell structure are liquid under standard conditions [i.e. at a temperature of 0 °C and a pressure of 1,000 bar(abs)]) 16 °C, and
  • isocyanates includes all isocyanates known to those skilled in the art in connection with polyurethane chemistry, such as in particular tolylene diisocyanate (TDI; can be produced and preferably produced from toluenediamine, TDA), the di- and polyisocyanates of the diphenylmethane series (MDI; can be produced and preferably produced from the di- and polyamines of the diphenylmethane series, MDA),
  • TDI tolylene diisocyanate
  • MDI di- and polyisocyanates of the diphenylmethane series
  • MDA di- and polyamines of the diphenylmethane series
  • 1,5-pentane diisocyanate can be produced and preferably produced from 1,5-pentanediamine, PDA) , 1,6-hexamethylene diisocyanate (HDI; can be produced and preferably produced from
  • 1.6-hexamethylenediamine, HDA isophorone diisocyanate
  • IPDI isophorone diisocyanate
  • XDI xylylene diisocyanate
  • an isocyanate of course also includes embodiments in which two or more different isocyanates (e.g. mixtures of MDI and TDI) were used in the preparation of the polyurethane product, unless expressly stated otherwise, e.g by the formulation "exactly one isocyanate".
  • the entirety of all isocyanates used in the manufacture of the polyurethane product is referred to as the isocyanate component (of the polyurethane product).
  • the isocyanate component includes at least one isocyanate.
  • the entirety of all polyols used in the manufacture of the polyurethane product is referred to as the polyol component (of the polyurethane product).
  • the polyol component includes at least one polyol.
  • polyols includes all polyols known to those skilled in the art in connection with polyurethane chemistry, such as in particular polyether polyols, polyester polyols, polyether ester polyols and polyether carbonate polyols.
  • a polyol also encompasses embodiments in which two or more different polyols were used in the production of the polyurethane product. If, for example, "a polyether polyol” (or “a polyester polyol” etc.) is mentioned below, this terminology naturally also includes embodiments in which two or more different polyether polyols (or two or more different polyester polyols etc.) are used in the production of the Polyurethane product were used.
  • carbamates refer to the urethanes formed by the reaction with the alcohol in step (B).
  • a nitro compound corresponding to an amine designates that nitro compound by reduction of which according to R-NO2+3H2->R-NH2+2H2O the amine can be obtained.
  • the invention is therefore concerned with the recycling of polyurethane foams whose cell structure contains oxygen, (at least) one blowing agent and/or (at least) one (volatile or decomposable to form volatile products) disinfectant, i.e. one, several or all of the volatile accompanying substances mentioned , but oxygen is always present.
  • component X is used in this sense as a collective designation for all volatile accompanying substances present.
  • the method according to the invention removes at least the oxygen present (irrespective of its origin) at least essentially completely. All constituents of component X or gaseous decomposition products thereof are preferably at least essentially completely removed.
  • the invention provides two alternative solutions, as will be explained in more detail below. What they all have in common is that in (B)(1)(a) oxygen, preferably all components of component X or gaseous decomposition products thereof, “gaseous at a maximum pressure of 960 mbapabs and a maximum temperature of 120 °C Colour be taken away”.
  • the first alternative solution is characterized in particular by the fact that the removal of the volatile accompanying substances is essentially effected by a strong pressure reduction followed by a pressure increase.
  • the polyurethane foam is used to carry out the degassing in (B.l)
  • a “degassed polyurethane foam (2)” refers to a polyurethane foam that has been freed from volatile accompanying substances of the type mentioned and saturated with an inert gas.
  • the second alternative solution is characterized in particular by the fact that the volatile accompanying substances are essentially removed by mechanical compression of the polyurethane foam (the volatile accompanying substances are pressed out of the cell structure of the polyurethane foam and into an area of reduced pressure).
  • the polyurethane foam is used to carry out the degassing in (B.l)
  • a “degassed polyurethane foam (2)” refers to a polyurethane foam that has been freed from volatile accompanying substances of the type mentioned and compressed (and is fed in compressed form to the chemolysis carried out in an inert gas atmosphere).
  • FIG. 1 shows a first variant of the method according to the invention using a flexible lining made of, for example, polyethylene (first alternative solution),
  • FIG. 2a, b show a second variant of the method according to the invention
  • FIG. 3 shows a third variant of the method according to the invention
  • FIG. 4 shows a fourth variant of the method according to the invention using a device for mechanical compression (second alternative solution).
  • the container and/or the infeed device is provided internally with a flexible lining which, in the first step, is adjusted by adjusting the first Pressure is contracted and so compresses the polyurethane foam, and is expanded again in the second step by supplying an inert gas to set the second pressure.
  • the flexible lining is a film made of polyethylene, polypropylene, aluminum, polyvinyl chloride, polyetheretherketone, polystyrene, polycarbonate, polyester, Polyethylene terephthalate or a composite of the aforementioned materials.
  • the first and the second step are repeated several times, in particular 2 to 5 times.
  • the second pressure is a maximum of 1.8 bar(abs) and is in particular equal to the ambient pressure.
  • the first temperature is in the range from 0° C. to 80° C., preferably from 16° C. to 80° C
  • the second step is carried out at a second temperature (T2), which is in the range from -20 °C to 120 °C, preferably 0 °C to 80 °C, particularly preferably 16 °C to 80 °C, and in particular corresponds to the first temperature (i.e. there is no specific change in temperature during the transition from the first to the second step).
  • T2 second temperature
  • the entry device has a first lock area (upstream of the chemolysis reactor) having a lockable feed device for the polyurethane foam provided in step (A) and a lockable discharge device for the degassed polyurethane foam, the following steps being run through in step (B1): (BIIa) blocking off the discharge device of the first lock area, introducing polyurethane foam into the first lock area and blocking off the feed device of the first lock area;
  • the entry device has a second lock area in addition to the first lock area, which has a lockable feed device for the in step (A) provided polyurethane foam and a closable discharge device for the degassed polyurethane foam, wherein in step (B.I.I.a) a first subset of the polyurethane foam is introduced into the first lock area, so that in step (B.l.3a) a first subset of the degassed polyurethane foam is obtained, wherein in Step (B.l) the following steps are also run through:
  • the first temperature is in the range from 0°C to 80°C, preferably 16°C to 80°C .
  • the polyurethane foam is only brought into contact with the chemolysis reagent in the chemolysis reactor.
  • the second step is carried out at a second temperature (T2), which is in the range from -20 °C to 120 °C, preferably 0 °C to 80 °C, particularly preferably 16 °C to 80 °C and in particular corresponds to the first temperature (i.e. there is no specific change in temperature during the transition from the first to the second step).
  • T2 second temperature
  • the polyurethane foam is still in the second step first and/or second lock area with chemolysis reagent (optionally already with the catalyst) brought into contact, in particular wetted.
  • the chemolysis reagent has a temperature in the range from 120° C. to 240° C., in particular > 120° C. to 240 °C, on.
  • the second pressure is a maximum of 1.8 bar(abs) and is in particular equal to the ambient pressure.
  • a fifteenth embodiment of the invention which corresponds to a third variant and also belongs to the first alternative solution, during the first step of (Bl) the polyurethane foam is conveyed and crushed by a mechanical crushing device arranged in a first part of the feeding device, the second step is carried out in such a way that the present after the mechanical comminution polyurethane foam by a second, downstream of the first, part of Entry device is promoted in an inert gas atmosphere which is under the second pressure.
  • the polyurethane foam is conveyed in the first and second part of the entry device by means of
  • the device for mechanical comminution comprises a cutting mill, a knife mill, an impact crusher and/or a hammer mill.
  • the device for mechanical comminution comprises an impact crusher and/or a hammer mill, the first temperature being in the range from ⁇ 0°C to -20°C.
  • the first temperature is in the range from 0 °C to 80 °C, preferably 16 °C to 80°C
  • the polyurethane foam is only brought into contact with chemolysis reagent in the chemolysis reactor.
  • the second step is carried out at a second temperature (T2), which is in the range from -20 °C to 120 °C, preferably 0 °C to 80 °C, particularly preferably 16 °C to 80 °C, and in particular the first temperature (ie there is no intentional change in temperature during the transition from the first to the second step).
  • T2 second temperature
  • a twenty-third embodiment of the invention which is a special configuration of the fifteenth embodiment and can be combined with all other embodiments of the third variant, provided these are not limited to the addition of the chemolysis reagent only in the chemolysis reactor, the polyurethane foam is still in the second step second part of the entry device with chemolysis reagent (optionally already with the catalyst) brought into contact, in particular wetted.
  • the chemolysis reagent has a temperature in the range from 120 °C to 240 °C, in particular >120 °C to 240 °C, when brought into contact with the polyurethane foam in the second part of the entry device C, on.
  • the second pressure is a maximum of 1.8 bar(abs) and is in particular equal to the ambient pressure.
  • the gas discharge device is arranged in the entry device.
  • the device for mechanical compression comprises an extruder (also including multi-zone screws and single and multi-screw extruders), a roller or a flask.
  • the polyurethane foam is still in the entry device with the Chemolysis reagent brought into contact, especially wetted.
  • the chemolysis reagent when brought into contact with the polyurethane foam in the feed device a temperature in the range from 120 °C to 240 °C.
  • the first temperature is in the range from 0°C to 80°C, preferably 16°C to 80°C .
  • the second step is carried out at a second temperature (T2), which is in the range from -20 °C to 120 °C, preferably 0 °C to 80 °C, particularly preferably 16 °C to 80 °C, and in particular corresponds to the first temperature (i.e. there is no specific change in temperature during the transition from the first to the second step).
  • T2 second temperature
  • step (B.ll) is carried out at a temperature in the range from 140° C. to 240° C., preferably from 160° C. to 240° C., particularly preferably 180 °C to 220 °C.
  • step (B.II) is carried out at a pressure in the range from >960 mbar(abs) to 1.8 bar(abs), in particular at ambient pressure. carried out.
  • component X contains at least one component which, under standard conditions (i.e. at a temperature of 0° C. and a pressure of 1,000 bar(abs)) is liquid, the first temperature being at least 16°C.
  • the blowing agent comprises (in particular is) pentane, a chlorofluorocarbon, dichloromethane or a mixture of two or more of the aforementioned blowing agents; and includes (particularly is) the disinfectant hydrogen peroxide, chlorine dioxide,
  • Formaldehyde peracetic acid, an alkali metal hypochlorite (especially sodium hypochlorite), ethanol, isopropanol, 1-propanol or a mixture of two or more of the aforementioned disinfectants.
  • alkali metal hypochlorite especially sodium hypochlorite
  • ethanol isopropanol, 1-propanol or a mixture of two or more of the aforementioned disinfectants.
  • the isocyanate component contains an isocyanate selected from tolylene diisocyanate (TDI), the di- and polyisocyanates of the diphenylmethane series (MDI), 1,5-pentane diisocyanate (PDI), 1,6-hexamethylene diisocyanate (HDI), isophorone diisocyanate (IPDI), xylylene diisocyanate (XDI) or a mixture of two or more of the aforementioned isocyanates.
  • TDI tolylene diisocyanate
  • MDI diphenylmethane series
  • PDI 1,5-pentane diisocyanate
  • HDI 1,6-hexamethylene diisocyanate
  • IPDI isophorone diisocyanate
  • XDI xylylene diisocyanate
  • Particular preference is given to polyurethane foams which, with regard to the isocyanate component, are based on a mixture of TDI and MDI.
  • the polyol component contains a polyol selected from a polyether polyol, a polyester polyol, a polyether ester polyol, a polyether carbonate polyol or a mixture of two or more of the aforementioned polyols.
  • the polyol component preferably contains a polyether polyol. More preferably, the polyol component is a polyether polyol (i.e., does not contain any other polyols other than polyether polyols; however, a mixture of two or more different polyether polyols is encompassed and does not depart from the scope of this embodiment).
  • the isocyanate component contains toluylene diisocyanate (TDI) and di- and polyisocyanates of the diphenylmethane series (MDI) (in particular only TDI), and the polyol component contains a polyether polyol (and is in particular a polyether polyol, i.e. it does not contain any other polyols different from polyether polyols, but a mixture of two or more different polyether polyols is included and does not go beyond the scope of this embodiment).
  • TDI toluylene diisocyanate
  • MDI di- and polyisocyanates of the diphenylmethane series
  • the chemolysis reagent comprises an alcohol selected from ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, methyl glycol, triethylene glycol, glycerol, 2-methyl-1,3-propanediol or one Mixture of two or more of the aforesaid alcohols.
  • the chemolysis reagent comprises water.
  • the catalyst is selected from an alkali metal hydroxide, an alkaline earth metal hydroxide, an alkali metal salt of a carboxylic acid (especially an acetate), an alkaline earth metal salt of a carboxylic acid (especially an acetate), a Lewis acid (especially dibutyltin dilaurate, tin octoate, monobutyltin oxide or tetrabutyl titanate) and/or an organic amine (especially diethanolamine, 1,1,3,3-tetramethylguanidine, 1,8-diazabicyclo(5.4.0)undec- 7-ene or 1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane).
  • the chemolysis reagent has a temperature in the range from 120° C. to 240° C., in particular >120° C. to 240° C., when brought into contact with the polyurethane foam .
  • step (A) of the method according to the invention the polyurethane foam to be chemically recycled is provided.
  • this can be any type of polyurethane foam; in particular, both flexible foams and rigid foams are suitable, with flexible foams (for example from old mattresses, upholstered furniture or car seats) being preferred.
  • polyurethane foams are produced using a blowing agent. Apart from water-blown foams (in which carbon dioxide is released by hydrolysis in situ), pentane is a particularly common blowing agent nowadays. When recycling old polyurethane foams, it is conceivable that chlorofluorocarbons, which were previously used as blowing agents, were also used. Another conceivable blowing agent is dichloromethane.
  • polyurethane foams which, with regard to the isocyanate component, are based on an isocyanate selected from tolylene diisocyanate (TDI), the di- and polyisocyanates of the diphenylmethane series (MDI), 1,5-pentane diisocyanate (PDI), 1,6-hexamethylene diisocyanate (HDI), isophorone diisocyanate (IPDI), xylylene diisocyanate (XDI) or mixtures of two or more of the aforementioned isocyanates.
  • TDI tolylene diisocyanate
  • MDI diphenylmethane series
  • PDI 1,5-pentane diisocyanate
  • HDI 1,6-hexamethylene diisocyanate
  • IPDI isophorone diisocyanate
  • XDI xylylene diisocyanate
  • Particular preference is given to polyurethane foams which, with regard to the isocyanate component, are
  • polyurethane foams which are based on a polyol selected from a polyether polyol, a polyester polyol, a polyether ester polyol, a polyether carbonate polyol or a mixture of two or more of the aforementioned polyols.
  • the polyol component preferably contains a polyether polyol. More preferably, the polyol component is a polyether polyol (i.e., does not contain any other polyols other than polyether polyols; however, a mixture of two or more different polyether polyols is encompassed and does not depart from the scope of this embodiment).
  • the polyurethane foam is very particularly preferably a foam whose isocyanate component contains toluylene diisocyanate (TDI) and di- and polyisocyanates of the diphenylmethane series (MDI), in particular only TDI, and whose polyol component contains a polyether polyol (and is in particular a polyether polyol i.e. does not contain any other polyols other than polyether polyols, although a mixture of two or more different polyether polyols is included and does not go beyond the scope of this embodiment.)
  • TDI toluylene diisocyanate
  • MDI di- and polyisocyanates of the diphenylmethane series
  • Step (A) preferably already comprises preparatory steps for the cleavage of the urethane bonds in step (B.II).
  • this involves mechanical comminution of the polyurethane foams.
  • Such preparatory steps are known to those skilled in the art; reference is made, for example, to the literature cited in [1].
  • it can be advantageous to "freeze" it before mechanical shredding to facilitate the shredding process.
  • the polyurethane foam can be treated with (aqueous or alcoholic) disinfectants.
  • disinfectants are preferably hydrogen peroxide, chlorine dioxide, formaldehyde, alkali metal hypochlorites (in particular sodium hypochlorite) and/or peracetic acid (aqueous disinfectants) or ethanol, isopropanol and/or 1-propanol (alcoholic disinfectants).
  • the compounds contained in the cell structure can also include those which are liquid under standard conditions, ie at a temperature of 0° C. and a pressure of 1,000 bar(abs). In this case, it is preferable to select a value of 16° C. as the minimum value for the first temperature.
  • the foam thus prepared is finally transferred to the container (reference number 100 in the figures) connected to the feeding device.
  • This container can be a conventional container known in the art, such as solid silos or containers.
  • the prepared foam is filled into suitable transport vehicles, such as silo vehicles, for onward transport.
  • suitable transport vehicles such as silo vehicles
  • the prepared foam can also be compressed for onward transport in order to achieve a higher mass-to-volume ratio.
  • the foam is then filled into the container at the site of the chemolysis reactor.
  • connect the transport vehicle used directly to the infeed device in which case the transport vehicle is to be regarded as a container within the meaning of the terminology of the present invention.
  • Step (B) of the method according to the invention includes the chemolysis of the polyurethane foam provided in step (A). This step is performed in a chemolysis device, the
  • Step (iv) has at least one gas discharge device (reference number 500 in the figures) for discharging the compounds contained in the cell structure.
  • Step (B) comprises the sub-steps (B.l), the introduction of the polyurethane foam from the container into the entry device and from there into the chemolysis reactor, the polyurethane foam being degassed before it is brought into contact with the chemolysis reagent by
  • the polyurethane foam is degassed, i. H. the volatile accompanying substances present in the cell structure are removed from the cells and/or the webs of the cell structure of the polyurethane foam and discharged via the at least one gas discharge device (500).
  • the volatile accompanying substances present in the cell structure are removed from the cells and/or the webs of the cell structure of the polyurethane foam and discharged via the at least one gas discharge device (500).
  • step (B.l) belonging to the first alternative solution and shown in FIG. 1, the container (100 in FIG. 1) and/or the feeder (not shown in FIG. 1, but also possible) is provided internally with a flexible liner (600) which in the first step is adjusted by adjusting the first pressure (p1) is contracted to a value in the range from 0.1 mbar(abs) to 100 mbar(abs) and thus compresses the polyurethane foam, and in the second step, by supplying an inert gas (3) to set the second pressure (p2 ) is extended again.
  • the second pressure is preferably a maximum of 1.8 bar (abs.) and corresponds in particular to ambient pressure (i.e. in the second step, the pressure is reduced to ambient pressure).
  • M here and in the other figures stands for motor and designates a motor-driven device, in this case a device for opening and closing the entrance to and exit from the container (100).
  • FIG. 1 the filling of the container (100) with polyurethane foam (1) is shown on the left.
  • the valve in the lower area of the container (110), the connection to the inlet device (200) and the gas discharge device (500; valve 510 in the "closed” position) are closed.
  • FIG. 1 shows the implementation of the first step.
  • the filling opening of the container (100), the valve 110 and the connection to the entry device (200) are closed.
  • a vacuum (valve 510 in the “open” position) is applied via the gas discharge device (500) and the pressure inside the flexible lining (600) is reduced to p1.
  • FIG. 1 shows the second step or the conveying of the degassed polyurethane foam (2) into the feed device (200) that follows the second step.
  • the pressure inside the flexible lining is increased to p2 by adding an inert gas (3) through the valve 110, which is now open.
  • the degassed polyurethane foam (2) is conveyed to the entry device (200) (or simply falls down into it due to the force of gravity).
  • Both the first and the second step are preferably carried out at a temperature in the range from 0°C to 80°C. If the compounds to be removed are liquids under standard conditions (which does not exclude the possibility that a significant vapor pressure may be present), a lower temperature limit of 16 °C has proven useful. It has proven advantageous to repeat the first and the second step several times, in particular 2 to 5 times, before the polyurethane foam degassed in this way is fed to the reaction of step (B.II).
  • the flexible lining used in this variant is preferably a film made of polyethylene, polypropylene, aluminum, polyvinyl chloride, polyether ether ketone, polystyrene, polycarbonate, polyester, polyethylene terephthalate or a composite of the aforementioned materials.
  • the flexible lining contracts and compresses the polyurethane foam.
  • volatile accompanying substances are pressed out of the cell structure of the foam and discharged via the gas discharge device.
  • an inert gas in particular nitrogen, argon or helium
  • the degassed polyurethane foam can be conveyed to the chemolysis reactor by vibration, mechanically or pneumatically or simply by gravity.
  • the chemolysis reagent and the catalyst are only added after the polyurethane foam has left the area of the chemolysis reactor provided with the flexible lining; in particular, the chemolysis reagent and the catalyst are only added in the chemolysis reactor.
  • the chemolysis reagent is preferably added at a temperature which is in particular higher than the first temperature and is preferably in the range from 120°C to 240°C.
  • step (B1) which also belongs to the first alternative solution and which is shown in FIG. 2a, b is shown graphically, the entry device has a first lock area (121) (upstream of the chemolysis reactor), having a lockable feed device for the polyurethane foam (1) provided in step (A) and a lockable discharge device for the degassed polyurethane foam (2) , where in step (Bl) the following steps are run through: (BII.a) blocking off the discharge device of the first lock area, introducing polyurethane foam into the first lock area and blocking off the feed device of the first lock area;
  • first lock area In the simplest configuration of this embodiment, there is only one lock area; the wording "first lock area” therefore does not imply the inevitable presence of several lock areas.
  • the entry device has, in addition to the first lock area, a second lock area, which has a lockable feed device for the polyurethane foam provided in step (A) and a lockable discharge device for the degassed polyurethane foam, wherein in step (B.I.I.a ) a first subset of the polyurethane foam is introduced into the first lock area, with the following steps also being run through in step (B.l):
  • steps (B.I.I.a) to (B.l.4.a) are matched to steps (B.I.I.b) to (B.l.4.b) in such a way that continuously degassed polyurethane foam (2) is transferred to the chemolysis reactor.
  • FIG. 2a shows a lock (220) with a first (221) and a second lock area (222).
  • the second lock area (222) is constructed like the first; this is no longer shown in detail in the figure. Access to the second lock area (222) is closed. Polyurethane foam (1) is being filled into the first lock area (221). The first lock area (221) is closed towards the bottom (i.e. towards the chemolysis reactor). After completion of the filling process, as shown in the right half of FIG. 2a, the entrance to the first lock area (221) is closed.
  • the valve (510) associated with the gas discharge device (500) is opened and the pressure p1 is set by reducing the pressure (first step).
  • polyurethane foam (1) can be introduced into the second lock area (222).
  • the valve 510 is closed and the pressure p2 is set by adding an inert gas (3) through the valve 210 (left half of FIG. 2b).
  • Chemolysis reagent can also be supplied through the valve 210 .
  • the valves 210 and 510 are closed and the polyurethane foam (2), which has now been degassed and possibly wetted with chemolysis reagent, can be conveyed on to the chemolysis reactor (right half of FIG. 2b).
  • the chemolysis reagent can be added to the polyurethane foam not only in the chemolysis reactor, but also immediately after the second step (ie after the end of the degassing process), ie in the first and/or second lock area.
  • the added chemolysis reagent has a temperature which is in particular higher than the first temperature and is preferably in the range from 120.degree. C. to 240.degree. It is also possible to add the catalyst at this point (in particular as a solution in the chemolysis reagent).
  • the Polyurethane foam preferably wetted with this.
  • the addition of chemolysis reagent in the first and/or second lock area naturally does not preclude the addition of further chemolysis reagent and/or further catalyst in the chemolysis reactor.
  • the polyurethane foam can be introduced into the first or second lock area by vibration, mechanically or pneumatically.
  • the lock area fills with the polyurethane foam and is then closed. Vacuum is applied and the exhaust air valve is then closed again.
  • volatile compounds are sucked out of the cell structure of the foam and discharged via the gas discharge device.
  • the second pressure has been set by supplying an inert gas (in particular nitrogen, argon or helium)
  • the degassed polyurethane foam can be conveyed to the chemolysis reactor. Again, this can be done by vibration, mechanically or pneumatically, or simply as a result of gravity.
  • the apparent density of the polyurethane foam increases, as a result of which it can easily fall down into the reactor.
  • mixing of the polyurethane foam into chemolysis reagent already present in the chemolysis reactor is facilitated if the cell structure of the polyurethane foam already contains chemolysis reagent.
  • step (B.l) which also belongs to the first alternative solution and which is shown in FIG. 3 is shown graphically, the polyurethane foam is during the first step of (B.l) with adjustment of the first pressure (p1) to a value in the said range of 0.1 mbar (abs.) To 100 mbar (abs) by a in a first Part of the entry device (201) arranged device for mechanical comminution (230) and comminuted there, the second step being carried out in such a way that the polyurethane foam (11) present after the mechanical comminution is passed through a second part of the entry device ( 202) in an inert gas atmosphere (particularly in a nitrogen, argon or helium atmosphere) which is under the second pressure.
  • This promotion can take place by means of (at least) a screw shaft, (at least) a piston, (at least) a conveyor belt, vibration and/or gravity.
  • the device for mechanical comminution (230) can be, for example, a cutting mill, a knife mill, an impact crusher and/or a hammer mill.
  • the use of an impact crusher or a hammer mill is particularly preferred when the polyurethane foam is introduced into the chemolysis device in a frozen state becomes.
  • this embodiment of the third variant of the present invention makes it possible to include the mechanical comminution of the polyurethane foam, which is preferably to be carried out, at least partially in step (B).
  • the above-described mechanical comminution of the polyurethane foam in step (A) can be limited to coarse comminution of the polyurethane foam into pieces of manageable size, or can even be omitted entirely.
  • the first and second variants also applies correspondingly to the third variant with regard to the temperatures and pressures.
  • the pressures are also preferred in this embodiment of the third variant as described for the first and second variant, but the mechanical compression naturally takes place at a temperature below 0°C, in particular at temperatures of down to -20°C.
  • the chemolysis reagent can also be used in the third variant not only in the chemolysis reactor, but also immediately after the second step (i.e. after the end of the degassing process), i. H. are still given here in the second part of the entry device to the polyurethane foam.
  • the added chemolysis reagent has a temperature which is in particular higher than the first temperature and is preferably in the range from 120.degree. C. to 240.degree. It is also possible to add the catalyst at this point (in particular as a solution in the chemolysis reagent). If the chemolysis reagent is already added in the second part of the feed device, the polyurethane foam is preferably wetted with it.
  • the addition of chemolysis reagent in the second part of the feed device naturally does not preclude the addition of further chemolysis reagent and/or further catalyst in the chemolysis reactor.
  • the polyurethane foam is conveyed via a - preferably sealed as possible - conveyor, in particular a screw conveyor, to the device for mechanical comminution, which is under a maximum pressure of 100 mbar (abs), with volatile compounds largely being released during the mechanical comminution Compression processes are removed during shredding.
  • a mechanical comminution in step (B1) can optionally replace a mechanical comminution in step (A).
  • step (B1) which represents the second alternative solution and which is shown in FIG. 4, the polyurethane foam is conveyed during the first step to a mechanical compression device (240) arranged in the infeed device, wherein in the second step the polyurethane foam is transported in this mechanical compression device at a value for the second pressure p2 in the range of 5 bar(abs) to 200 bar(abs) is compressed.
  • the pressure p2 can be determined by means of a manometer (connected to a capillary protruding into the area of the feeding device where the device for mechanical compression is arranged). Making the polyurethane foam inert prior to mechanical compression is preferred, but not essential.
  • the pressure is at least S hares.), which is higher than the pressure preferred for step (B.II) (see the explanations further below).
  • the expansion to the pressure of step (B.II) preferably takes place when the polyurethane foam treated in step (B1) enters the chemolysis reactor.
  • chemolysis reagent (4) can be added, for example, after passing through the device for mechanical compression (ie after the end of the degassing process) and before entry into the chemolysis reactor (300) (see further below for further details).
  • the gas discharge device (500) is preferably arranged in the entry device (200).
  • a device (600) for discharging reaction gases formed during the chemolysis, such as in particular carbon dioxide, can be arranged in the chemolysis reactor (300).
  • a suitable device for mechanical compression is, for example, an extruder (also including multi-zone screws and single- and multi-screw extruders), a roller or a piston.
  • Multi-zone screws are extruders whose spiral has, for example, different diameters or pitches of the spiral windings. This promotes compression.
  • the chemolysis reagent can also be used in the fourth variant not only in the chemolysis reactor, but also immediately after the second step (i.e. after the end of the degassing process), ie here still in the entry device, but after passing through the device for the mechanical Compression to be given to the polyurethane foam.
  • the chemolysis reagent added has a temperature which is preferably in the range from 120.degree. C. to 240.degree. C., in particular in the range >120.degree. C. to 140.degree.
  • the polyurethane foam is preferably wetted with it.
  • the additions of chemolysis reagent of course, already in the entry device does not rule out that further chemolysis reagent and/or further catalyst is added in the chemolysis reactor.
  • the temperature for the second step is preferably in the range from -20 °C to 120 °C and corresponds in particular to the first temperature (i.e. there is no deliberate change in temperature during the transition from the first to the second step).
  • the first temperature is preferably in the range of 0°C to 80°C. This also applies to the second temperature. If the compounds to be removed are liquids under standard conditions (which does not preclude a significant vapor pressure), a lower temperature limit of 16 °C (in both steps) has proven useful.
  • the polyurethane foam is compressed, as a result of which gases and volatile compounds present in the cell structure of the polyurethane foam are forced out.
  • step (B.ll) of the method according to the invention the actual chemical recycling, the cleavage of the urethane bonds, takes place (which does not rule out that the reaction can already begin in part in the entry device, provided that the degassing is complete; see the above explanations Step (B.l)).
  • the chemolysis is carried out in an inert gas atmosphere (particularly in a nitrogen, argon or helium atmosphere).
  • the chemolysis reagent used is preferably also saturated after being freed of oxygen by inert gas saturation (regardless of whether this is added for the first time in the chemolysis reactor or already in the feed device).
  • step (B.ll) can be carried out by any method known in the art.
  • the chemolysis reactor in particular is partially filled with chemolysis reagent (and catalyst).
  • the polyurethane foam to be converted is introduced into this "bath" of chemolysis reagent.
  • the polyurethane foam can be fed in both above and below the liquid level.
  • step (B.II) is preferably carried out at a temperature in the range from 140° C. to 240° C., preferably from 160° C. to 240° C., particularly preferably from 180° C. to 220° C.
  • the pressure in step (B.II) is preferably >960 mbar(abs) to 1.8 bar(abs) and is in particular equal to ambient pressure (ie the reaction in step (B.II) is carried out). in particular operated without pressure).
  • the pressure in step (B.II) means the pressure prevailing in the gas space of the chemolysis reactor.
  • the addition of the chemolysis reagent occurs without the addition of significant amounts of water.
  • the chemolysis reagent in this case an alcohol
  • without the addition of significant amounts of water means that water is not deliberately added in such quantities that would bring about hydroalcoholysis to a significant extent. This does not rule out the entry of small amounts of water, which may be contained dissolved in the alcohol used in step (B.II), are introduced via the polyurethane foam or can be used as a solvent for the catalyst.
  • chemolysis is carried out as hydroalcoholysis
  • an alcohol and water are used as the chemolysis reagent, and these two components can, but do not have to, be premixed.
  • the chemolysis reagent preferably contains an alcohol selected from ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, methyl glycol, triethylene glycol, glycerol, 2-methyl-1,3-propanediol or a mixture of two or more of the aforementioned alcohols.
  • Diethylene glycol is particularly preferred.
  • a particularly suitable catalyst for step (B.II) is an alkali metal hydroxide, an alkaline earth metal hydroxide, an alkali metal salt of a carboxylic acid (especially an acetate), an alkaline earth metal salt of a carboxylic acid (especially an acetate), a Lewis acid (especially dibutyltin dilaurate, tin octoate, monobutyl tin oxide or tetrabutyl titanate) and/or an organic amine (especially diethanolamine, 1,1,3,3-tetramethylguanidine, 1,8-diazabicyclo(5.4.0)undec-7-ene or 1,4-diazabicyclo[2.2 .2]octane).
  • a Lewis acid especially dibutyltin dilaurate, tin octoate, monobutyl tin oxide or tetrabutyl titanate
  • organic amine especially diethanolamine, 1,1,3,3-tetramethylguan
  • Step (B.II) can be carried out in any reactor known in the art for such a purpose.
  • Stirred tanks (stirred reactors) and tubular reactors are particularly suitable as chemolysis reactors.
  • Step (B.ll) provides a first product mixture which contains unreacted chemolysis reagent (because it is used superstoichiometrically), polyols (originating from the polyol component and/or newly formed as degradation products during the reaction with the chemolysis reagent) and (depending on the chemolysis reagent used) carbamates and /or contains amines.
  • the excess chemolysis reagent comprises at least the alcohol used in the chemolysis and optionally (when the chemolysis is carried out as a hydroalcoholysis) water pure alcoholysis may be present in small amounts; see the explanations above.
  • This first product mixture is discharged from the chemolysis reactor in step (B.III) and then fed to further work-up (step (C), preferably step (C) and step (D)).
  • step (C) preferably step (C) and step (D)
  • a discharge device to be used for this purpose all devices known in the art for fluid delivery, such as in particular pumps, can be used.
  • step (C) of the process according to the invention the first product mixture obtained in step (B) is worked up to obtain the polyols.
  • this work-up can be carried out as known from the prior art.
  • An organic solvent is preferably first added to the first product mixture.
  • Various possible configurations are available for this:
  • step (C) in the preferred embodiments, with the chemolysis being carried out as an alcoholysis or hydroalcoholysis, this comprises the steps:
  • step (Cl) Mixing the first product mixture obtained in step (B.III), in particular without prior separation of any water present in the first product mixture, with an organic solvent which is not completely miscible with the alcohol used in step (B) (in particular a aliphatic hydrocarbon, an alicyclic hydrocarbon, an aromatic hydrocarbon, or a mixture of two or more of the foregoing organic solvent) and phase separation into a first alcohol phase and a first solvent phase;
  • an organic solvent which is not completely miscible with the alcohol used in step (B) (in particular a aliphatic hydrocarbon, an alicyclic hydrocarbon, an aromatic hydrocarbon, or a mixture of two or more of the foregoing organic solvent) and phase separation into a first alcohol phase and a first solvent phase;
  • Step (C.II) comprises work-up steps known to those skilled in the art, such as washing and distillation in particular.
  • step (C) in the preferred embodiments, with the chemolysis being carried out as an alcoholysis or hydroalcoholysis, this comprises the steps:
  • step (C.l*) mixing the first product mixture obtained in step (B.III) with an organic solvent which is miscible with the alcohol used in step (B) (in particular a halogen-substituted aliphatic hydrocarbon, a halogen-substituted alicyclic hydrocarbon, a Halogen-substituted aromatic hydrocarbon or a mixture of two or more of the aforesaid organic solvents), optionally followed by a separation of solid components to give a second product mixture;
  • an organic solvent which is miscible with the alcohol used in step (B) in particular a halogen-substituted aliphatic hydrocarbon, a halogen-substituted alicyclic hydrocarbon, a Halogen-substituted aromatic hydrocarbon or a mixture of two or more of the aforesaid organic solvents
  • step (C.ll*) Washing of the second product mixture obtained in step (C.l*) with an aqueous washing liquid (whereby any carbamates present in the second product mixture are partially hydrolyzed with release of amines and alcohol) and phase separation into a first solvent phase containing in step (C.l *) organic solvents and polyols used, and a first aqueous phase containing water, alcohol, carbamates and amines;
  • Step (C.III*) in turn comprises work-up steps known to those skilled in the art, such as, in particular, washing and distillation.
  • An extraction of the first product mixture with an organic solvent can of course also be carried out when carrying out the chemolysis as a pure hydrolysis.
  • the process according to the invention preferably comprises a step (D) for obtaining at least one amine which corresponds to an isocyanate of the isocyanate component.
  • the starting point for this part of the work-up is the alcohol phase or first aqueous phase obtained from the first product mixture in step (C).
  • step (D) depends in particular on the way in which step (B.II) is carried out. If step (B) is carried out as an alcoholysis, the first alcohol phase or the first aqueous phase will regularly still contain substantial proportions of carbamates which have to be hydrolyzed in step (D). Such a hydrolysis is advantageously carried out catalytically, with the same catalysts as described above being suitable for the chemolysis.
  • step (B.II) is carried out as a hydroalcoholysis, then at this point in the process there are no longer any carbamates present (or at most in insignificant trace amounts), so that a separate hydrolysis step can be dispensed with.
  • step (D) comprises work-up steps, such as in particular a distillation, in order to purify the amine obtained by cleaving the urethane bonds. It is particularly advantageous here to integrate the insulation of amines recovered from a polyurethane foam into a process for producing new amines, as described in WO 2020/260387 A1 and the as yet unpublished patent application PCT/EP2021/075916.
  • Example 1 (according to the invention, first variant):
  • Example 2 the reaction mixture was clearly black, while the previously degassed polyurethane foam (Example 1) was only slightly brown. This clearly shows the influence of the oxygen contained in the cell structure of the polyurethane foam through significantly increased oxidation of the toluenediamine compounds released during glycolysis.

Abstract

The present invention relates to a process for recovering raw materials from a polyurethane foam, comprising step (A), the providing of a polyurethane foam based on an isocyanate component and a polyol component, wherein the polyurethane foam comprises a cell structure containing one or more volatile accompanying substances, namely a component X selected from the group consisting of oxygen, a blowing agent, a disinfectant and a mixture of two or more of the above, wherein component X comprises at least oxygen, step (B), the chemolysis of the polyurethane foam with a chemolysis reagent, wherein the polyurethane foam is degassed before being contacted with the chemolysis reagent, wherein at least oxygen, but preferably all constituents of component X or any gaseous breakdown products thereof that have formed are removed from the chemolysis apparatus in gaseous form via a gas removal device at a pressure of not more than 960 mbar(abs.) and a temperature of not more than 120°C, so as to obtain a degassed polyurethane foam, followed by the reaction of the degassed polyurethane foam with the chemolysis reagent in the presence of a catalyst in an inert gas atmosphere and the workup of the product mixture obtained by the chemolysis, step (C), the obtaining of at least one polyol, and optionally step (D), the obtaining of at least one amine corresponding to an isocyanate of the isocyanate component.

Description

VERFAHREN ZUR WIEDERGEWINNUNG VON ROHSTOFFEN AUS POLYURETHANSCHÄUMEN PROCESS FOR RECOVERING RAW MATERIALS FROM POLYURETHANE FOAM
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wiedergewinnung von Rohstoffen aus einem Polyurethanschaum, umfassend den Schritt (A), die Bereitstellung eines auf einer Isocyanatkomponente und einer Polyolkomponente basierenden Polyurethanschaums, wobei der Polyurethanschaum eine Zellstruktur enthaltend einen oder mehrere flüchtige Begleitstoffe, nämlich eine Komponente X ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Sauerstoff, einem Treibmittel, einem Desinfektionsmittel und einer Mischung aus zwei oder mehr der vorgenannten Begleitstoffe, wobei die Komponente X mindestens Sauerstoff umfasst, aufweist, den Schritt (B), die Chemolyse des Polyurethanschaums mit einem Chemolysereagenz, wobei der Polyurethanschaum vor Inkontaktbringen mit dem Chemolysereagenz entgast wird, wobei mindestens Sauerstoff, bevorzugt jedoch alle Bestandteile der Komponente X bzw. gegebenenfalls gebildete gasförmige Zersetzungsprodukte derselben, bei einem Druck von maximal 960 mbar(abs.) und einer Temperatur von maximal 120 °C gasförmig über eine Gasabführeinrichtung aus der Chemolysevorrichtung abgeführt werden, sodass ein entgaster Polyurethanschaum erhalten wird, gefolgt von Umsetzung des entgasten Polyurethanschaums mit dem Chemolysereagenz in Gegenwart eines Katalysators in einer Inertgasatmosphäre und der Aufarbeitung des durch die Chemolyse erhaltenen Produktgemisches, den Schritt (C), die Gewinnung mindestens eines Polyols, sowie optional den Schritt (D), die Gewinnung mindestens eines Amins, das zu einem Isocyanat der Isocyanatkomponente korrespondiert. The present invention relates to a method for recovering raw materials from a polyurethane foam, comprising step (A), providing a polyurethane foam based on an isocyanate component and a polyol component, the polyurethane foam having a cell structure containing one or more volatile accompanying substances, namely a component X selected from the group consisting of oxygen, a blowing agent, a disinfectant and a mixture of two or more of the aforementioned accompanying substances, where component X comprises at least oxygen, has step (B), the chemolysis of the polyurethane foam with a chemolysis reagent, the polyurethane foam is degassed before being brought into contact with the chemolysis reagent, with at least oxygen, but preferably all the constituents of component X or any gaseous decomposition products formed thereof, at a maximum pressure of 960 mbar (abs.) and a temperature of v at a maximum of 120 °C in gaseous form via a gas removal device from the chemolysis device, so that a degassed polyurethane foam is obtained, followed by reaction of the degassed polyurethane foam with the chemolysis reagent in the presence of a catalyst in an inert gas atmosphere and the processing of the product mixture obtained by the chemolysis, the step (C), obtaining at least one polyol, and optionally step (D), obtaining at least one amine which corresponds to an isocyanate of the isocyanate component.
Polyurethanschäume finden vielfältige Anwendungen in der Industrie und im Alltag. Sie werden üblicherweise in Hartschäume (die beispielsweise als Isoliermaterialien eingesetzt werden) und Weichschäume (die beispielsweise in der Polstermöbelherstellung eingesetzt werden) unterteilt. Allen Polyurethanschäumen ist trotz derartiger Unterschiede die Polyurethangrundstruktur gemeinsam, die durch die Polyadditionsreaktion eines mehrwertigen Isocyanats und eines Polyols entsteht und sich beispielsweise für ein Polyurethan, das auf einem Diisocyanat O=C=N-R-N=C=O und einem Diol H-O-R‘-O-H basiert (wobei R und R‘ organische Reste bezeichnen) als Polyurethane foams are used in a wide range of applications in industry and in everyday life. They are usually divided into rigid foams (which are used, for example, as insulating materials) and flexible foams (which are used, for example, in the manufacture of upholstered furniture). Despite such differences, all polyurethane foams have in common the basic polyurethane structure, which is formed by the polyaddition reaction of a polyfunctional isocyanate and a polyol and is suitable, for example, for a polyurethane based on a diisocyanate O=C=N-R-N=C=O and a diol H-O-R'-O-H ( where R and R 'designate organic radicals) as
- [O-R‘-O-(O=C)-HN-R-NH-(C=O)] - darstellen lässt. - [O-R'-O-(O=C)-HN-R-NH-(C=O)] - can be represented.
Gerade wegen des großen wirtschaftlichen Erfolges der Polyurethanschäume fallen auch große Mengen an Polyurethanabfall (z. B. aus alten Matratzen oder Sitzmöbeln) an, der einer sinnvollen Verwendung zugeführt werden muss. Die technisch am einfachsten umzusetzende Art der Wiederverwendung ist die Verbrennung unter Nutzung der freiwerdenden Verbrennungswärme für andere Prozesse, beispielweise industrielle Herstellprozesse. Auf diese Weise ist jedoch eine Schließung der Rohstoffkreisläufe nicht möglich. Eine andere Art der Wiederverwendung ist das sog. „physikalische Recycling“, bei welchem Polyurethanabfälle mechanisch zerkleinert und in der Herstellung neuer Produkte eingesetzt werden. Dieser Art des Recyclings sind naturgemäß Grenzen gesetzt, weshalb es nicht an Versuchen gefehlt hat, die der Polyurethanproduktion zugrunde liegenden Rohstoffe durch Rückspaltung der Polyurethanbindungen wiederzugewinnen (sog. „chemisches Recycling“). Die zurückzugewinnenden Rohstoffe umfassen dabei in erster Linie Polyole (im obigen Beispiel also H-O-R‘-O-H). Daneben können durch hydrolytische Spaltung der Urethanbindung auch Amine gewonnen werden (im obigen Beispiel also H2N-R-NH2), die sich nach Aufarbeitung zu Isocyanaten (im obigen Beispiel zu O=C=N-R-N=C=O) phosgenieren lassen. Precisely because of the great economic success of polyurethane foams, there are also large amounts of polyurethane waste (e.g. from old mattresses or seating furniture), which must be put to sensible use. The technically easiest to implement The type of reuse is incineration using the released combustion heat for other processes, such as industrial manufacturing processes. However, it is not possible to close the raw material cycle in this way. Another type of reuse is the so-called "physical recycling", in which polyurethane waste is mechanically crushed and used in the manufacture of new products. Naturally, there are limits to this type of recycling, which is why there has been no lack of attempts to recover the raw materials on which polyurethane production is based by splitting back the polyurethane bonds (so-called “chemical recycling”). The raw materials to be recovered primarily include polyols (ie HOR'-OH in the above example). In addition, amines can also be obtained by hydrolytic cleavage of the urethane bond (in the above example H2N-R-NH2), which can be phosgenated to isocyanates (in the above example to O=C=NRN=C=O).
Verschiedene Ansätze des chemischen Recyclings wurden in der Vergangenheit entwickelt. Die vier wichtigsten werden im Folgenden kurz zusammengefasst: Various chemical recycling approaches have been developed in the past. The four most important are briefly summarized below:
1 . Hydrolyse von Urethanen durch Umsetzung mit Wasser unter Gewinnung von Aminen und Polyolen unter Bildung von Kohlenstoffdioxid. 1 . Hydrolysis of urethanes by reaction with water to give amines and polyols with evolution of carbon dioxide.
2. Glykolyse von Urethanen durch Umsetzung mit Alkoholen, wobei die Polyole, die in den Urethangruppen eingebaut sind, durch den eingesetzten Alkohol ersetzt und auf diese Weise freigesetzt werden. Dieser Vorgang wird in der Literatur meist als Umesterung bezeichnet (genauer: Umurethanisierung'). Diese Art des chemischen Recyclings wird unabhängig von der genauen Art des eingesetzten Alkohols in der Literatur üblicherweise als Glykolyse bezeichnet, obwohl dieser Begriff eigentlich nur für Glykol zutreffend ist. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird daher allgemein von Alkoholyse gesprochen. An eine Glykolyse kann sich eine Hydrolyse anschließen. Wird die Hydrolyse in Gegenwart des noch unveränderten Glykolysegemisches durchgeführt, spricht man von einer 2. Glycolysis of urethanes by reaction with alcohols, with the polyols built into the urethane groups being replaced by the alcohol used and being released in this way. This process is usually referred to in the literature as transesterification (more precisely: 'umurethanization'). This type of chemical recycling is commonly referred to in the literature as glycolysis, regardless of the exact type of alcohol used, although that term really only applies to glycol. Alcoholysis is therefore generally spoken of in connection with the present invention. Hydrolysis can follow glycolysis. If the hydrolysis is carried out in the presence of the still unchanged glycolysis mixture, it is called a
3. Hydroglykolyse von Urethanbindungen durch Umsetzung mit Alkoholen und Wasser. Es ist natürlich ebenfalls möglich, Alkohol und Wasser von Anfang an zuzugeben, wobei die oben beschriebenen Vorgänge der Glykolyse und Hydrolyse parallel ablaufen. 3. Hydroglycolysis of urethane bonds by reaction with alcohols and water. It is of course also possible to add alcohol and water from the beginning, the processes of glycolysis and hydrolysis described above taking place in parallel.
4. Acidolyse von Urethanverbindungen durch Umsetzung mit Carbonsäuren unter Bildung von Acylharnstoffverbindungen. 4. Acidolysis of urethane compounds by reaction with carboxylic acids to form acyl urea compounds.
Eine Zusammenfassung der bekannten Verfahren des Polyurethanrecyclings bietet der Übersichtsartikel von Simon, Borreguero, Lucas und Rodriguez in l/l/aste Management 2018, 76, 147 - 171 [1], CN 106 279 760 beschreibt die Chemolyse eines Polyurethans umfassend eine mechanische Zerkleinerung, Reaktion mit Wasser und einem Alkohol in einer Inertgasatmosphäre in Gegenwart von Antioxidantien bei 218 °C bis 399 °C und einem Druck von 50 bis 150 kPa für 3 bis 5 Stunden, wobei als Katalysator ein Carbodiimid eingesetzt wird. The review article by Simon, Borreguero, Lucas and Rodriguez in l/l/aste Management 2018, 76, 147 - 171 [1] provides a summary of the known polyurethane recycling processes. CN 106 279 760 describes the chemolysis of a polyurethane comprising mechanical comminution, reaction with water and an alcohol in an inert gas atmosphere in the presence of antioxidants at 218° C. to 399° C. and a pressure of 50 to 150 kPa for 3 to 5 hours, with a carbodiimide is used as the catalyst.
DE 32 32 461 A1 beschreibt ein Verfahren zur kontinuierlichen glykolytischen Aufspaltung von Polyurethankunststoffabfällen, insbesondere Polyurethanschaumabfällen, in Mehrwellenschneckenmaschinen durch Zusatz gegebenenfalls vorerhitzter Diole, bei Spalttemperaturen von > 250 °C unter Aufrechterhaltung mindestens eines solchen Druckes, dass das Polyurethan-Diol-Gemisch in flüssiger Phase vorliegt, Austragung des Glykolysatgemisches nach kurzen Verweilzeiten von 2 bis 30 Minuten in der Reaktionsschnecke und schnelles Abkühlen des Glykolysatgemischs. In einer bevorzugten Ausführungsform kann zusammen mit den Kunststoffabfällen in die Schneckenmaschine eingetragene Luft entgegen der Förderrichtung vor dem Aufgabetrichter über eine Gehäusebohrung entweichen, an der vorteilhafterweise ein leichtes Vakuum anliegt. Die Anmeldung offenbart nicht, dass in der Zellstruktur des Polyurethanschaums enthaltene flüchtige Begleitstoffe wie insbesondere Sauerstoff, Treibmittel und/oder Desinfektionsmittel über die Gehäusebohrung abgeführt werden. Mit der beschriebenen Anordnung ist dies auch nicht zu erwarten; vielmehr ist davon auszugehen, dass tatsächlich nur die Luft, die im Zuge des Eintragens der Schaumstoffabfälle gemeinsam mit diesen in die Maschine gelangt (die die Schaumstoffabfälle umgebende Luft), entfernt wird. DE 32 32 461 A1 describes a process for the continuous glycolytic splitting of polyurethane plastic waste, in particular polyurethane foam waste, in multi-shaft screw machines by adding optionally preheated diols at splitting temperatures of >250° C. while maintaining at least such a pressure that the polyurethane-diol mixture is in the liquid phase is present, discharge of the glycolyzate mixture after a short residence time of 2 to 30 minutes in the reaction screw and rapid cooling of the glycolyzate mixture. In a preferred embodiment, air introduced into the screw machine together with the plastic waste can escape against the conveying direction in front of the feed hopper via a housing bore, to which a slight vacuum is advantageously applied. The application does not disclose that volatile accompanying substances contained in the cell structure of the polyurethane foam, such as in particular oxygen, blowing agents and/or disinfectants, are discharged via the housing bore. With the arrangement described, this is also not to be expected; Rather, it can be assumed that only the air that enters the machine together with the foam waste during the course of the introduction thereof (the air surrounding the foam waste) is actually removed.
DE 24 42 387 A1 beschreibt ein Verfahren zur kontinuierlichen hydrolytischen Aufspaltung von Kunststoffabfällen, bei welchem Abfälle aus hydrolysierbarem Kunststoffmaterial zusammen mit Wasser und gegebenenfalls Hydrolysekatalysatoren in eine Schneckenmaschine eingespeist werden, wo das Gemisch aus Wasser und Kunststoffabfällen in einer Reaktionszone unter intensivem Stoff- und Wärmeaustausch 2 bis 100 Minuten lang einer Temperatur von 100 bis 300 °C bei einem Druck von 5 bis 100 bar ausgesetzt wird und das bei der Hydrolyse entstehende Flüssigkeits-Gas-Gemisch kontinuierlich in ein fest mit der Schneckenmaschine verbundenes Mundstück gefördert wird, aus welchem das Gas über ein Regelventil, welches den konstanten Schneckenmaschinendruck im Mundstück aufrechterhält, und die Flüssigkeit über ein Regelventil, welches ein konstantes Flüssigkeitsniveau innerhalb des Mundstückes aufrechterhält, austreten. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die zusammen mit den Kunststoffabfällen eingebrachte Luft durch eine in der Förderrichtung gesehen vor dem Aufgabetrichter für das Kunststoffmaterial gelegene Gehäusebohrung entfernt, an welche ein leichtes Vakuum angelegt wird. Die Anmeldung offenbart nicht, dass in der Zellstruktur des Polyurethanschaums enthaltene flüchtige Begleitstoffe wie insbesondere Sauerstoff, Treibmittel und/oder Desinfektionsmittel über die Gehäusebohrung abgeführt werden. Mit einem lediglich leichten Vakuum und Kompression des Schaums im Wesentlichen erst nach Zugabe des Chemolysereagenz (hier Wasser) ist dies auch nicht zu erwarten; vielmehr ist davon auszugehen, dass hier - genau wie im Fall von DE 32 32 461 A1 - tatsächlich nur die Luft, die im Zuge des Eintragens der Kunststoffabfälle gemeinsam mit diesen in die Maschine gelangt (die die Kunststoffabfälle umgebende Luft), entfernt wird. DE 24 42 387 A1 describes a process for the continuous hydrolytic decomposition of plastic waste, in which waste made from hydrolyzable plastic material is fed into a screw machine together with water and optionally hydrolysis catalysts, where the mixture of water and plastic waste is placed in a reaction zone with intensive mass and heat exchange of the 2nd is exposed to a temperature of 100 to 300 °C at a pressure of 5 to 100 bar for up to 100 minutes and the liquid-gas mixture produced during the hydrolysis is continuously conveyed into a mouthpiece which is firmly connected to the screw machine, from which the gas is a regulator valve which maintains constant screw machine pressure in the die and the liquid exits via a regulator valve which maintains a constant liquid level within the die. In a preferred embodiment, the air introduced together with the plastic waste is removed through a housing bore located in front of the feed hopper for the plastic material, seen in the conveying direction, to which a slight vacuum is applied. The application does not disclose that volatile accompanying substances contained in the cell structure of the polyurethane foam, such as in particular oxygen, blowing agents and/or disinfectants, are discharged via the housing bore. With just a light vacuum and compression of the foam essentially only after the addition of the chemolysis reagent (here water), this is also not to be expected; Rather, it can be assumed that here—just as in the case of DE 32 32 461 A1—in fact only the air that enters the machine when the plastic waste is fed into the machine (the air surrounding the plastic waste) is removed.
DE 197 19 084 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Polyolen aus Polyurethanabfällen, in dem Schaumstoffflocken, zermahlener Weichschaumstoff oder geschreddertes Material in einen Reaktor eingetragen, in dem Abfälle der Synthese von Polyestern enthalten sind, die zuvor auf eine Temperatur oberhalb von 70 °C erwärmt wurden. Das Gemisch aus den Polyurethanabfällen und den Abfällen der Polyestersynthese wird weiter erhitzt und durch eine kontrollierte, katalytische Umesterungsreaktion bei einer Temperatur von 120 °C bis 250 °C umgesetzt. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Polyurethanabfälle mittels pneumatischer Förderung durch einen schwachen Stickstoff ström eingetragen. Eine Abführung von in der Zellstruktur des Polyurethanschaums enthaltenen flüchtigen Begleitstoffen wie insbesondere Sauerstoff, Treibmitteln und/oder Desinfektionsmitteln ist auf diese Weise nicht zu erwarten. DE 197 19 084 A1 discloses a process for producing polyols from polyurethane waste, in which foam flakes, ground flexible foam or shredded material are fed into a reactor containing waste from the synthesis of polyesters, which has previously been heated to a temperature above 70°C became. The mixture of polyurethane waste and polyester synthesis waste is further heated and reacted by a controlled, catalytic transesterification reaction at a temperature of 120°C to 250°C. In a preferred embodiment, the polyurethane waste is introduced by means of pneumatic conveying through a weak stream of nitrogen. A removal of volatile accompanying substances contained in the cell structure of the polyurethane foam, such as in particular oxygen, blowing agents and/or disinfectants, is not to be expected in this way.
DE 10 2004 014165 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Polyolen aus Polyurethan-Abfällen sowie eine spezielle Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Dabei erfolgt das Zudosieren des vorzerkleinerten Weichschaums über eine Stopfschnecke und einen Verengungsring von oben, wobei laut Aussage dieser Schrift die im Schaum enthaltenen Gase entfernt werden. Es ist jedoch zweifelhaft, ob in der Zellstruktur des Polyurethanschaums enthaltener Sauerstoff ohne Anwendung reduzierten Drucks vor Beginn der Chemolyse tatsächlich zumindest im Wesentlichen vollständig entfernt werden kann. Dies gilt umso mehr für andere in der Zellstruktur des Polyurethanschaums möglicherweise enthaltene, das Recycling potenziell beeinträchtigende Begleitstoffe, da diese wesentlich höher als Sauerstoff sieden, wie Treibmittel oder Desinfektionsmittel (die auch in flüssiger Form vorliegen können). DE 10 2004 014165 A1 describes a process for producing polyols from polyurethane waste and a special device for carrying out this process. The pre-comminuted soft foam is metered in from above via a stuffing screw and a constriction ring, with the gases contained in the foam being removed, according to this document. However, it is doubtful whether oxygen contained in the cell structure of the polyurethane foam can actually be at least essentially completely removed without the use of reduced pressure before the start of the chemolysis. This applies all the more to other accompanying substances that may be contained in the cell structure of the polyurethane foam and potentially impair recycling, as these boil much higher than oxygen, such as blowing agents or disinfectants (which can also be in liquid form).
EP 0 031 538 A2 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung von aus Abfallstoffen erhaltenem Polyurethan durch Alkoholyse oder Acidolyse. Dabei wird das Polyurethan zunächst mechanisch zu einem Ausgangsmaterial zerkleinert und anschließend bei einer Temperatur von mehr als 120 °C mit Lösungsmitteln behandelt. Zumindest zu Beginn der Lösungsmittelbehandlung, die bis zur Verflüssigung des Ausgangsmaterials führt und bei einer Reaktionstemperatur von unter 200 °C durchgeführt wird, erfolgt eine Fortsetzung der mechanischen Zerkleinerung des bereits im chemischen Abbau befindlichen Ausgangsmaterials. Durch dieses Verfahren ergibt sich laut den Aussagen dieser Schrift bei niedrigerer Temperatur eine kürzere Behandlungsdauer bis zur vollständigen Lösung des Ausgangsmaterials, ohne dass dabei qualitätsmindernde Verfärbungen auftreten oder ungelöste Rückstände verbleiben. Das Auflösen des Ausgangsmaterials erfolgt selbstredend unter mindestens teilweiser Reaktion der Polyurethanbindungen. EP 0 031 538 A2 describes a method and a device for processing polyurethane obtained from waste materials by alcoholysis or acidolysis. The polyurethane is first mechanically comminuted into a starting material and then treated with solvents at a temperature of more than 120 °C. At least at the beginning of the solvent treatment, which leads to the liquefaction of the starting material and is carried out at a reaction temperature of below 200° C., the mechanical comminution of the starting material that is already undergoing chemical degradation is continued. According to the statements in this document, this method results in a shorter treatment time at a lower temperature until the complete solution of the raw material without quality-reducing discoloration occurring or undissolved residues remaining. The dissolution of the starting material naturally takes place with at least partial reaction of the polyurethane bonds.
Die Anlage zur Durchführung des Verfahrens hat einen aus Vorratsbehältern beschickten Mischer, an den austrittsseitig ein Reaktor angeschlossen ist, in dem Scherkräfte ausübende und in beiden Richtungen in Rotation versetzbare Scherelemente auf das Ausgangsmaterials einwirken, die auf einer hohl ausgebildeten, beheizbaren Welle angeordnet und von einem aus hohl ausgebildeten, beheizbaren Sektoren zusammengesetzten Reaktormantel umgeben sind. In diesem Reaktor erfolgt eine Verbesserung des Wärmeübergangs an die Masse, so dass eine einheitliche Temperaturverteilung und damit eine verhältnismäßig kurze Reaktionsund Lösezeit erreichbar ist. Die Anmeldung offenbart eine Ausführungsform, in welcher die Vorzerkleinerung des Ausgangsmaterials unter Vermischung mit einem Anteil der später als Lösungsmittelbestandteil verwendeten Polyole in einem beheizbaren Knetmischer mit zwei gegenläufigen Wellen mit Sigmaschaufeln erfolgt. Dadurch werden laut dieser Schrift eine gute Vorbenetzung der Polyurethanpartikelflächen mit Lösungsmittel erreicht, ein Teil der im Polyurethanzellenbereich eingeschlossenen Gase freigesetzt, der schädliche Sauerstoffgehalt reduziert, insbesondere die Agglomeration der Polyurethanpartikel durch die anschließenden mechanischen Beanspruchungen in der nachfolgenden Reaktorzone vermieden und die Dosierbarkeit sowie die Wärmeleitfähigkeit der Masse des Ausgangsmaterials entscheidend erhöht. Die weitgehende Entfernung des Luftsauerstoffs lässt sich nach dieser Anmeldung durch anschließende Evakuierung der Mischung im gleichen Anlagenteil und/oder durch eine nachfolgende Spülung mit Schutzgas, beispielsweise Stickstoff, bei Normaldruck bewirken. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass die Anwesenheit eines das Polyurethan benetzenden Lösungsmittels (= Chemolysereagenz) einer effektiven Entgasung entgegenwirkt. The system for carrying out the process has a mixer fed from storage containers, to which a reactor is connected on the outlet side, in which shearing elements exerting shearing forces and which can be rotated in both directions act on the starting material, which are arranged on a hollow, heatable shaft and controlled by a are surrounded by the reactor shell composed of hollow, heatable sectors. In this reactor, the heat transfer to the mass is improved, so that a uniform temperature distribution and thus a relatively short reaction and dissolving time can be achieved. The application discloses an embodiment in which the initial comminution of the starting material takes place while mixing with a proportion of the polyols later used as a solvent component in a heatable kneading mixer with two counter-rotating shafts with sigma blades. According to this document, this achieves good pre-wetting of the polyurethane particle surfaces with solvent, releases part of the gases trapped in the polyurethane cell area, reduces the harmful oxygen content, in particular avoids the agglomeration of the polyurethane particles due to the subsequent mechanical stresses in the subsequent reactor zone and improves the dosability and thermal conductivity of the Mass of the starting material increased significantly. According to this application, the extensive removal of atmospheric oxygen can be effected by subsequent evacuation of the mixture in the same part of the plant and/or by subsequent flushing with protective gas, for example nitrogen, at normal pressure. However, it should be noted that the presence of a solvent (= chemolysis reagent) that wets the polyurethane counteracts effective degassing.
Neben den erwähnten Prozessen des physikalischen Recyclings (mechanische Zerkleinerung der Polyurethanprodukte und Beimischung in der Herstellung neuer Polyurethanprodukte) und chemischen Recyclings (Rückgewinnung von Polyolen und bevorzugt auch Aminen durch chemische Spaltung der Urethanbindungen) ist noch das sog. „Upycling“ zu erwähnen, das eine Zwischenstellung einnimmt: Beim Upycyling findet zwar wie beim chemischen Recycling eine chemische Veränderung des Polyurethans statt, jedoch erfolgt diese nicht bis zur Wiedergewinnung der ursprünglich in der Synthese eingesetzten Rohstoffe (Polyol und Amin), sondern hat zum Ziel, das wiederzuverwertende Polyurethan in ein anderes polymeres Wertprodukt zu überführen. So beschreiben D. T. Sheppard et al. in dem Artikel Reprocessing Postconsumer Polyurethane Foam Using Carbamate Exchange Catalysis and Twin-Screw Extrusion (ACS Cent. Sei. 2020 6 (6), 921-927) die Behandlung eines quervernetzten Polyurethanschaums mit Dibutylzinnlaurat in Dichlormethan, gefolgt von mechanischer Verarbeitung des so behandelten Schaums in einem Doppelschneckenmischer bzw. Doppelschneckenextruder, wobei Luft entfernt wird, unter Erhalt von Filmen oder Fasern.In addition to the processes mentioned of physical recycling (mechanical crushing of the polyurethane products and admixture in the manufacture of new polyurethane products) and chemical recycling (recovery of polyols and preferably also amines through chemical cleavage of the urethane bonds), so-called "upcycling" should also be mentioned, one thing occupies an intermediate position: With upcycling, as with chemical recycling, a chemical change in the polyurethane takes place, but this does not take place until the raw materials originally used in the synthesis (polyol and amine) are recovered, but rather the aim is to convert the polyurethane to be recycled into another polymer to transfer value product. Thus, DT Sheppard et al. in the article Reprocessing Postconsumer Polyurethane Foam Using Carbamate Exchange Catalysis and Twin-Screw Extrusion (ACS Cent. Se. 2020 6 (6), 921-927) describe the treatment of a cross-linked polyurethane foam with dibutyltin laurate in dichloromethane followed by mechanical Processing the foam thus treated in a twin-screw mixer or twin-screw extruder, removing air, to obtain films or fibers.
Nur wenige der literaturbekannten Prozesse des Recyclings von Polyurethanen werden dauerhaft im großtechnischen Maßstab betrieben; viele haben noch nicht einmal den Pilotierungsmaßstab erreicht [1], Angesichts des allgemein gestiegenen Umweltbewusstseins und verstärkter Bestrebungen, industrielle Prozesse möglichst nachhaltig auszugestalten, zeigt dies augenscheinlich, dass das Recycling von Polyurethanprodukten unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten noch längst nicht ausgereift ist. Die Möglichkeiten des physikalischen Recyclings sind offensichtlich sehr begrenzt. Das Upcycling kann zwar Wege zu einer sinnvollen Wiederverwertung von Polyurethanprodukten eröffnen und hat insofern sicher seine Berechtigung, ermöglicht es aber auch nicht, die Rohstoffkreisläufe zu schließen. Das Potenzial hierzu bietet nur das chemische Recycling, wenn es gelingt, die eingesetzten Polyole und bevorzugt auch die Amine so wiederzugewinnen, dass diese in der Herstellung neuer Polyurethanprodukte von vergleichbarer Qualität wie die ursprünglichen Polyurethanprodukte eingesetzt werden können. Diesbezüglich bestehen Herausforderungen insbesondere bezüglich der Reinheit der zurückgewonnenen Produkte. Polyole müssen möglichst ohne Aminverunreinigungen zurückgewonnen werden, um etwa beim Wiedereinsatz in der Herstellung von Polyurethanschäumen das Schaumbildungsverhalten nicht nachteilig zu beeinflussen. Ist auch eine Wiedergewinnung von Aminen angestrebt, so müssen auch diese selbstredend in möglichst hoher Reinheit gewonnen werden. Ferner muss ein wirtschaftlich arbeitendes Recyclingverfahren sicherstellen, dass die eingesetzten Reagenzien (beispielsweise eingesetzte Alkohole) möglichst vollständig zurückgewonnen und erneut eingesetzt (also im Kreis geführt) werden können. Only a few of the processes known from the literature for the recycling of polyurethanes are permanently operated on an industrial scale; many have not even reached the pilot scale [1]. In view of the generally increased environmental awareness and increased efforts to make industrial processes as sustainable as possible, this clearly shows that the recycling of polyurethane products is far from mature from a technical and economic point of view. The possibilities of physical recycling are obviously very limited. Although upcycling can open up ways to sensibly recycle polyurethane products and is certainly justified in this respect, it also does not enable the raw material cycles to be closed. The potential for this is only offered by chemical recycling if it is possible to recover the polyols used and preferably also the amines in such a way that they can be used in the manufacture of new polyurethane products of comparable quality to the original polyurethane products. In this respect, there are challenges in particular with regard to the purity of the recovered products. Polyols must be recovered with as little amine contamination as possible so as not to adversely affect foam formation behavior when they are reused in the production of polyurethane foams. If the aim is also to recover amines, these must of course also be obtained in the highest possible purity. Furthermore, an economical recycling process must ensure that the reagents used (for example alcohols used) can be recovered as completely as possible and used again (i.e. recycled).
Die wiederzuverwertenden Polyurethanprodukte enthalten meist noch diverse Hilfs- und Zusatzstoffe (Stabilisatoren, Katalysatoren und dgl. mehr), die wirtschaftlich und umweltschonend von den eigentlichen Zielprodukten des Recyclings abgetrennt und entsorgt werden müssen. Im Fall von Polyurethansc/iäumen sind insbesondere auch Treibmittel sowie Sauerstoff, die beide in der Zellstruktur der Schäume vorhanden sind, zu nennen. Neben diesen herstellungsbedingt vorhandenen Hilfs- und Zusatzstoffen können durch vorbereitende Schritte, die dem eigentlichen chemischen Recycling vorangehen, weitere Fremdstoffe in ein zu recycelndes Polyurethanprodukt gelangen. So ist es zum Beispiel üblich, wiederzuverwendende Polyurethanschäume, die etwa aus alten Matratzen oder Sitzmöbeln stammen, mit Desinfektionsmitteln zu behandeln. Diese Fremdstoffe können das chemische Recycling und/oder den nachfolgenden Einsatz der zurückgewonnenen Rohstoffe in neuen Herstellprozessen beeinträchtigen: Sauerstoff kann Oxidationsreaktionen insbesondere des Amins bewirken. Auch unter Sicherheitsaspekten ist das Vorhandensein von Sauerstoff problematisch, wird doch etwa bei Alkoholysen oftmals oberhalb des Flammpunktes des eingesetzten Alkohols gearbeitet. Eingesetzte Treibmittel wie Pentan sind zwar chemisch inert, akkumulieren sich aber auch gerade deswegen und müssen regelmäßig unter Produktverlust ausgeschleust werden (sog. Purge). Durch die Anwesenheit von Treibmitteln kann auch die Abgasfracht und die Aufarbeitung des Abgases erschwert werden. Bestimmte gebräuchliche Desinfektionsmittel wie beispielsweise Ethanol können in der Chemolyse Carbamate bilden, die sich u. II. schwerer unter Freisetzung des Amins spalten lassen als die Carbamate des eigentlichen Chemolysereagenz (meist Glykol oder ein Glykolderivat). Selbst wenn die Carbamatspaltung gelingt, gelangen dann derartige alkoholische Desinfektionsmittel in der Aufarbeitung als Verunreinigung in das nicht umgesetzte Chemolysereagenz, was dessen Rückgewinnung erschweren kann. Andere gebräuchliche Desinfektionsmittel wie Wasserstoffperoxid oder Natriumhypochlorit können sich unter Freisetzung von Sauerstoff zersetzen. Der Stand der Technik bietet für derartige Probleme noch keine zufriedenstellende Lösung an. The polyurethane products to be recycled usually also contain various auxiliaries and additives (stabilizers, catalysts and the like) which have to be separated from the actual target products of recycling and disposed of in an economical and environmentally friendly manner. In the case of polyurethane foams, particular mention should also be made of blowing agents and oxygen, both of which are present in the cell structure of the foams. In addition to these production-related auxiliaries and additives, other foreign substances can get into a polyurethane product to be recycled as a result of preparatory steps that precede the actual chemical recycling. For example, it is common to treat reusable polyurethane foams, which come from old mattresses or seating furniture, with disinfectants. These foreign substances can affect chemical recycling and/or the subsequent use of the recovered raw materials in new manufacturing processes: Oxygen can cause oxidation reactions of the amine in particular. The presence of oxygen is also problematic from a safety point of view, since in alcoholysis, for example, work is often carried out above the flash point of the alcohol used. The blowing agents used, such as pentane, are chemically inert, but this is precisely why they accumulate and have to be discharged regularly, resulting in a loss of product (so-called purge). The presence of propellants can also make the exhaust gas load and the processing of the exhaust gas more difficult. Certain common disinfectants, such as ethanol, can form carbamates during chemolysis, which may be more difficult to split, releasing the amine, than the carbamates of the actual chemolysis reagent (usually glycol or a glycol derivative). Even if the carbamate cleavage is successful, such alcoholic disinfectants then get into the unreacted chemolysis reagent as contamination during work-up, which can make its recovery more difficult. Other common disinfectants such as hydrogen peroxide or sodium hypochlorite can decompose releasing oxygen. The prior art does not yet offer a satisfactory solution to such problems.
Es bestand daher ein Bedarf an weiteren Verbesserungen auf dem Gebiet des chemischen Recyclings von Polyurethanschäumen. Insbesondere wäre es wünschenswert, potenziell störende Begleitstoffe wie Treibmittel, Sauerstoff oder Desinfektionsmittel bereits vor Beginn des eigentlichen chemischen Recyclings so weitgehend aus dem Polyurethanschaum zu entfernen, dass diese die nachfolgenden Schritte nicht stören. There was therefore a need for further improvements in the field of chemical recycling of polyurethane foams. In particular, it would be desirable to remove potentially disruptive accompanying substances such as blowing agents, oxygen or disinfectants from the polyurethane foam to such an extent before the actual chemical recycling begins that they do not interfere with the subsequent steps.
Dem geschilderten Bedarf Rechnung tragend ist daher ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Wiedergewinnung von Rohstoffen (d. h. von Polyolen und optional Aminen) aus einem auf einer Isocyanatkomponente und einer Polyolkomponente basierenden Polyurethanschaum aufweisend eine Zellstruktur enthaltend eine Komponente X ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Sauerstoff, einem Treibmittel, einem Desinfektionsmittel und einer Mischung aus zwei oder mehr der vorgenannten, wobei die Komponente X mindestens Sauerstoff umfasst, durch Umsetzung des Polyurethanschaums mit einem Chemolysereagenz, das Verfahren umfassend: Taking into account the need described, one subject of the present invention is therefore a method for recovering raw materials (i.e. polyols and optionally amines) from a polyurethane foam based on an isocyanate component and a polyol component, having a cell structure containing a component X selected from the group consisting of oxygen , a blowing agent, a disinfectant and a mixture of two or more of the above, where component X comprises at least oxygen, by reacting the polyurethane foam with a chemolysis reagent, the method comprising:
(A) Bereitstellen des Polyurethanschaums (1) in einem Behälter (100); (A) providing the polyurethane foam (1) in a container (100);
(B) Chemolyse des Polyurethanschaums (1) in einer Chemolysevorrichtung aufweisend (i) eine Eintragseinrichtung (200), (ii) einen mit der Eintragseinrichtung verbundenen Chemolysereaktor (300), (iii) eine mit dem Chemolysereaktor verbundene Austragseinrichtung (400) und (iv) eine in dem Behälter und/oder in der Eintragseinrichtung angeordnete Gasabführeinrichtung (500), wobei die Chemolyse umfasst: (B) chemolysis of the polyurethane foam (1) in a chemolysis device comprising (i) an entry device (200), (ii) a chemolysis reactor connected to the entry device (300), (iii) one with the discharge device (400) connected to the chemolysis reactor and (iv) a gas discharge device (500) arranged in the container and/or in the entry device, wherein the chemolysis comprises:
(B.l) Einbringen des Polyurethanschaums aus dem Behälter in die Eintragseinrichtung und von dort in den Chemolysereaktor, wobei der Polyurethanschaum vor Inkontaktbringen mit dem Chemolysereagenz entgast wird, indem (B.l) introducing the polyurethane foam from the container into the entry device and from there into the chemolysis reactor, the polyurethane foam being degassed before it is brought into contact with the chemolysis reagent by
(a) mindestens Sauerstoff (also (i) der in der Komponente X enthaltene Sauerstoff und (ii) gegebenenfalls durch Zersetzungsreaktionen von Bestandteilen der Komponente X gebildeter Sauerstoff), bevorzugt jedoch alle Bestandteile der Komponente X bzw. gegebenenfalls gebildete gasförmige Zersetzungsprodukte derselben, bei einem Druck von maximal 960 mbar(abs) und einer Temperatur von maximal 120 °C gasförmig über die Gasabführeinrichtung aus der Chemolysevorrichtung abgeführt werden, sodass ein entgaster Polyurethanschaum (2) erhalten wird; (a) at least oxygen (i.e. (i) the oxygen contained in component X and (ii) any oxygen formed by decomposition reactions of constituents of component X), but preferably all constituents of component X or any gaseous decomposition products thereof formed, in one pressure of at most 960 mbar (abs) and a temperature of at most 120° C. are discharged in gaseous form via the gas discharge device from the chemolysis device, so that a degassed polyurethane foam (2) is obtained;
(B.ll) Umsetzen des entgasten Polyurethanschaums (2) im Chemolysereaktor (300) mit einem Chemolysereagenz (4) in Gegenwart eines Katalysators in einer Inertgasatmosphäre unter Erhalt eines Produktgemisches; (B.II) reacting the degassed polyurethane foam (2) in the chemolysis reactor (300) with a chemolysis reagent (4) in the presence of a catalyst in an inert gas atmosphere to obtain a product mixture;
(B.l II) Austragen des Produktgemisches aus dem Chemolysereaktor (300) durch die Austragseinrichtung (400); gefolgt von (B.l II) discharge of the product mixture from the chemolysis reactor (300) through the discharge device (400); followed by
Aufarbeiten des Produktgemisches umfassend: Processing of the product mixture comprising:
(C) Gewinnen (mindestens) eines Polyols (aus der Polyolkomponente oder ein in der Chemolyse erhaltenes Abbauprodukt eines solchen); und (C) Obtaining (at least) one polyol (from the polyol component or a degradation product of such obtained in the chemolysis); and
(D) optional, Gewinnen (mindestens) eines Amins, das zu einem Isocyanat der Isocyanatkomponente korrespondiert. (D) optionally, recovering (at least) one amine corresponding to an isocyanate of the isocyanate component.
Überraschend wurde gefunden, dass die erfindungsgemäße Entfernung flüchtiger Begleitstoffe wie in der Komponente X definiert vor dem erstmaligem Kontakt des Polyurethanschaums mit dem Chemolysereagenz zu einer besonders sorgfältigen Abreicherung derartiger Begleitstoffe führt und dadurch die oben geschilderten Probleme überwunden oder zumindest minimiert werden. Insbesondere Sauerstoff, sei er von vorne herein vorhanden oder beispielsweise durch die Zersetzung eines Desinfektionsmittels wie Wasserstoffperoxid oder Natriumhypochlorit in situ entstanden, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren erfolgreich entfernt, wodurch Oxidationsreaktionen insbesondere des Amins vermieden werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich nämlich dadurch aus, dass nicht nur oberflächlich vorhandene bzw. anhaftende flüchtige Begleitstoffe, sondern auch in der Zell Struktur des Polyurethanschaums vorhandene flüchtige Begleitstoffe erfolgreich entfernt werden können. Surprisingly, it was found that the inventive removal of volatile accompanying substances as defined in component X before the polyurethane foam comes into contact with the chemolysis reagent for the first time leads to a particularly careful depletion of such accompanying substances, thereby overcoming or at least minimizing the problems described above. Oxygen in particular, whether it is present from the outset or, for example, through the decomposition of a disinfectant such as Hydrogen peroxide or sodium hypochlorite formed in situ is successfully removed by the process according to the invention, as a result of which oxidation reactions, in particular of the amine, are avoided. The method according to the invention is characterized in that not only volatile accompanying substances present or adhering on the surface, but also volatile accompanying substances present in the cell structure of the polyurethane foam can be successfully removed.
Denn wie dem Fachmann bekannt ist, weist ein Polyurethanschaum eine Zellstruktur (auch Porenstruktur genannt) auf, welche durch chemische oder verfahrenstechnische Parameter bei der Verschäumung beeinflusst werden kann. In der Herstellung von Polyurethanschäumen werden Treibmittel eingesetzt, die unter den Produktionsbedingungen der Verschäumung gasförmig vorliegen und zur Bildung von Schaumstoffzellen (auch Schaumstoffporen genannt) führen, die über sog. Stege miteinander verbunden sind. Wiederzuverwertende Polyurethanschäume weisen regelmäßig flüchtige, die Chemolyse potenziell störende Begleitstoffe auf, die sich in den Zellen (also in den Hohlräumen) befinden, aber auch in den Stegen vorliegen können (z. B. wenn sich die Stege mit einem Desinfektionsmittel vollsaugen).Because, as is known to the person skilled in the art, a polyurethane foam has a cell structure (also called pore structure) which can be influenced by chemical or procedural parameters during foaming. In the production of polyurethane foams, blowing agents are used which are gaseous under the production conditions of the foaming and lead to the formation of foam cells (also called foam pores) which are connected to one another via so-called webs. Polyurethane foams that are to be recycled regularly contain volatile accompanying substances that can potentially interfere with chemolysis, which are located in the cells (i.e. in the cavities) but can also be present in the ridges (e.g. if the ridges become soaked with a disinfectant).
Die vorliegende Erfindung ist damit befasst, die Polyurethanschäume vor Beginn des chemischen Recyclings, d. h. vor dem erstmaligem Kontakt eines wiederzuverwertenden Polyurethanschaums mit Chemolysereagenz, von derartigen flüchtigen Begleitstoffen zu befreien. Unter einem flüchtigen Begleitstoff in diesem Sinne, d. h. unter einer Komponente X, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung Sauerstoff, ein Treibmittel, ein Desinfektionsmittel oder eine Mischung von zwei oder mehr der vorgenannten verstanden, insbesondere sofern der flüchtige Begleitstoff (= die Komponente X bzw. ein Bestandteil derselben) zumindest in einem Teilbereich eines durch eine Druckuntergrenze pu, eine Druckobergrenze po, eine Temperaturuntergrenze Tu und eine Temperaturobergrenze To definierten Druck- und Temperaturbereiches gasförmig vorliegt oder sich unter Ausbildung gasförmiger Zersetzungsprodukte zersetzt, wobei gilt: The present invention is concerned with recycling the polyurethane foams prior to initiating chemical recycling, i. H. prior to the first contact of a polyurethane foam to be recycled with a chemolysis reagent, of such volatile accompanying substances. Under a volatile accompanying substance in this sense, i. H. A component X is understood in the context of the present invention as oxygen, a propellant, a disinfectant or a mixture of two or more of the above, in particular if the volatile accompanying substance (= component X or a component thereof) is at least in a partial area of a is present in gaseous form within a pressure and temperature range defined by a lower pressure limit pu, an upper pressure limit po, a lower temperature limit Tu and an upper temperature limit To or decomposes with the formation of gaseous decomposition products, where the following applies:
Pu = 0,1 mbar(abs); Pu = 0.1 mbar(abs);
Po = 960 mbar(abs); Po = 960 mbar(abs);
Tu = -20 °C, insbesondere (nämlich falls die in der Zellstruktur enthaltenen flüchtigen Begleitstoffe unter Standardbedingungen [d. h. bei einer Temperatur von 0 °C und einem Druck von 1 ,000 bar(abs )] flüssig sind) 16 °C, und Tu = -20 °C, in particular (namely if the volatile accompanying substances contained in the cell structure are liquid under standard conditions [i.e. at a temperature of 0 °C and a pressure of 1,000 bar(abs)]) 16 °C, and
To = 120 °C. Die Drücke pu und po können mittels handelsüblicher Manometer bestimmt werden. Dies gilt selbstredend ebenso für die Drücke p1 und p2, die weiter unten beschrieben werden. Selbstverständlich ist die Anwesenheit weiterer Verbindungen, die man rein sprachlich als „flüchtige Begleitstoffe“ beschreiben könnte, die aber nicht unter die Definition der Komponente X im Sinne der vorliegenden Erfindung fallen, nicht ausgeschlossen, und das Recycling derartiger Polyurethanschäume mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verlässt den Rahmen der Erfindung nicht. To = 120°C. The pressures pu and po can be determined using a standard manometer. Of course, this also applies to the pressures p1 and p2, which are described further below. Of course, the presence of other compounds, which could be described purely linguistically as "volatile accompanying substances", but which do not fall under the definition of component X in the context of the present invention, cannot be ruled out, and the recycling of such polyurethane foams with the process according to the invention goes beyond the scope of the invention.
Für Sauerstoff ist die genannte Bedingung erfüllt; dies gilt regelmäßig ebenso für Treibmittel (z. B. Pentan), die in der Polyurethanschaumherstellung Anwendung finden. Auch die große Mehrzahl gebräuchlicher Desinfektionsmittel lässt sich unter den genannten Bedingungen in die Gasphase oder in gasförmige Zersetzungsprodukte überführen, sodass störende Stoffe über die Gasabführeinrichtung ausgetragen werden können. Beispiele für zersetzbare flüchtige Begleitstoffe sind Wasserstoffperoxid und Natriumhypochlorit, die beide zum Zerfall unter Bildung von u. a. Sauerstoff neigen, welcher dann als „gasförmiges Zersetzungsprodukt“ über die Gasabführeinrichtung abgezogen werden kann. The above condition is met for oxygen; this also regularly applies to blowing agents (e.g. pentane), which are used in the production of polyurethane foam. The large majority of common disinfectants can also be converted into the gas phase or into gaseous decomposition products under the conditions mentioned, so that disruptive substances can be discharged via the gas discharge device. Examples of decomposable volatile impurities are hydrogen peroxide and sodium hypochlorite, both of which decompose to form i.a. tend to oxygen, which can then be drawn off as a "gaseous decomposition product" via the gas discharge device.
In der Terminologie der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Isocyanate alle dem Fachmann im Zusammenhang mit der Polyurethanchemie bekannten Isocyanate wie insbesondere Toluylendiisocyanat (TDI; herstellbar und bevorzugt hergestellt aus Toluylendiamin, TDA), die Di- und Polyisocyanate der Diphenylmethanreihe (MDI; herstellbar und bevorzugt hergestellt aus den Di- und Polyaminen der Diphenylmethanreihe, MDA),In the terminology of the present invention, the term isocyanates includes all isocyanates known to those skilled in the art in connection with polyurethane chemistry, such as in particular tolylene diisocyanate (TDI; can be produced and preferably produced from toluenediamine, TDA), the di- and polyisocyanates of the diphenylmethane series (MDI; can be produced and preferably produced from the di- and polyamines of the diphenylmethane series, MDA),
1.5-Pentandiisocyanat (PDI; herstellbar und bevorzugt hergestellt aus 1 ,5-Pentandiamin, PDA), 1,6-Hexamethylen-,diisocyanat (HDI; herstellbar und bevorzugt hergestellt aus1,5-pentane diisocyanate (PDI; can be produced and preferably produced from 1,5-pentanediamine, PDA) , 1,6-hexamethylene diisocyanate (HDI; can be produced and preferably produced from
1.6-Hexamethylendiamin, HDA), Isophorondiisocyanat (IPDI; herstellbar und bevorzugt hergestellt aus Isophorondiamin, IPDA) und Xylylendiisocyanat (XDI; herstellbar und bevorzugt hergestellt aus Xylylendiamin, XDA). Der Ausdruck „ein Isocyanat“ umfasst selbstverständlich auch Ausführungsformen, in denen zwei oder mehr unterschiedliche Isocyanate (z. B. Gemische aus MDI und TDI) in der Herstellung des Polyurethanprodukts eingesetzt wurden, es sei denn, etwas anderes wird ausdrücklich zum Ausdruck gebracht, etwa durch die Formulierung „genau ein Isocyanat“. Die Gesamtheit aller in der Herstellung des Polyurethanprodukts eingesetzten Isocyanate wird als Isocyanatkomponente (des Polyurethanprodukts) bezeichnet. Die Isocyanatkomponente umfasst mindestens ein Isocyanat. Analog wird Gesamtheit aller in der Herstellung des Polyurethanprodukts eingesetzten Polyole als Polyol komponente (des Polyurethanprodukts) bezeichnet. Die Polyolkomponente umfasst mindestens ein Polyol. 1.6-hexamethylenediamine, HDA), isophorone diisocyanate (IPDI; can be prepared and preferably prepared from isophoronediamine, IPDA) and xylylene diisocyanate (XDI; can be prepared and preferably prepared from xylylenediamine, XDA). The expression "an isocyanate" of course also includes embodiments in which two or more different isocyanates (e.g. mixtures of MDI and TDI) were used in the preparation of the polyurethane product, unless expressly stated otherwise, e.g by the formulation "exactly one isocyanate". The entirety of all isocyanates used in the manufacture of the polyurethane product is referred to as the isocyanate component (of the polyurethane product). The isocyanate component includes at least one isocyanate. Analogously, the entirety of all polyols used in the manufacture of the polyurethane product is referred to as the polyol component (of the polyurethane product). The polyol component includes at least one polyol.
In der Terminologie der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Polyole alle dem Fachmann im Zusammenhang mit der Polyurethanchemie bekannten Polyole wie insbesondere Polyetherpolyole, Polyesterpolyole, Polyetherester-Polyole und Polyethercarbonatpolyole. Der Ausdruck „ein Polyol“ umfasst selbstverständlich auch Ausführungsformen, in denen zwei oder mehr unterschiedliche Polyole in der Herstellung des Polyurethanprodukts eingesetzt wurden. Wird daher im Folgenden beispielsweise von „einem Polyetherpolyol“ (oder „einem Polyesterpolyol“ usw.) gesprochen, so umfasst diese Terminologie selbstverständlich auch Ausführungsformen, in denen zwei oder mehr verschiedene Polyetherpolyole (oder zwei oder mehr verschiedene Polyesterpolyole usw.) in der Herstellung des Polyurethanprodukts eingesetzt wurden. In the terminology of the present invention, the term polyols includes all polyols known to those skilled in the art in connection with polyurethane chemistry, such as in particular polyether polyols, polyester polyols, polyether ester polyols and polyether carbonate polyols. Of course, the expression "a polyol" also encompasses embodiments in which two or more different polyols were used in the production of the polyurethane product. If, for example, "a polyether polyol" (or "a polyester polyol" etc.) is mentioned below, this terminology naturally also includes embodiments in which two or more different polyether polyols (or two or more different polyester polyols etc.) are used in the production of the Polyurethane product were used.
Als Carbamate werden in der Terminologie der vorliegenden Erfindung die durch die Reaktion mit dem Alkohol in Schritt (B) gebildeten Urethane bezeichnet. In the terminology of the present invention, carbamates refer to the urethanes formed by the reaction with the alcohol in step (B).
Ein zu einem Isocyanat korrespondierendes Amin bezeichnet dasjenige Amin, durch dessen Phosgenierung das Isocyanat gemäß R-NH2 + COC/2 -> R-N=C=O + 2 HCl erhalten werden kann. Analog dazu bezeichnet eine zu einem Amin korrespondierende Nitroverbindung diejenige Nitroverbindung, durch deren Reduktion gemäß R-NO2 + 3 H2 ->R-NH2 + 2 H2O das Amin erhalten werden kann. An amine corresponding to an isocyanate designates that amine through whose phosgenation the isocyanate can be obtained according to R-NH2+COC/2->R-N=C=O+2HCl. Analogously, a nitro compound corresponding to an amine designates that nitro compound by reduction of which according to R-NO2+3H2->R-NH2+2H2O the amine can be obtained.
Sämtliche Druckangaben beziehen sich auf absolute Drücke, angezeigt durch ein der Druckeinheit nachgestelltes „abs.“ (z. B. „mbar(abs)“). All pressure specifications refer to absolute pressures, indicated by the pressure unit being followed by "abs." (e.g. "mbar(abs)").
Die Erfindung ist demnach mit dem Recycling solcher Polyurethanschäume befasst, deren Zellstruktur Sauerstoff, (mindestens) ein Treibmittel, und/oder (mindestens) ein (flüchtiges oder unter Bildung flüchtiger Produkte zersetzbares) Desinfektionsmittel, also einen, mehrere oder alle der genannten flüchtigen Begleitstoffe enthält, wobei Sauerstoff jedoch stets zugegen ist. In der Terminologie der vorliegenden Erfindung wird der Begriff „Komponente X“ als Summenbezeichnung für alle vorhandenen flüchtigen Begleitstoffe in diesem Sinne verwendet. The invention is therefore concerned with the recycling of polyurethane foams whose cell structure contains oxygen, (at least) one blowing agent and/or (at least) one (volatile or decomposable to form volatile products) disinfectant, i.e. one, several or all of the volatile accompanying substances mentioned , but oxygen is always present. In the terminology of the present invention, the term “component X” is used in this sense as a collective designation for all volatile accompanying substances present.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird mindestens der vorhandene Sauerstoff (gleich welchen Ursprungs) zumindest im Wesentlichen vollständig entfernt. Vorzugsweise werden alle Bestandteile der Komponente X bzw. gasförmige Zersetzungsprodukte derselben zumindest im Wesentlichen vollständig entfernt. Hierzu stellt die Erfindung zwei alternative Lösungen bereit, wie im Folgenden noch näher erläutert wird. Allen gemeinsam ist, dass in (B)(1)(a) Sauerstoff, bevorzugt alle Bestandteile der Komponente X bzw. gasförmige Zersetzungsprodukte derselben „bei einem Druck von maximal 960 mbapabs und einer Temperatur von maximal 120 °C gasförmig [...] abgeführt werden“. Dies bedeutet, dass mindestens der vorhandene Sauerstoff, bevorzugt jedoch auch das Treibmittel und das Desinfektionsmittel, insofern diese vorhanden sind (es ist nicht zwingend, dass alle der genannten flüchtigen Begleitstoffe vorhanden sind; beispielsweise ist eine Desinfektion des Polyurethanschaums nicht in allen Fällen erforderlich), zumindest im Wesentlichen vollständig aus dem Polyurethanschaum entfernt werden, bevor die eigentliche Chemolysereaktion beginnt. The method according to the invention removes at least the oxygen present (irrespective of its origin) at least essentially completely. All constituents of component X or gaseous decomposition products thereof are preferably at least essentially completely removed. To this end, the invention provides two alternative solutions, as will be explained in more detail below. What they all have in common is that in (B)(1)(a) oxygen, preferably all components of component X or gaseous decomposition products thereof, “gaseous at a maximum pressure of 960 mbapabs and a maximum temperature of 120 °C [...] be taken away". This means that at least the oxygen present, but preferably also the propellant and the Disinfectants, insofar as they are present (it is not mandatory that all of the volatile accompanying substances mentioned are present; for example, disinfection of the polyurethane foam is not necessary in all cases), are at least essentially completely removed from the polyurethane foam before the actual chemolysis reaction begins.
Die erste alternative Lösung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, das das Abführen der flüchtigen Begleitstoffe im Wesentlichen durch eine starke Druckverminderung gefolgt von einer Druckerhöhung bewirkt wird. Hierzu wird der Polyurethanschaum zur Durchführung des Entgasens in (B.l) The first alternative solution is characterized in particular by the fact that the removal of the volatile accompanying substances is essentially effected by a strong pressure reduction followed by a pressure increase. For this purpose, the polyurethane foam is used to carry out the degassing in (B.l)
(1) in einem ersten Schritt bei einer ersten Temperatur (T1) im Bereich von -20 °C bis 120 °C einem ersten Druck (p1) im Bereich von 0,1 mbar(abs) bis 100 mbar(abs) ausgesetzt (wobei insbesondere der erste Druck so auf die erste Temperatur abgestimmt wird, dass alle in (B)(1)(a) abzuführenden Bestandteile der Komponente X, die nicht wie Sauerstoff ohnehin gasförmig vorliegen, in die Gasphase übergehen bzw. sich unter Ausbildung gasförmiger Produkte zersetzen), und (1) in a first step at a first temperature (T1) in the range from -20 °C to 120 °C a first pressure (p1) in the range from 0.1 mbar(abs) to 100 mbar(abs) exposed (wherein in particular the first pressure is matched to the first temperature in such a way that all components of component X to be removed in (B)(1)(a) which are not in gaseous form like oxygen anyway, pass into the gas phase or decompose with the formation of gaseous products ), and
(2) in einem zweiten Schritt durch Zufuhr eines Inertgases einem zweiten Druck (p2) ausgesetzt, der größer als der erste Druck ist und maximal 2,0 bar(abs ) beträgt.(2) exposed in a second step to a second pressure (p2) by supplying an inert gas, which is greater than the first pressure and amounts to a maximum of 2.0 bar(abs).
Ein „entgaster Polyurethanschaum (2)“ bezeichnet also in diesem Zusammenhang einen Polyurethanschaum, der von flüchtigen Begleitstoffen der genannten Art befreit und mit einem Inertgas gesättigt wurde. In this context, a “degassed polyurethane foam (2)” refers to a polyurethane foam that has been freed from volatile accompanying substances of the type mentioned and saturated with an inert gas.
Die zweite alternative Lösung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, das das Abführen der flüchtigen Begleitstoffe im Wesentlichen durch eine mechanische Kompression des Polyurethanschaums bewirkt wird (die flüchtigen Begleitstoffe werden aus der Zellstruktur des Polyurethanschaumes heraus- und in einen Bereich reduzierten Drucks hineingedrückt). Hierzu wird der Polyurethanschaum zur Durchführung des Entgasens in (B.l) The second alternative solution is characterized in particular by the fact that the volatile accompanying substances are essentially removed by mechanical compression of the polyurethane foam (the volatile accompanying substances are pressed out of the cell structure of the polyurethane foam and into an area of reduced pressure). For this purpose, the polyurethane foam is used to carry out the degassing in (B.l)
(1) in einem ersten Schritt bei einer ersten Temperatur (T1) im Bereich von -20 °C bis 120 °C und einem ersten Druck (p1) im Bereich von 0,1 mbar(abs) bis 960 mbar(abs), insbesondere 100 mbar(abs) bis 960 mbar(abs), zu einer in der Eintragseinrichtung angeordneten Einrichtung zur mechanischen Kompression gefördert (wobei insbesondere der erste Druck so auf die erste Temperatur abgestimmt wird, dass alle in (B)(1)(a) abzuführenden Bestandteile der Komponente X, die nicht wie Sauerstoff ohnehin gasförmig vorliegen, in die Gasphase übergehen bzw. sich unter Ausbildung gasförmiger Produkte zersetzen), wobei die Gasabführeinrichtung der Einrichtung zur mechanischen Kompression vorgeschaltet ist, und (1) in a first step at a first temperature (T1) in the range from -20 °C to 120 °C and a first pressure (p1) in the range from 0.1 mbar(abs) to 960 mbar(abs), in particular 100 mbar(abs) to 960 mbar(abs), to a device for mechanical compression arranged in the entry device (wherein in particular the first pressure is matched to the first temperature such that all in (B)(1)(a) to be discharged Constituents of component X, which are not present in gaseous form like oxygen, pass into the gaseous phase or submerge decompose the formation of gaseous products), the gas removal device being arranged upstream of the device for mechanical compression, and
(2) in einem zweiten Schritt in der Einrichtung zur mechanischen Kompression bei einem zweiten Druck (p2) im Bereich von 5 bar(abs) bis 200 bar(abs) komprimiert (hierbei werden die flüchtigen Begleitstoffe aus der Zellstruktur heraus- und in den vor der Einrichtung zur mechanischen Kompression gelegenen Bereich der Eintragseinrichtung hineingedrückt und dort dann über die Gasabführeinrichtung abgeführt). (2) in a second step in the device for mechanical compression at a second pressure (p2) in the range of 5 bar(abs) to 200 bar(abs) compressed (here the volatile accompanying substances are removed from the cell structure and into the pre the area of the entry device located in the device for mechanical compression and then discharged there via the gas discharge device).
Ein „entgaster Polyurethanschaum (2)“ bezeichnet also in diesem Zusammenhang einen Polyurethanschaum, der von flüchtigen Begleitstoffen der genannten Art befreit und komprimiert wurde (und in komprimierter Form der in einer Inertgasatmosphäre durchgeführten Chemolyse zugeführt wird). In this context, a “degassed polyurethane foam (2)” refers to a polyurethane foam that has been freed from volatile accompanying substances of the type mentioned and compressed (and is fed in compressed form to the chemolysis carried out in an inert gas atmosphere).
Die beigefügten Zeichnungen zeigen konkrete Realisierungsmöglichkeiten dieser beiden alternativen Lösungen: The attached drawings show concrete realization possibilities of these two alternative solutions:
FIG. 1 zeigt eine erste Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung einer flexiblen Auskleidung aus beispielsweise Polyethylen (erste alternative Lösung), FIG. 1 shows a first variant of the method according to the invention using a flexible lining made of, for example, polyethylene (first alternative solution),
FIG. 2a, b zeigen eine zweite Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens unterFIG. 2a, b show a second variant of the method according to the invention
Verwendung eines Schleusensystems (erste alternative Lösung),Use of a lock system (first alternative solution),
FIG. 3 zeigt eine dritte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens unterFIG. 3 shows a third variant of the method according to the invention
Verwendung einer Einrichtung zur mechanischen Zerkleinerung (erste alternative Lösung) und Use of a mechanical crushing device (first alternative solution) and
FIG. 4 zeigt eine vierte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung einer Einrichtung zur mechanischen Kompression (zweite alternative Lösung). FIG. 4 shows a fourth variant of the method according to the invention using a device for mechanical compression (second alternative solution).
Es folgt zunächst eine Kurzzusammenfassung verschiedener möglicher Ausführungsformen der Erfindung. First, a brief summary of various possible embodiments of the invention follows.
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung, die einer ersten Variante entspricht und zur ersten alternativen Lösung gehört, ist der Behälter und/oder die Eintragseinrichtung innen mit einer flexiblen Auskleidung versehen, die im ersten Schritt durch Einstellung des ersten Drucks zusammengezogen wird und so den Polyurethanschaum zusammendrückt, und die im zweiten Schritt durch Zufuhr eines Inertgases zur Einstellung des zweiten Drucks wieder ausgedehnt wird. In a first embodiment of the invention, which corresponds to a first variant and belongs to the first alternative solution, the container and/or the infeed device is provided internally with a flexible lining which, in the first step, is adjusted by adjusting the first Pressure is contracted and so compresses the polyurethane foam, and is expanded again in the second step by supplying an inert gas to set the second pressure.
In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die eine besondere Ausgestaltung der ersten Ausführungsform ist und mit allen anderen Ausführungsformen der ersten Variante kombiniert werden kann, ist die flexible Auskleidung eine Folie aus Polyethylen, Polypropylen, Aluminium, Polyvinylchlorid, Polyetheretherketon, Polystyrol, Polycarbonat, Polyester, Polyethylenterephthalat oder einem Verbund der vorgenannten Materialien. In a second embodiment of the invention, which is a special configuration of the first embodiment and can be combined with all other embodiments of the first variant, the flexible lining is a film made of polyethylene, polypropylene, aluminum, polyvinyl chloride, polyetheretherketone, polystyrene, polycarbonate, polyester, Polyethylene terephthalate or a composite of the aforementioned materials.
In einer dritten Ausführungsform der Erfindung, die eine besondere Ausgestaltung der ersten Ausführungsform ist und mit allen anderen Ausführungsformen der ersten Variante kombiniert werden kann, werden der erste und der zweite Schritt mehrmals wiederholt, insbesondere 2-mal bis 5-mal. In a third embodiment of the invention, which is a special configuration of the first embodiment and can be combined with all other embodiments of the first variant, the first and the second step are repeated several times, in particular 2 to 5 times.
In einer vierten Ausführungsform der Erfindung, die eine besondere Ausgestaltung der ersten Ausführungsform ist und mit allen anderen Ausführungsformen der ersten Variante kombiniert werden kann, beträgt der zweite Druck maximal 1 ,8 bar(abs) und ist insbesondere gleich dem Umgebungsdruck. In a fourth embodiment of the invention, which is a special configuration of the first embodiment and can be combined with all other embodiments of the first variant, the second pressure is a maximum of 1.8 bar(abs) and is in particular equal to the ambient pressure.
In einer fünften Ausführungsform der Erfindung, die eine besondere Ausgestaltung der ersten Ausführungsform ist und mit allen anderen Ausführungsformen der ersten Variante kombiniert werden kann, liegt die erste Temperatur im Bereich von 0 °C bis 80 °C, bevorzugt von 16 °C bis 80 °C. In a fifth embodiment of the invention, which is a special configuration of the first embodiment and can be combined with all other embodiments of the first variant, the first temperature is in the range from 0° C. to 80° C., preferably from 16° C. to 80° C
In einer sechsten Ausführungsform der Erfindung, die eine besondere Ausgestaltung der ersten Ausführungsform ist und mit allen anderen Ausführungsformen der ersten Variante kombiniert werden kann, wird der zweite Schritt bei einer zweiten Temperatur (T2) durchgeführt, welche im Bereich von -20 °C bis 120 °C, bevorzugt 0 °C bis 80 °C, besonders bevorzugt 16 °C bis 80 °C, liegt und insbesondere der ersten Temperatur entspricht (d. h. es wird keine gezielte Änderung der Temperatur beim Übergang vom ersten zum zweiten Schritt vorgenommen). In a sixth embodiment of the invention, which is a special configuration of the first embodiment and can be combined with all other embodiments of the first variant, the second step is carried out at a second temperature (T2), which is in the range from -20 °C to 120 °C, preferably 0 °C to 80 °C, particularly preferably 16 °C to 80 °C, and in particular corresponds to the first temperature (i.e. there is no specific change in temperature during the transition from the first to the second step).
In einer siebten Ausführungsform der Erfindung, die einer zweiten Variante entspricht und ebenfalls zur ersten alternativen Lösung gehört, verfügt die Eintragseinrichtung über einen ersten (dem Chemolysereaktor vorgeschalteten) Schleusenbereich, aufweisend eine absperrbare Zuführeinrichtung für den in Schritt (A) bereitgestellten Polyurethanschaum und eine absperrbare Abführeinrichtung für den entgasten Polyurethanschaum, wobei in Schritt (B.l) die folgenden Schritte durchlaufen werden: (B.I.I.a) Absperren der Abführeinrichtung des ersten Schleusenbereichs, Einträgen von Polyurethanschaum in den ersten Schleusenbereich und Absperren der Zuführeinrichtung des ersten Schleusenbereichs; In a seventh embodiment of the invention, which corresponds to a second variant and also belongs to the first alternative solution, the entry device has a first lock area (upstream of the chemolysis reactor) having a lockable feed device for the polyurethane foam provided in step (A) and a lockable discharge device for the degassed polyurethane foam, the following steps being run through in step (B1): (BIIa) blocking off the discharge device of the first lock area, introducing polyurethane foam into the first lock area and blocking off the feed device of the first lock area;
(B.l.2.a) Durchführung des ersten Schritts von (B.l) im ersten Schleusenbereich;(B.l.2.a) Carrying out the first step of (B.l) in the first lock area;
(B.l.3.a) Durchführung des zweiten Schritts von (B.l) im ersten Schleusenbereich durch Zufuhr des Inertgases unter Erhalt entgasten Polyurethanschaums;(B.l.3.a) Carrying out the second step of (B.l) in the first lock region by supplying the inert gas to obtain degassed polyurethane foam;
(B.l.4.a) Überführen des in (B.l.3.a) erhaltenen entgasten Polyurethanschaums in den Chemolysereaktor. (B.l.4.a) Transferring the degassed polyurethane foam obtained in (B.l.3.a) into the chemolysis reactor.
In einer achten Ausführungsform der Erfindung, die eine besondere Ausgestaltung der siebten Ausführungsform ist und mit allen anderen Ausführungsformen der zweiten Variante kombiniert werden kann, verfügt die Eintragseinrichtung zusätzlich zum ersten Schleusenbereich über einen zweiten Schleusenbereich, der eine absperrbare Zuführeinrichtung für den in Schritt (A) bereitgestellten Polyurethanschaum und eine absperrbare Abführeinrichtung für den entgasten Polyurethanschaum aufweist, wobei in Schritt (B.I.I .a) eine erste Teilmenge des Polyurethanschaums in den ersten Schleusenbereich eingeführt wird, sodass in Schritt (B.l.3a) eine erste Teilmenge des entgasten Polyurethanschaums erhalten wird, wobei in Schritt (B.l) zusätzlich die folgenden Schritte durchlaufen werden: In an eighth embodiment of the invention, which is a special configuration of the seventh embodiment and can be combined with all other embodiments of the second variant, the entry device has a second lock area in addition to the first lock area, which has a lockable feed device for the in step (A) provided polyurethane foam and a closable discharge device for the degassed polyurethane foam, wherein in step (B.I.I.a) a first subset of the polyurethane foam is introduced into the first lock area, so that in step (B.l.3a) a first subset of the degassed polyurethane foam is obtained, wherein in Step (B.l) the following steps are also run through:
(B.l.1.b) Absperren der Abführeinrichtung des zweiten Schleusenbereichs, Einträgen einer zweiten Teilmenge des Polyurethanschaums in den zweiten Schleusenbereich und Absperren der Zuführeinrichtung des zweiten Schleusenbereichs; (B.l.1.b) blocking off the discharge device of the second lock area, entering a second partial quantity of the polyurethane foam into the second lock area and blocking off the feed device of the second lock area;
(B.l.2.b) Durchführung des ersten Schrittes von (B.l) im zweiten Schleusenbereich;(B.l.2.b) Carrying out the first step of (B.l) in the second lock area;
(B.l.3.b) Durchführung des zweiten Schrittes von (B.l) im zweiten Schleusenbereich durch Zufuhr des Inertgases unter Erhalt einer zweiten Teilmenge des entgasten Polyurethanschaums; (B.l.3.b) Carrying out the second step of (B.l) in the second lock region by supplying the inert gas to obtain a second portion of the degassed polyurethane foam;
(B.l.4.b) Überführen der zweiten Teilmenge des entgasten Polyurethanschaums in den Chemolysereaktor; wobei die Schritte (B.I.I .a) bis (B.l.4.a) so auf die Schritte (B.I.I .b) bis (B.l.4.b) abgestimmt werden, dass kontinuierlich entgaster Polyurethanschaum in den Chemolysereaktor überführt wird. In einer neunten Ausführungsform der Erfindung, die eine besondere Ausgestaltung der siebten Ausführungsform ist und mit allen anderen Ausführungsformen der zweiten Variante kombiniert werden kann, liegt die erste Temperatur im Bereich von 0 °C bis 80 °C, bevorzugt 16 °C bis 80 °C. (Bl4.b) transferring the second portion of the degassed polyurethane foam to the chemolysis reactor; wherein steps (BII.a) to (Bl4.a) are matched to steps (BII.b) to (Bl4.b) in such a way that continuously degassed polyurethane foam is transferred to the chemolysis reactor. In a ninth embodiment of the invention, which is a special configuration of the seventh embodiment and can be combined with all other embodiments of the second variant, the first temperature is in the range from 0°C to 80°C, preferably 16°C to 80°C .
In einer zehnten Ausführungsform der Erfindung, die eine besondere Ausgestaltung der siebten Ausführungsform ist und mit allen anderen Ausführungsformen der zweiten Variante kombiniert werden kann, wird der Polyurethanschaum erst im Chemolysereaktor mit dem Chemolysereagenz in Kontakt gebracht. In a tenth embodiment of the invention, which is a special configuration of the seventh embodiment and can be combined with all other embodiments of the second variant, the polyurethane foam is only brought into contact with the chemolysis reagent in the chemolysis reactor.
In einer elften Ausführungsform der Erfindung, die eine besondere Ausgestaltung der siebten Ausführungsform ist und mit allen anderen Ausführungsformen der zweiten Variante kombiniert werden kann, wird der zweite Schritt bei einer zweiten Temperatur (T2) durchgeführt, welche im Bereich von -20 °C bis 120 °C, bevorzugt 0 °C bis 80 °C, besonders bevorzugt 16 °C bis 80 °C liegt und insbesondere der ersten Temperatur entspricht (d. h. es wird keine gezielte Änderung der Temperatur beim Übergang vom ersten zum zweiten Schritt vorgenommen). In an eleventh embodiment of the invention, which is a special configuration of the seventh embodiment and can be combined with all other embodiments of the second variant, the second step is carried out at a second temperature (T2), which is in the range from -20 °C to 120 °C, preferably 0 °C to 80 °C, particularly preferably 16 °C to 80 °C and in particular corresponds to the first temperature (i.e. there is no specific change in temperature during the transition from the first to the second step).
In einer zwölften Ausführungsform der Erfindung, die eine besondere Ausgestaltung der siebten Ausführungsform ist und mit allen anderen Ausführungsformen der zweiten Variante kombiniert werden kann, sofern diese nicht auf die Zugabe des Chemolysereagenz erst im Chemolysereaktor beschränkt sind, wird der Polyurethanschaum nach dem zweiten Schritt noch im ersten und/oder zweiten Schleusenbereich mit Chemolysereagenz (optional auch schon mit dem Katalysator) in Kontakt gebracht, insbesondere benetzt. In a twelfth embodiment of the invention, which is a special configuration of the seventh embodiment and can be combined with all other embodiments of the second variant, provided these are not limited to the addition of the chemolysis reagent in the chemolysis reactor, the polyurethane foam is still in the second step first and/or second lock area with chemolysis reagent (optionally already with the catalyst) brought into contact, in particular wetted.
In einer dreizehnten Ausführungsform der Erfindung, die eine besondere Ausgestaltung der zwölften Ausführungsform ist, weist das Chemolysereagenz beim Inkontaktbringen mit dem Polyurethanschaum im ersten und/oder zweiten Schleusenbereich eine Temperatur im Bereich von 120 °C bis 240 °C, insbesondere > 120 °C bis 240 °C, auf. In a thirteenth embodiment of the invention, which is a special configuration of the twelfth embodiment, the chemolysis reagent has a temperature in the range from 120° C. to 240° C., in particular > 120° C. to 240 °C, on.
In einer vierzehnten Ausführungsform der Erfindung, die eine besondere Ausgestaltung der siebten Ausführungsform ist und mit allen anderen Ausführungsformen der zweiten Variante kombiniert werden kann, beträgt der zweite Druck maximal 1 ,8 bar(abs) und ist insbesondere gleich Umgebungsdruck. In a fourteenth embodiment of the invention, which is a special configuration of the seventh embodiment and can be combined with all other embodiments of the second variant, the second pressure is a maximum of 1.8 bar(abs) and is in particular equal to the ambient pressure.
In einer fünfzehnten Ausführungsform der Erfindung, die einer dritten Variante entspricht und ebenfalls zur ersten alternativen Lösung gehört, wird der Polyurethanschaum während des ersten Schritts von (B.l) durch eine in einem ersten Teil der Eintragseinrichtung angeordnete Einrichtung zur mechanischen Zerkleinerung gefördert und zerkleinert, wobei der zweite Schritt derart durchgeführt wird, dass der nach der mechanischen Zerkleinerung vorliegende Polyurethanschaum durch einen zweiten, dem ersten nachgeschalteten, Teil der Eintragseinrichtung in eine Inertgasatmosphäre, die unter dem zweiten Druck steht, gefördert wird. In a fifteenth embodiment of the invention, which corresponds to a third variant and also belongs to the first alternative solution, during the first step of (Bl) the polyurethane foam is conveyed and crushed by a mechanical crushing device arranged in a first part of the feeding device, the second step is carried out in such a way that the present after the mechanical comminution polyurethane foam by a second, downstream of the first, part of Entry device is promoted in an inert gas atmosphere which is under the second pressure.
In einer sechzehnten Ausführungsform der Erfindung, die eine besondere Ausgestaltung der fünfzehnten Ausführungsform ist und mit allen anderen Ausführungsformen der dritten Variante kombiniert werden kann, wird die Förderung des Polyurethanschaums im ersten und zweiten Teil der Eintragseinrichtung mittels In a sixteenth embodiment of the invention, which is a special refinement of the fifteenth embodiment and can be combined with all other embodiments of the third variant, the polyurethane foam is conveyed in the first and second part of the entry device by means of
(mindestens) einer Schneckenwelle, (at least) one worm shaft,
(mindestens) eines Kolbens, (at least) one piston,
(mindestens) eines Förderbands, Vibration und/oder Schwerkraft vorgenommen. (at least) one conveyor belt, vibration and/or gravity.
In einer achtzehnten Ausführungsform der Erfindung, die eine besondere Ausgestaltung der fünfzehnten Ausführungsform ist und mit allen anderen Ausführungsformen der dritten Variante kombiniert werden kann, umfasst die Einrichtung zur mechanischen Zerkleinerung eine Schneidmühle, eine Messermühle, einen Prallbrecher und/oder eine Hammermühle.In an eighteenth embodiment of the invention, which is a special configuration of the fifteenth embodiment and can be combined with all other embodiments of the third variant, the device for mechanical comminution comprises a cutting mill, a knife mill, an impact crusher and/or a hammer mill.
In einer neunzehnten Ausführungsform der Erfindung, die eine besondere Ausgestaltung der achtzehnten Ausführungsform ist, umfasst die Einrichtung zur mechanischen Zerkleinerung einen Prallbrecher und/oder eine Hammermühle, wobei die erste Temperatur im Bereich von < 0 °C bis - 20 °C liegt. In a nineteenth embodiment of the invention, which is a special refinement of the eighteenth embodiment, the device for mechanical comminution comprises an impact crusher and/or a hammer mill, the first temperature being in the range from <0°C to -20°C.
In einer zwanzigsten Ausführungsform der Erfindung, die eine besondere Ausgestaltung der fünfzehnten Ausführungsform ist und mit allen anderen Ausführungsformen der dritten Variante außer der neunzehnten kombiniert werden kann, liegt die erste Temperatur im Bereich von 0 °C bis 80 °C, bevorzugt 16 °C bis 80 °C. In a twentieth embodiment of the invention, which is a special configuration of the fifteenth embodiment and can be combined with all other embodiments of the third variant except the nineteenth, the first temperature is in the range from 0 °C to 80 °C, preferably 16 °C to 80℃
In einer einundzwanzigsten Ausführungsform der Erfindung, die eine besondere Ausgestaltung der fünfzehnten Ausführungsform ist und mit allen anderen Ausführungsformen der dritten Variante kombiniert werden kann, wird der Polyurethanschaum erst im Chemolysereaktor mit Chemolysereagenz in Kontakt gebracht. In a twenty-first embodiment of the invention, which is a special configuration of the fifteenth embodiment and can be combined with all other embodiments of the third variant, the polyurethane foam is only brought into contact with chemolysis reagent in the chemolysis reactor.
In einer zweiundzwanzigsten Ausführungsform der Erfindung, die eine besondere Ausgestaltung der fünfzehnten Ausführungsform ist und mit allen anderen Ausführungsformen der dritten Variante kombiniert werden kann, wird der zweite Schritt bei einer zweiten Temperatur (T2) durchgeführt, welche im Bereich von -20 °C bis 120 °C, bevorzugt 0 °C bis 80 °C, besonders bevorzugt 16 °C bis 80 °C, liegt und insbesondere der ersten Temperatur entspricht (d. h. es wird keine gezielte Änderung der Temperatur beim Übergang vom ersten zum zweiten Schritt vorgenommen). In a twenty-second embodiment of the invention, which is a special configuration of the fifteenth embodiment and can be combined with all other embodiments of the third variant, the second step is carried out at a second temperature (T2), which is in the range from -20 °C to 120 °C, preferably 0 °C to 80 °C, particularly preferably 16 °C to 80 °C, and in particular the first temperature (ie there is no intentional change in temperature during the transition from the first to the second step).
In einer dreiundzwanzigsten Ausführungsform der Erfindung, die eine besondere Ausgestaltung der fünfzehnten Ausführungsform ist und mit allen anderen Ausführungsformen der dritten Variante kombiniert werden kann, sofern diese nicht auf die Zugabe des Chemolysereagenz erst im Chemolysereaktor beschränkt sind, wird der Polyurethanschaum nach dem zweiten Schritt noch im zweiten Teil der Eintragseinrichtung mit Chemolysereagenz (optional auch schon mit dem Katalysator) in Kontakt gebracht, insbesondere benetzt. In a twenty-third embodiment of the invention, which is a special configuration of the fifteenth embodiment and can be combined with all other embodiments of the third variant, provided these are not limited to the addition of the chemolysis reagent only in the chemolysis reactor, the polyurethane foam is still in the second step second part of the entry device with chemolysis reagent (optionally already with the catalyst) brought into contact, in particular wetted.
In einer vierundzwanzigsten Ausführungsform der Erfindung, die eine besondere Ausgestaltung der dreiundzwanzigsten Ausführungsform ist, weist das Chemolysereagenz beim Inkontaktbringen mit dem Polyurethanschaum im zweiten Teil der Eintragseinrichtung eine Temperatur im Bereich von 120 °C bis 240 °C, insbesondere > 120 °C bis 240 °C, auf.In a twenty-fourth embodiment of the invention, which is a special configuration of the twenty-third embodiment, the chemolysis reagent has a temperature in the range from 120 °C to 240 °C, in particular >120 °C to 240 °C, when brought into contact with the polyurethane foam in the second part of the entry device C, on.
In einer fünfundzwanzigsten Ausführungsform der Erfindung, die eine besondere Ausgestaltung der fünfzehnten Ausführungsform ist und mit allen anderen Ausführungsformen der dritten Variante kombiniert werden kann, beträgt der zweite Druck maximal 1 ,8 bar(abs ) und ist insbesondere gleich Umgebungsdruck. In a twenty-fifth embodiment of the invention, which is a special configuration of the fifteenth embodiment and can be combined with all other embodiments of the third variant, the second pressure is a maximum of 1.8 bar(abs) and is in particular equal to the ambient pressure.
In einer sechsundzwanzigsten Ausführungsform der Erfindung, die einer vierten Variante entspricht und eine besondere Ausgestaltung der zweiten alternativen Lösung ist und mit allen anderen Ausführungsformen der vierten Variante kombiniert werden kann, ist die Gasabführeinrichtung in der Eintragseinrichtung angeordnet. In a twenty-sixth embodiment of the invention, which corresponds to a fourth variant and is a special configuration of the second alternative solution and can be combined with all other embodiments of the fourth variant, the gas discharge device is arranged in the entry device.
In einer siebenundzwanzigsten Ausführungsform der Erfindung, die eine besondere Ausgestaltung der sechsundzwanzigsten Ausführungsform ist und mit allen anderen Ausführungsformen der vierten Variante kombiniert werden kann, umfasst die Einrichtung zur mechanischen Kompression einen Extruder (auch umfassend Mehrzonen-Schnecken sowie Ein- und Mehrwellenextruder), eine Walze oder einen Kolben. In a twenty-seventh embodiment of the invention, which is a special configuration of the twenty-sixth embodiment and can be combined with all other embodiments of the fourth variant, the device for mechanical compression comprises an extruder (also including multi-zone screws and single and multi-screw extruders), a roller or a flask.
In einer achtundzwanzigsten Ausführungsform der Erfindung, die eine besondere Ausgestaltung der sechsundzwanzigsten Ausführungsform ist und mit allen anderen Ausführungsformen der vierten Variante kombiniert werden kann, wird der Polyurethanschaum nach Durchlaufen der Einrichtung zur mechanischen Kompression (also nach dem zweiten Schritt) noch in der Eintragseinrichtung mit dem Chemolysereagenz in Kontakt gebracht, insbesondere benetzt. In a twenty-eighth embodiment of the invention, which is a special configuration of the twenty-sixth embodiment and can be combined with all other embodiments of the fourth variant, the polyurethane foam is still in the entry device with the Chemolysis reagent brought into contact, especially wetted.
In einer neunundzwanzigsten Ausführungsform der Erfindung, die eine besondere Ausgestaltung der achtundzwanzigsten Ausführungsform ist, weist das Chemolysereagenz beim Inkontaktbringen mit dem Polyurethanschaum in der Eintragseinrichtung eine Temperatur im Bereich im von 120 °C bis 240 °C auf. In a twenty-ninth embodiment of the invention, which is a particular refinement of the twenty-eighth embodiment, the chemolysis reagent when brought into contact with the polyurethane foam in the feed device, a temperature in the range from 120 °C to 240 °C.
In einer dreißigsten Ausführungsform der Erfindung, die eine besondere Ausgestaltung der sechsundzwanzigsten Ausführungsform ist und mit allen anderen Ausführungsformen der vierten Variante kombiniert werden kann, liegt die erste Temperatur im Bereich von 0 °C bis 80 °C, bevorzugt 16 °C bis 80 °C. In a thirtieth embodiment of the invention, which is a special configuration of the twenty-sixth embodiment and can be combined with all other embodiments of the fourth variant, the first temperature is in the range from 0°C to 80°C, preferably 16°C to 80°C .
In einer einunddreißigsten Ausführungsform der Erfindung, die eine besondere Ausgestaltung der sechsundzwanzigsten Ausführungsform ist und mit allen anderen Ausführungsformen der vierten Variante kombiniert werden kann, wird der zweite Schritt bei einer zweiten Temperatur (T2) durchgeführt, welche im Bereich von -20 °C bis 120 °C, bevorzugt 0 °C bis 80 °C, besonders bevorzugt 16 °C bis 80 °C, liegt und insbesondere der ersten Temperatur entspricht (d. h. es wird keine gezielte Änderung der Temperatur beim Übergang vom ersten zum zweiten Schritt vorgenommen). In a thirty-first embodiment of the invention, which is a special configuration of the twenty-sixth embodiment and can be combined with all other embodiments of the fourth variant, the second step is carried out at a second temperature (T2), which is in the range from -20 °C to 120 °C, preferably 0 °C to 80 °C, particularly preferably 16 °C to 80 °C, and in particular corresponds to the first temperature (i.e. there is no specific change in temperature during the transition from the first to the second step).
In einer zweiunddreißigsten Ausführungsform der Erfindung, die mit allen Ausführungsformen aller vier Varianten kombiniert werden kann, wird Schritt (B.ll) bei einer Temperatur Bereich von 140 °C bis 240 °C, bevorzugt 160 °C bis 240 °C, besonders bevorzugt 180 °C bis 220 °C, durchgeführt. In a thirty-second embodiment of the invention, which can be combined with all embodiments of all four variants, step (B.ll) is carried out at a temperature in the range from 140° C. to 240° C., preferably from 160° C. to 240° C., particularly preferably 180 °C to 220 °C.
In einer dreiunddreißigsten Ausführungsform der Erfindung, die mit allen Ausführungsformen aller vier Varianten kombiniert werden kann, wird Schritt (B.ll) bei einem Druck im Bereich von > 960 mbar(abs) bis 1 ,8 bar(abs), insbesondere bei Umgebungsdruck, durchgeführt. In a thirty-third embodiment of the invention, which can be combined with all embodiments of all four variants, step (B.II) is carried out at a pressure in the range from >960 mbar(abs) to 1.8 bar(abs), in particular at ambient pressure. carried out.
In einer vierunddreißigsten Ausführungsform der Erfindung, die mit allen Ausführungsformen aller vier Varianten kombiniert werden kann, enthält die Komponente X mindestens einen Bestandteil, der unter Standardbedingungen (d. h. bei einer Temperatur von 0 °C und einem Druck von 1 ,000 bar(abs)) flüssig ist, wobei die erste Temperatur mindestens 16 °C beträgt. In a thirty-fourth embodiment of the invention, which can be combined with all embodiments of all four variants, component X contains at least one component which, under standard conditions (i.e. at a temperature of 0° C. and a pressure of 1,000 bar(abs)) is liquid, the first temperature being at least 16°C.
In einer fünfunddreißigsten Ausführungsform der Erfindung, die mit allen Ausführungsformen aller vier Varianten kombiniert werden kann, umfasst (insbesondere ist) das Treibmittel Pentan, einen Fluorchlorkohlenwasserstoff, Dichlormethan oder eine Mischung von zwei oder mehr der vorgenannten Treibmittel; und umfasst (insbesondere ist) das Desinfektionsmittel Wasserstoffperoxid, Chlordioxid,In a thirty-fifth embodiment of the invention, which can be combined with all embodiments of all four variants, the blowing agent comprises (in particular is) pentane, a chlorofluorocarbon, dichloromethane or a mixture of two or more of the aforementioned blowing agents; and includes (particularly is) the disinfectant hydrogen peroxide, chlorine dioxide,
Formaldehyd, Peressigsäure, ein Alkalimetallhypochlorit (insbesondere Natriumhypochlorit), Ethanol, Isopropanol, 1 -Propanol oder eine Mischung von zwei oder mehr der vorgenannten Desinfektionsmittel. Formaldehyde, peracetic acid, an alkali metal hypochlorite (especially sodium hypochlorite), ethanol, isopropanol, 1-propanol or a mixture of two or more of the aforementioned disinfectants.
In einer sechsunddreißigsten Ausführungsform der Erfindung, die mit allen Ausführungsformen aller vier Varianten kombiniert werden kann, enthält die Isocyanatkomponente ein Isocyanat ausgewählt aus Toluylendiisocyanat (TDI), den Di- und Polyisocyanaten der Diphenylmethanreihe (MDI), 1,5-Pentandiisocyanat (PDI), 1 ,6-Hexamethylendiisocyanat (HDI), Isophorondiisocyanat (IPDI), Xylylendiisocyanat (XDI) oder einer Mischung von zwei oder mehr der vorgenannten Isocyanate. Besonders bevorzugt sind Polyurethanschäume, die hinsichtlich der Isocyanatkomponente auf einer Mischung aus TDI und MDI basieren. Ganz besonders bevorzugt sind Polyurethanprodukte, die hinsichtlich der Isocyanatkomponente nur auf TDI basieren. In a thirty-sixth embodiment of the invention, which can be combined with all embodiments of all four variants, the isocyanate component contains an isocyanate selected from tolylene diisocyanate (TDI), the di- and polyisocyanates of the diphenylmethane series (MDI), 1,5-pentane diisocyanate (PDI), 1,6-hexamethylene diisocyanate (HDI), isophorone diisocyanate (IPDI), xylylene diisocyanate (XDI) or a mixture of two or more of the aforementioned isocyanates. Particular preference is given to polyurethane foams which, with regard to the isocyanate component, are based on a mixture of TDI and MDI. Very particular preference is given to polyurethane products which, with regard to the isocyanate component, are based only on TDI.
In einer siebenunddreißigsten Ausführungsform der Erfindung, die mit allen Ausführungsformen aller vier Varianten kombiniert werden kann, enthält die Polyolkomponente ein Polyol ausgewählt aus einem Polyetherpolyol, einem Polyesterpolyol, einem Polyetherester-Polyol, einem Polyethercarbonatpolyol oder einer Mischung von zwei oder mehr der vorgenannten Polyole. Bevorzugt enthält die Polyolkomponente ein Polyetherpolyol. Besonders bevorzugt ist die Polyolkomponente ein Polyetherpolyol (d. h. enthält keine weiteren von Polyetherpolyolen verschiedenen Polyole; wobei jedoch eine Mischung von zwei oder mehr unterschiedlichen Polyetherpolyolen umfasst ist und den Rahmen dieser Ausführungsform nicht verlässt). In a thirty-seventh embodiment of the invention, which can be combined with all embodiments of all four variants, the polyol component contains a polyol selected from a polyether polyol, a polyester polyol, a polyether ester polyol, a polyether carbonate polyol or a mixture of two or more of the aforementioned polyols. The polyol component preferably contains a polyether polyol. More preferably, the polyol component is a polyether polyol (i.e., does not contain any other polyols other than polyether polyols; however, a mixture of two or more different polyether polyols is encompassed and does not depart from the scope of this embodiment).
In einer achtunddreißigsten Ausführungsform der Erfindung, die mit allen Ausführungsformen aller vier Varianten kombiniert werden kann, enthält die Isocyanatkomponente Toluylendiisocyanat (TDI) und Di- und Polyisocyanate der Diphenylmethanreihe (MDI) (insbesondere nur TDI), und die Polyolkomponente enthält ein Polyetherpolyol (und ist insbesondere ein Polyetherpolyol, d. h. sie enthält keine weiteren von Polyetherpolyolen verschiedenen Polyole, wobei jedoch eine Mischung von zwei oder mehr unterschiedlichen Polyetherpolyolen umfasst ist und den Rahmen dieser Ausführungsform nicht verlässt). In a thirty-eighth embodiment of the invention, which can be combined with all embodiments of all four variants, the isocyanate component contains toluylene diisocyanate (TDI) and di- and polyisocyanates of the diphenylmethane series (MDI) (in particular only TDI), and the polyol component contains a polyether polyol (and is in particular a polyether polyol, i.e. it does not contain any other polyols different from polyether polyols, but a mixture of two or more different polyether polyols is included and does not go beyond the scope of this embodiment).
In einer neununddreißigsten Ausführungsform der Erfindung, die mit allen Ausführungsformen aller vier Varianten kombiniert werden kann, umfasst das Chemolysereagenz einen Alkohol ausgewählt aus Ethylenglykol, Diethylenglykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol, Methylglykol, Triethylenglykol, Glycerin, 2-Methyl-1 ,3- Propandiol oder einer Mischung von zwei oder mehr der vorgenannten Alkohole. In a thirty-ninth embodiment of the invention, which can be combined with all embodiments of all four variants, the chemolysis reagent comprises an alcohol selected from ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, methyl glycol, triethylene glycol, glycerol, 2-methyl-1,3-propanediol or one Mixture of two or more of the aforesaid alcohols.
In einer vierzigsten Ausführungsform der Erfindung, die eine besondere Ausgestaltung der zweiundvierzigsten Ausführungsform ist, umfasst das Chemolysereagenz Wasser. In einer einundvierzigsten Ausführungsform der Erfindung, die mit allen Ausführungsformen aller vier Varianten kombiniert werden kann, ist der Katalysator ausgewählt aus einem Alkalimetallhydroxid, einem Erdalkalimetallhydroxid, einem Alkalimetallsalz einer Carbonsäure (insbesondere ein Acetat), einem Erdalkalimetallsalz einer Carbonsäure (insbesondere ein Acetat), einer Lewis-Säure (insbesondere Dibutylzinndilaurat, Zinnoctoat, Monobutyl-Zinnoxid oder Tetrabutyl-Titanat) und/oder einem organischen Amin (insbesondere Diethanolamin, 1 ,1 , 3, 3 Tetramethylguanidin, 1 ,8-Diaza-bicyclo(5.4.0)undec-7- en oder 1 ,4-diazabicyclo[2.2.2]octan). In a fortieth embodiment of the invention, which is a particular aspect of the forty-second embodiment, the chemolysis reagent comprises water. In a forty-first embodiment of the invention, which can be combined with all embodiments of all four variants, the catalyst is selected from an alkali metal hydroxide, an alkaline earth metal hydroxide, an alkali metal salt of a carboxylic acid (especially an acetate), an alkaline earth metal salt of a carboxylic acid (especially an acetate), a Lewis acid (especially dibutyltin dilaurate, tin octoate, monobutyltin oxide or tetrabutyl titanate) and/or an organic amine (especially diethanolamine, 1,1,3,3-tetramethylguanidine, 1,8-diazabicyclo(5.4.0)undec- 7-ene or 1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane).
In einer zweiundvierzigsten Ausführungsform der Erfindung, die mit allen Ausführungsformen aller vier Varianten kombiniert werden kann, weist das Chemolysereagenz beim Inkontaktbringen mit dem Polyurethanschaum eine Temperatur im Bereich von 120 °C bis 240 °C, insbesondere > 120 °C bis 240 °C, auf. In a forty-second embodiment of the invention, which can be combined with all embodiments of all four variants, the chemolysis reagent has a temperature in the range from 120° C. to 240° C., in particular >120° C. to 240° C., when brought into contact with the polyurethane foam .
Die zuvor kurz geschilderten und weitere mögliche Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden näher erläutert. Dabei können alle Ausführungsformen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung beliebig miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes gesagt wird oder sich aus dem Zusammenhang eindeutig ergibt. The embodiments of the invention briefly described above and other possible embodiments are explained in more detail below. All of the embodiments and further configurations of the invention can be combined with one another as desired, unless otherwise stated or clearly evident from the context.
BEREITSTELLUNG DES POLYURETHANSCHAUMS ZUM CHEMISCHEN RECYCLING PREPARATION OF THE POLYURETHANE FOAM FOR CHEMICAL RECYCLING
In Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der chemisch zu recycelnde Polyurethanschaum bereitgestellt. In step (A) of the method according to the invention, the polyurethane foam to be chemically recycled is provided.
Dabei kann es sich grundsätzlich um jede Art von Polyurethanschaum handeln, insbesondere kommen sowohl Weichschäume als auch Hartschäume in Frage, wobei Weichschäume (beispielsweise aus alten Matratzen, Polstermöbeln oder Autositzen) bevorzugt sind. Derartige Polyurethanschäume werden unter Einsatz eines Treibmittels hergestellt. Abgesehen von wassergetriebenen Schäumen (bei denen durch Hydrolyse in situ Kohlenstoffdioxid freigesetzt wird) ist heutzutage insbesondere Pentan als gebräuchliches Treibmittel zu nennen. Beim Recycling alter Polyurethanschäume ist es denkbar, dass ebenfalls die früher als Treibmittel gebräuchlichen Fluorchlorkohlenwasserstoffe zum Einsatz kamen. Ein weiteres denkbares Treibmittel ist Dichlormethan. In principle, this can be any type of polyurethane foam; in particular, both flexible foams and rigid foams are suitable, with flexible foams (for example from old mattresses, upholstered furniture or car seats) being preferred. Such polyurethane foams are produced using a blowing agent. Apart from water-blown foams (in which carbon dioxide is released by hydrolysis in situ), pentane is a particularly common blowing agent nowadays. When recycling old polyurethane foams, it is conceivable that chlorofluorocarbons, which were previously used as blowing agents, were also used. Another conceivable blowing agent is dichloromethane.
Weiterhin sind solche Polyurethanschäume bevorzugt, die hinsichtlich der Isocyanatkomponente auf einem Isocyanat ausgewählt aus Toluylendiisocyanat (TDI), den Di- und Polyisocyanaten der Diphenylmethanreihe (MDI), 1 ,5-Pentandiisocyanat (PDI), 1 ,6-Hexamethylendiisocyanat (HDI), Isophorondiisocyanat (IPDI), Xylylendiisocyanat (XDI) oder Mischungen von zwei oder mehr der vorgenannten Isocyanate basieren. Besonders bevorzugt sind Polyurethanschäume, die hinsichtlich der Isocyanatkomponente auf einer Mischung aus TDI und MDI basieren. Ganz besonders bevorzugt sind Polyurethanprodukte, die hinsichtlich der Isocyanatkomponente nur auf TDI basieren. Furthermore, preference is given to those polyurethane foams which, with regard to the isocyanate component, are based on an isocyanate selected from tolylene diisocyanate (TDI), the di- and polyisocyanates of the diphenylmethane series (MDI), 1,5-pentane diisocyanate (PDI), 1,6-hexamethylene diisocyanate (HDI), isophorone diisocyanate (IPDI), xylylene diisocyanate (XDI) or mixtures of two or more of the aforementioned isocyanates. Particular preference is given to polyurethane foams which, with regard to the isocyanate component, are based on a mixture of TDI and MDI. Very particular preference is given to polyurethane products which, with regard to the isocyanate component, are based only on TDI.
Im Hinblick auf die Polyolkomponente sind solche Polyurethanschäume bevorzugt, die auf einem Polyol ausgewählt aus einem Polyetherpolyol, einem Polyesterpolyol, einem Polyetherester-Polyol, einem Polyethercarbonatpolyol oder einer Mischung von zwei oder mehr der vorgenannten Polyole basieren. Bevorzugt enthält die Polyolkomponente ein Polyetherpolyol. Besonders bevorzugt ist die Polyolkomponente ein Polyetherpolyol (d. h. enthält keine weiteren von Polyetherpolyolen verschiedenen Polyole; wobei jedoch eine Mischung von zwei oder mehr unterschiedlichen Polyetherpolyolen umfasst ist und den Rahmen dieser Ausführungsform nicht verlässt). With regard to the polyol component, preference is given to those polyurethane foams which are based on a polyol selected from a polyether polyol, a polyester polyol, a polyether ester polyol, a polyether carbonate polyol or a mixture of two or more of the aforementioned polyols. The polyol component preferably contains a polyether polyol. More preferably, the polyol component is a polyether polyol (i.e., does not contain any other polyols other than polyether polyols; however, a mixture of two or more different polyether polyols is encompassed and does not depart from the scope of this embodiment).
Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Polyurethanschaum um einen solchen Schaum, dessen Isocyanatkomponente Toluylendiisocyanat (TDI) und Di- und Polyisocyanate der Diphenylmethanreihe (MDI), insbesondere nur TDI, enthält, und dessen Polyolkomponente ein Polyetherpolyol enthält (und insbesondere ein Polyetherpolyol ist, d. h. keine weiteren von Polyetherpolyolen verschiedenen Polyole enthält, wobei jedoch eine Mischung von zwei oder mehr unterschiedlichen Polyetherpolyolen umfasst ist und den Rahmen dieser Ausführungsform nicht verlässt.) The polyurethane foam is very particularly preferably a foam whose isocyanate component contains toluylene diisocyanate (TDI) and di- and polyisocyanates of the diphenylmethane series (MDI), in particular only TDI, and whose polyol component contains a polyether polyol (and is in particular a polyether polyol i.e. does not contain any other polyols other than polyether polyols, although a mixture of two or more different polyether polyols is included and does not go beyond the scope of this embodiment.)
Bevorzugt umfasst bereits Schritt (A) vorbereitende Schritte für die Spaltung der Urethanbindungen in Schritt (B.ll). Dabei handelt es sich insbesondere um ein mechanisches Zerkleinern der Polyurethanschäume. Solche vorbereitenden Schritte sind dem Fachmann bekannt; es sei beispielsweise auf die in [1] zitierte Literatur verwiesen. Je nach Beschaffenheit des Polyurethanschaums kann es vorteilhaft sein, diesen vor der mechanischen Zerkleinerung „einzufrieren“, um den Zerkleinerungsvorgang zu erleichtern. Step (A) preferably already comprises preparatory steps for the cleavage of the urethane bonds in step (B.II). In particular, this involves mechanical comminution of the polyurethane foams. Such preparatory steps are known to those skilled in the art; reference is made, for example, to the literature cited in [1]. Depending on the nature of the polyurethane foam, it can be advantageous to "freeze" it before mechanical shredding to facilitate the shredding process.
Vor, während oder nach der mechanischen Zerkleinerung kann eine Behandlung des Polyurethanschaums mit (wässrigen oder alkoholischen) Desinfektionsmitteln erfolgen. Derartige Desinfektionsmittel sind bevorzugt Wasserstoffperoxid, Chlordioxid, Formaldehyd, Alkalimetallhypochlorite (insbesondere Natriumhypochlorit) und/oder Peressigsäure (wässrige Desinfektionsmittel) bzw. Ethanol, Isopropanol, und/oder 1 -Propanol (alkoholische Desinfektionsmittel). Insbesondere bei Durchführung einer solchen desinfizierenden Behandlung können die in der Zellstruktur enthaltenen Verbindungen auch solche umfassen, die unter Standardbedingungen, d. h. bei einer Temperatur von 0 °C und einem Druck von 1 ,000 bar(abs), flüssig sind. In diesem Fall ist es bevorzugt, als Mindestwert für die erste Temperatur einen Wert von 16 °C zu wählen. Der so vorbereitete Schaum wird schließlich in den mit den Eintragseinrichtung verbundenen Behälter (Bezugszeichen 100 in den Abbildungen) überführt. Bei diesem Behälter kann es sich um übliche in der Fachwelt bekannte Behälter handeln wie zum Beispiel Feststoffsilos oder Container. Before, during or after the mechanical comminution, the polyurethane foam can be treated with (aqueous or alcoholic) disinfectants. Such disinfectants are preferably hydrogen peroxide, chlorine dioxide, formaldehyde, alkali metal hypochlorites (in particular sodium hypochlorite) and/or peracetic acid (aqueous disinfectants) or ethanol, isopropanol and/or 1-propanol (alcoholic disinfectants). In particular when carrying out such a disinfecting treatment, the compounds contained in the cell structure can also include those which are liquid under standard conditions, ie at a temperature of 0° C. and a pressure of 1,000 bar(abs). In this case, it is preferable to select a value of 16° C. as the minimum value for the first temperature. The foam thus prepared is finally transferred to the container (reference number 100 in the figures) connected to the feeding device. This container can be a conventional container known in the art, such as solid silos or containers.
Es ist auch denkbar, die oben beschriebenen vorbereitenden Schritte an einem Ort durchzuführen, der von dem Ort der Chemolyse räumlich getrennt ist. In diesem Fall wird der vorbereitete Schaum in geeignete Transportfahrzeuge, zum Beispiel Silofahrzeuge, für den Weitertransport befüllt. Für den Weitertransport kann der vorbereitete Schaum zudem komprimiert werden, um ein höheres Masse-Volumen-Verhältnis zu erreichen. Am Ort des Chemolysereaktors wird dann der Schaum in den Behälter gefüllt. Es ist auch vorstellbar, das eingesetzte T ransportfahrzeug direkt mit der Eintragseinrichtung zu verbinden, in welchem Fall das Transportfahrzeug als Behälter im Sinne der Terminologie der vorliegenden Erfindung anzusehen ist. It is also conceivable to carry out the preparatory steps described above at a location which is spatially separate from the location of the chemolysis. In this case, the prepared foam is filled into suitable transport vehicles, such as silo vehicles, for onward transport. The prepared foam can also be compressed for onward transport in order to achieve a higher mass-to-volume ratio. The foam is then filled into the container at the site of the chemolysis reactor. It is also conceivable to connect the transport vehicle used directly to the infeed device, in which case the transport vehicle is to be regarded as a container within the meaning of the terminology of the present invention.
CHEMOLYSE DES POLYURETHANSCHAUMS CHEMOLYSIS OF POLYURETHANE FOAM
Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet die Chemolyse des in Schritt (A) bereitgestellten Polyurethanschaums. Dieser Schritt wird in einer Chemolysevorrichtung, dieStep (B) of the method according to the invention includes the chemolysis of the polyurethane foam provided in step (A). This step is performed in a chemolysis device, the
(i) eine Eintragseinrichtung (Bezugszeichen 200 in den Abbildungen), (i) an entry device (reference number 200 in the figures),
(ii) einen mit der Eintragseinrichtung verbundenen Chemolysereaktor (Bezugszeichen 300 in den Abbildungen), (ii) a chemolysis reactor (reference number 300 in the figures) connected to the feed device,
(iii) eine mit dem Chemolysereaktor verbundene Austragseinrichtung (Bezugszeichen 400 in den Abbildungen) und (iii) a discharge device connected to the chemolysis reactor (reference number 400 in the figures) and
(iv) mindestens eine Gasabführeinrichtung (Bezugszeichen 500 in den Abbildungen) zum Abführen der in der Zellstruktur enthaltenen Verbindungen aufweist. Schritt (B) umfasst die Teilschritte (B.l), das Einbringen des Polyurethanschaums aus dem Behälter in die Eintragseinrichtung und von dort in den Chemolysereaktor, wobei der Polyurethanschaum vor Inkontaktbringen mit dem Chemolysereagenz entgast wird, indem(iv) has at least one gas discharge device (reference number 500 in the figures) for discharging the compounds contained in the cell structure. Step (B) comprises the sub-steps (B.l), the introduction of the polyurethane foam from the container into the entry device and from there into the chemolysis reactor, the polyurethane foam being degassed before it is brought into contact with the chemolysis reagent by
(a) mindestens Sauerstoff (also (i) der in der Komponente X enthaltene Sauerstoff und (ii) gegebenenfalls durch Zersetzungsreaktionen von Bestandteilen der Komponente X gebildeter Sauerstoff), bevorzugt jedoch alle Bestandteile der Komponente X bzw. gasförmige Zersetzungsprodukte derselben, bei einem Druck von maximal 960 mbapabs und einer Temperatur von maximal 120 °C gasförmig über die Gasabführeinrichtung aus der Chemolysevorrichtung abgeführt werden, sodass ein entgaster Polyurethanschaum erhalten wird, (B.ll), das Umsetzen des entgasten Polyurethanschaums im Chemolysereaktor mit einem Chemolysereagenz in Gegenwart eines Katalysators in einer Inertgasatmosphäre unter Erhalt eines (ersten) Produktgemisches , und (B.lll), das Austragen des (ersten) Produktgemisches aus dem Chemolysereaktor durch die A ustragseinrichtung . (a) at least oxygen (i.e. (i) the oxygen contained in component X and (ii) any oxygen formed by decomposition reactions of constituents of component X), but preferably all constituents of component X or gaseous decomposition products thereof, at a pressure of a maximum of 960 mbapabs and a maximum temperature of 120 °C are removed in gaseous form from the chemolysis device via the gas removal device, so that a degassed polyurethane foam is obtained, (B.ll), reacting the degassed polyurethane foam in the chemolysis reactor with a chemolysis reagent in the presence of a catalyst in a Inert gas atmosphere to obtain a (first) product mixture, and (B.lll), the discharge of the (first) product mixture from the chemolysis reactor by the discharge device.
Im Rahmen des Schritts Schritt (B.l) wird der Polyurethanschaum entgast, d. h. die in der Zellstruktur vorhandenen flüchtigen Begleitstoffe werden aus den Zellen und/oder den Stegen der Zellstruktur des Polyurethanschaums entfernt und über die mindestens eine Gasabführeinrichtung (500) ausgetragen. Hierfür gibt es verschiedene Realisierungsmöglichkeiten: As part of step (B.l), the polyurethane foam is degassed, i. H. the volatile accompanying substances present in the cell structure are removed from the cells and/or the webs of the cell structure of the polyurethane foam and discharged via the at least one gas discharge device (500). There are various implementation options for this:
In einer ersten Variante des Schrittes (B.l), die zur ersten alternativen Lösung gehört und die in FIG. 1 graphisch dargestellt ist, ist der Behälter (100 in FIG. 1) und/oder die Eintragseinrichtung (in FIG. 1 nicht gezeigt, aber ebenso möglich) innen mit einer flexiblen Auskleidung (600) versehen, die im ersten Schritt durch Einstellung des ersten Drucks (p1) auf einen Wert im Bereich von 0,1 mbar(abs ) bis 100 mbar(abs ) zusammengezogen wird und so den Polyurethanschaum zusammendrückt, und die im zweiten Schritt durch Zufuhr eines Inertgases (3) zur Einstellung des zweiten Drucks (p2) wieder ausgedehnt wird. Dabei beträgt der zweite Druck bevorzugt maximal 1 ,8 bar(abs.) und entspricht insbesondere Umgebungsdruck ist (d. h. im zweiten Schritt erfolgt eine Entspannung auf Umgebungsdruck). „M“ steht hier und in den übrigen Abbildungen für Motor und bezeichnet eine motorbetriebene Einrichtung-, im vorliegenden Fall eine Einrichtung zum Öffnen und Verschließen des Eintritts in den und des Austritts aus dem Behälter (100). In a first variant of step (B.l) belonging to the first alternative solution and shown in FIG. 1, the container (100 in FIG. 1) and/or the feeder (not shown in FIG. 1, but also possible) is provided internally with a flexible liner (600) which in the first step is adjusted by adjusting the first pressure (p1) is contracted to a value in the range from 0.1 mbar(abs) to 100 mbar(abs) and thus compresses the polyurethane foam, and in the second step, by supplying an inert gas (3) to set the second pressure (p2 ) is extended again. The second pressure is preferably a maximum of 1.8 bar (abs.) and corresponds in particular to ambient pressure (i.e. in the second step, the pressure is reduced to ambient pressure). “M” here and in the other figures stands for motor and designates a motor-driven device, in this case a device for opening and closing the entrance to and exit from the container (100).
In FIG. 1 ist links die Befüllung des Behälters (100) mit Polyurethanschaum (1) gezeigt. Das Ventil im unteren Bereich des Behälters (110), die Verbindung zur Eintragseinrichtung (200) und die Gasabführeinrichtung (500; Ventil 510 in Stellung „zu“) sind verschlossen. In FIG. 1 the filling of the container (100) with polyurethane foam (1) is shown on the left. The valve in the lower area of the container (110), the connection to the inlet device (200) and the gas discharge device (500; valve 510 in the "closed" position) are closed.
In der Mitte von FIG. 1 ist die Durchführung des ersten Schritts gezeigt. Die Einfüllöffnung des Behälters (100), das Ventil 110 und die Verbindung zur Eintragseinrichtung (200) sind verschlossen. Über die Gasabführeinrichtung (500) wird ein Unterdrück (Ventil 510 in Stellung „auf“) angelegt und der Druck im Inneren der flexiblen Auskleidung (600) auf p1 reduziert.In the middle of FIG. 1 shows the implementation of the first step. The filling opening of the container (100), the valve 110 and the connection to the entry device (200) are closed. A vacuum (valve 510 in the “open” position) is applied via the gas discharge device (500) and the pressure inside the flexible lining (600) is reduced to p1.
In FIG. 1 ist rechts der zweite Schritt bzw. die sich an den zweiten Schritt anschließende Förderung des entgasten Polyurethanschaums (2) in die Eintragseinrichtung (200) gezeigt. Der Druck im Inneren der flexiblen Auskleidung wird im zweiten Schritt durch Zugabe eines Inertgases (3) durch das nun geöffnete Ventil 110 auf p2 erhöht. Nach Öffnung der Verbindung zur Eintragseinrichtung wird der entgaste Polyurethanschaum (2) zur Eintragseinrichtung (200) gefördert (bzw. fällt schwerkraftbedingt einfach nach unten in diese hinein). Bevorzugt wird in der ersten Variante keine gezielte Änderung der Temperatur beim Übergang vom ersten zum zweiten Schritt vorgenommen, sodass für beide Schritte die Temperatur im Bereich von -20 °C bis 120 °C liegt. Bevorzugt werden sowohl der erste als auch der zweite Schritt bei einer Temperatur im Bereich von 0 °C bis 80 °C durchgeführt. Sind die zu entfernenden Verbindungen unter Standardbedingungen Flüssigkeiten (was nicht ausschließt, dass ein nennenswerter Dampfdruck vorhanden sein kann), hat sich eine Temperaturuntergrenze von 16 °C bewährt. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den ersten und den zweiten Schritt mehrmals, insbesondere 2-mal bis 5-mal, zu wiederholen, ehe der so entgaste Polyurethanschaum der Umsetzung von Schritt (B.ll) zugeführt wird. In FIG. 1 shows the second step or the conveying of the degassed polyurethane foam (2) into the feed device (200) that follows the second step. In the second step, the pressure inside the flexible lining is increased to p2 by adding an inert gas (3) through the valve 110, which is now open. After opening the connection to the entry device, the degassed polyurethane foam (2) is conveyed to the entry device (200) (or simply falls down into it due to the force of gravity). In the first variant, there is preferably no specific change in temperature during the transition from the first to the second step, so that the temperature for both steps is in the range from −20° C. to 120° C. Both the first and the second step are preferably carried out at a temperature in the range from 0°C to 80°C. If the compounds to be removed are liquids under standard conditions (which does not exclude the possibility that a significant vapor pressure may be present), a lower temperature limit of 16 °C has proven useful. It has proven advantageous to repeat the first and the second step several times, in particular 2 to 5 times, before the polyurethane foam degassed in this way is fed to the reaction of step (B.II).
Die in dieser Variante zum Einsatz kommende flexible Auskleidung ist vorzugsweise eine Folie aus Polyethylen, Polypropylen, Aluminium, Polyvinylchlorid, Polyetheretherketon, Polystyrol, Polycarbonat, Polyester, Polyethylenterephthalat oder einem Verbund der vorgenannten Materialien. The flexible lining used in this variant is preferably a film made of polyethylene, polypropylene, aluminum, polyvinyl chloride, polyether ether ketone, polystyrene, polycarbonate, polyester, polyethylene terephthalate or a composite of the aforementioned materials.
Durch die Erniedrigung des Drucks im ersten Schritt auf maximal 100 mbar(abs) zieht sich die flexible Auskleidung zusammen und komprimiert den Polyurethanschaum. Dabei werden flüchtige Begleitstoffe aus der Zellstruktur des Schaums herausgedrückt und über die Gasabführeinrichtung ausgetragen. Nach Einstellung des zweiten Drucks durch Zufuhr eines Inertgases (insbesondere Stickstoff, Argon oder Helium) kann der entgaste Polyurethanschaum durch Vibration, mechanisch oder pneumatisch oder auch einfach schwerkraftbedingt zum Chemolysereaktor gefördert werden. In dieser Variante werden das Chemolysereagenz und der Katalysator erst zugegeben, nachdem der Polyurethanschaum den mit der flexiblen Auskleidung versehenen Bereich des Chemolysereaktors verlassen hat; insbesondere werden das Chemolysereagenz und der Katalysator erst im Chemolysereaktor zugegeben. Das Chemolysereagenz wird vorzugsweise mit einer Temperatur zugegeben, die insbesondere höher als die erste Temperatur ist und bevorzugt im Bereich von 120 °C bis 240 °C liegt. By lowering the pressure to a maximum of 100 mbar(abs) in the first step, the flexible lining contracts and compresses the polyurethane foam. In the process, volatile accompanying substances are pressed out of the cell structure of the foam and discharged via the gas discharge device. After setting the second pressure by supplying an inert gas (in particular nitrogen, argon or helium), the degassed polyurethane foam can be conveyed to the chemolysis reactor by vibration, mechanically or pneumatically or simply by gravity. In this variant, the chemolysis reagent and the catalyst are only added after the polyurethane foam has left the area of the chemolysis reactor provided with the flexible lining; in particular, the chemolysis reagent and the catalyst are only added in the chemolysis reactor. The chemolysis reagent is preferably added at a temperature which is in particular higher than the first temperature and is preferably in the range from 120°C to 240°C.
In einer zweiten Variante des Schrittes (B.l), die auch zur ersten alternativen Lösung gehört und die in FIG. 2a, b graphisch dargestellt ist, verfügt die Eintragseinrichtung über einen ersten (dem Chemolysereaktor vorgeschalteten) Schleusenbereich (121), aufweisend eine absperrbare Zuführeinrichtung für den in Schritt (A) bereitgestellten Polyurethanschaum (1) und eine absperrbare Abführeinrichtung für den entgasten Polyurethanschaum (2), wobei in Schritt (B.l) die folgenden Schritte durchlaufen werden: (B.I.I .a) Absperren der Abführeinrichtung des ersten Schleusenbereichs, Einträgen von Polyurethanschaum in den ersten Schleusenbereich und Absperren der Zuführeinrichtung des ersten Schleusenbereichs; In a second variant of step (B1), which also belongs to the first alternative solution and which is shown in FIG. 2a, b is shown graphically, the entry device has a first lock area (121) (upstream of the chemolysis reactor), having a lockable feed device for the polyurethane foam (1) provided in step (A) and a lockable discharge device for the degassed polyurethane foam (2) , where in step (Bl) the following steps are run through: (BII.a) blocking off the discharge device of the first lock area, introducing polyurethane foam into the first lock area and blocking off the feed device of the first lock area;
(B.l.2.a) Durchführung des ersten Schritts von (B.l) im ersten Schleusenbereich unter Einstellung des ersten Drucks auf einen Wert im genannten Bereich von 0,1 mbar(abs) bis 100 mbar(abs); (B.l.2.a) Carrying out the first step of (B.l) in the first lock area while adjusting the first pressure to a value in the said range of 0.1 mbar(abs) to 100 mbar(abs);
(B.l.3.a) Durchführung des zweiten Schritts von (B.l) im ersten Schleusenbereich unter Einstellung des zweiten Drucks auf einen Wert im genannten Bereich von > p1 bis 2,0 bar(abs ) durch Zufuhr eines Inertgases unter Erhalt entgasten Polyurethanschaums; (B.l.3.a) Carrying out the second step of (B.l) in the first lock area while adjusting the second pressure to a value in the said range of > p1 to 2.0 bar(abs) by supplying an inert gas to obtain degassed polyurethane foam;
(B.l.4.a) Überführen des in (B.l.3.a) erhaltenen entgasten Polyurethanschaums in den Chemolysereaktor. (B.l.4.a) Transferring the degassed polyurethane foam obtained in (B.l.3.a) into the chemolysis reactor.
In der einfachsten Ausgestaltung dieser Ausführungsform ist nur ein Schleusenbereich vorhanden; die Formulierung „erster Schleusenbereich“ impliziert also nicht das zwangsläufige Vorhandensein mehrerer Schleusenbereiche. In the simplest configuration of this embodiment, there is only one lock area; the wording "first lock area" therefore does not imply the inevitable presence of several lock areas.
Der Einsatz mindestens zweier Schleusenbereiche eröffnet jedoch durch einen wechselweisen Betrieb derselben die Möglichkeit, Polyurethanschaum kontinuierlich in den Chemolysereaktor zu überführen. In dieser Ausführungsform der zweiten Variante der Erfindung verfügt die Eintragseinrichtung zusätzlich zum ersten Schleusenbereich über einen zweiten Schleusenbereich, der eine absperrbare Zuführeinrichtung für den in Schritt (A) bereitgestellten Polyurethanschaum und eine absperrbare Abführeinrichtung für den entgasten Polyurethanschaum aufweist, wobei in Schritt (B.I.I .a) eine erste Teilmenge des Polyurethanschaums in den ersten Schleusenbereich eingeführt wird, wobei in Schritt (B.l) zusätzlich die folgenden Schritte durchlaufen werden: However, the use of at least two lock areas opens up the possibility of continuously transferring polyurethane foam into the chemolysis reactor by operating them alternately. In this embodiment of the second variant of the invention, the entry device has, in addition to the first lock area, a second lock area, which has a lockable feed device for the polyurethane foam provided in step (A) and a lockable discharge device for the degassed polyurethane foam, wherein in step (B.I.I.a ) a first subset of the polyurethane foam is introduced into the first lock area, with the following steps also being run through in step (B.l):
(B.l.1.b) Absperren der Abführeinrichtung des zweiten Schleusenbereichs, Einträgen einer zweiten Teilmenge des Polyurethanschaums in den zweiten Schleusenbereich und Absperren der Zuführeinrichtung des zweiten Schleusenbereichs; (B.l.1.b) blocking off the discharge device of the second lock area, entering a second partial quantity of the polyurethane foam into the second lock area and blocking off the feed device of the second lock area;
(B.l.2.b) Durchführung des ersten Schrittes von (B.l) im zweiten Schleusenbereich unter Einstellung des ersten Drucks auf einen Wert im genannten Bereich von 0,1 mbar(abs ) bis 100 mbar(abs ); (B.l.3.b) Durchführung des zweiten Schrittes von (B.l) im zweiten Schleusenbereich unter Einstellung des zweiten Drucks auf einen Wert im genannten Bereich von > p1 bis 2,0 bar(abs) durch Zufuhr eines Inertgases unter Erhalt einer zweiten Teilmenge des entgasten Polyurethanschaums; (Bl2.b) carrying out the first step of (Bl) in the second lock area with the setting of the first pressure to a value in the said range of 0.1 mbar(abs) to 100 mbar(abs); (Bl3.b) Carrying out the second step of (Bl) in the second lock area while adjusting the second pressure to a value in the said range from >p1 to 2.0 bar(abs) by supplying an inert gas to obtain a second subset of the degassed polyurethane foam ;
(B.l.4.b) Überführen der zweiten Teilmenge des entgasten Polyurethanschaums in den Chemolysereaktor; wobei die Schritte (B.I.I .a) bis (B.l.4.a) so auf die Schritte (B.I.I .b) bis (B.l.4.b) abgestimmt werden, dass kontinuierlich entgaster Polyurethanschaum (2) in den Chemolysereaktor überführt wird. (B.l.4.b) transferring the second portion of the degassed polyurethane foam to the chemolysis reactor; wherein steps (B.I.I.a) to (B.l.4.a) are matched to steps (B.I.I.b) to (B.l.4.b) in such a way that continuously degassed polyurethane foam (2) is transferred to the chemolysis reactor.
In der linken Hälfte von FIG. 2a ist eine Schleuse (220) mit einem ersten (221) und einem zweiten Schleusenbereich (222) gezeigt. Der zweite Schleusenbereich (222) ist aufgebaut wie der erste; dies wird in der Abbildung nicht mehr im Einzelnen gezeigt. Der Zutritt in den zweiten Schleusenbereich (222) ist verschlossen. Polyurethanschaum (1) wird gerade in den ersten Schleusenbereich (221) gefüllt. Nach unten hin (d. h. zum Chemolysereaktor hin) ist der erste Schleusenbereich (221) verschlossen. Nach Beendigung des Befüllvorgangs wird, wie in der rechten Hälfte von FIG 2a gezeigt, der Eintritt zum ersten Schleusenbereich (221) verschlossen. Das zur Gasabführeinrichtung (500) zugehörige Ventil (510) wird geöffnet und durch Druckerniedrigung der Druck p1 eingestellt (erster Schritt). Parallel kann Polyurethanschaum (1) in den zweiten Schleusenbereich (222) eingetragen werden. Nach Erreichen des Drucks p1 im ersten Schleusenbereich (221) wird das Ventil 510 verschlossen und durch Zugabe eines Inertgases (3) durch das Ventil 210 der Druck p2 eingestellt (linke Hälfte von FIG. 2b). Durch das Ventil 210 kann ebenfalls Chemolysereagenz zugeführt werden. Nach Erreichen des Drucks p2 werden die Ventile 210 und 510 verschlossen und der nun entgaste und ggf. mit Chemolysereagenz benetzte Polyurethanschaum (2) kann weiter zum Chemolysereaktor befördert werden (rechte Hälfte von FIG. 2b). In the left half of FIG. 2a shows a lock (220) with a first (221) and a second lock area (222). The second lock area (222) is constructed like the first; this is no longer shown in detail in the figure. Access to the second lock area (222) is closed. Polyurethane foam (1) is being filled into the first lock area (221). The first lock area (221) is closed towards the bottom (i.e. towards the chemolysis reactor). After completion of the filling process, as shown in the right half of FIG. 2a, the entrance to the first lock area (221) is closed. The valve (510) associated with the gas discharge device (500) is opened and the pressure p1 is set by reducing the pressure (first step). At the same time, polyurethane foam (1) can be introduced into the second lock area (222). After the pressure p1 has been reached in the first lock area (221), the valve 510 is closed and the pressure p2 is set by adding an inert gas (3) through the valve 210 (left half of FIG. 2b). Chemolysis reagent can also be supplied through the valve 210 . After the pressure p2 has been reached, the valves 210 and 510 are closed and the polyurethane foam (2), which has now been degassed and possibly wetted with chemolysis reagent, can be conveyed on to the chemolysis reactor (right half of FIG. 2b).
Bezüglich der Temperaturen und Drücke gilt das zuvor für die erste Variante Gesagte entsprechend auch für die zweite Variante. With regard to the temperatures and pressures, what was said above for the first variant also applies accordingly to the second variant.
Das Chemolysereagenz kann in dieser Variante nicht nur im Chemolysereaktor, sondern auch bereits unmittelbar nach dem zweiten Schritt (also nach Beendigung des Entgasungsvorgangs), d. h. noch im ersten und/oder zweiten Schleusenbereich zum Polyurethanschaum gegeben werden. Das zugegebene Chemolysereagenz weist in beiden Fällen eine T emperatur auf, die insbesondere höher als die erste T emperatur ist und bevorzugt im Bereich von 120 °C bis 240 °C liegt. Es ist ebenfalls möglich, an dieser Stelle bereits den Katalysator zuzugeben (insbesondere als Lösung im Chemolysereagenz). Bei Zugabe des Chemolysereagenz bereits im ersten und/oder zweiten Schleusenbereich wird der Polyurethanschaum bevorzugt mit diesem benetzt. Die Zugaben von Chemolysereagenz bereits im ersten und/oder zweiten Schleusenbereich schließt natürlich nicht aus, dass im Chemolysereaktor weiteres Chemolysereagenz und/oder weiterer Katalysator zugegeben wird. In this variant, the chemolysis reagent can be added to the polyurethane foam not only in the chemolysis reactor, but also immediately after the second step (ie after the end of the degassing process), ie in the first and/or second lock area. In both cases, the added chemolysis reagent has a temperature which is in particular higher than the first temperature and is preferably in the range from 120.degree. C. to 240.degree. It is also possible to add the catalyst at this point (in particular as a solution in the chemolysis reagent). When the chemolysis reagent is added in the first and/or second lock area, the Polyurethane foam preferably wetted with this. The addition of chemolysis reagent in the first and/or second lock area naturally does not preclude the addition of further chemolysis reagent and/or further catalyst in the chemolysis reactor.
In dieser Variante kann der Polyurethanschaum durch Vibration, mechanisch oder pneumatisch in den ersten bzw. zweiten Schleusenbereich eingebracht werden. Der Schleusenbereich füllt sich mit dem Polyurethanschaum und wird danach verschlossen. Vakuum wird angelegt und das Abluftventil anschließend wieder verschlossen. Durch die Erniedrigung des Drucks im ersten Schritt auf maximal 100 mbar(abs ) werden leicht flüchtige Verbindungen aus der Zellstruktur des Schaums gesaugt und über die Gasabführeinrichtung ausgetragen. Nach Einstellung des zweiten Druck durch Zufuhr eines Inertgases (insbesondere Stickstoff, Argon, oder Helium) kann der entgaste Polyurethanschaum zum Chemolysereaktor gefördert werden. Dies kann wiederum durch Vibration, mechanisch oder pneumatisch oder auch einfach infolge der Schwerkraft geschehen. Bei einer Kontaktierung des Polyurethanschaums mit Chemolysereagenz bereits im ersten oder zweiten Schleusenbereich erhöht sich die scheinbare Dichte des Polyurethanschaums, wodurch dieser leicht nach unten in den Reaktor fallen kann. Außerdem wird die Einmischung des Polyurethanschaums in bereits im Chemolysereaktor befindliches Chemolysereagenz erleichtert, wenn die Zellstruktur des Polyurethanschaums bereits Chemolysereagenz enthält. In this variant, the polyurethane foam can be introduced into the first or second lock area by vibration, mechanically or pneumatically. The lock area fills with the polyurethane foam and is then closed. Vacuum is applied and the exhaust air valve is then closed again. By reducing the pressure in the first step to a maximum of 100 mbar(abs), volatile compounds are sucked out of the cell structure of the foam and discharged via the gas discharge device. After the second pressure has been set by supplying an inert gas (in particular nitrogen, argon or helium), the degassed polyurethane foam can be conveyed to the chemolysis reactor. Again, this can be done by vibration, mechanically or pneumatically, or simply as a result of gravity. If the polyurethane foam comes into contact with chemolysis reagent in the first or second lock area, the apparent density of the polyurethane foam increases, as a result of which it can easily fall down into the reactor. In addition, mixing of the polyurethane foam into chemolysis reagent already present in the chemolysis reactor is facilitated if the cell structure of the polyurethane foam already contains chemolysis reagent.
In einer dritten Variante des Schrittes (B.l), die ebenfalls zur ersten alternativen Lösung gehört und die in FIG. 3 graphisch dargestellt ist, wird der Polyurethanschaum während des ersten Schritts von (B.l) unter Einstellung des ersten Drucks (p1) auf einen Wert im genannten Bereich von 0,1 mbar(abs.) bis 100 mbar(abs) durch eine in einem ersten Teil der Eintragseinrichtung (201) angeordnete Einrichtung zur mechanischen Zerkleinerung (230) gefördert und dort zerkleinert, wobei der zweite Schritt derart durchgeführt wird, dass der nach der mechanischen Zerkleinerung vorliegende Polyurethanschaum (11) durch einen zweiten, dem ersten nachgeschalteten, Teil der Eintragseinrichtung (202) in eine Inertgasatmosphäre (insbesondere in einer Stickstoff-, Argon- oder Heliumatmosphäre), die unter dem zweiten Druck steht, gefördert wird. Diese Förderung kann mittels (mindestens) einer Schneckenwelle, (mindestens) eines Kolbens, (mindestens) eines Förderbands, Vibration und/oder Schwerkraft erfolgen. In a third variant of step (B.l), which also belongs to the first alternative solution and which is shown in FIG. 3 is shown graphically, the polyurethane foam is during the first step of (B.l) with adjustment of the first pressure (p1) to a value in the said range of 0.1 mbar (abs.) To 100 mbar (abs) by a in a first Part of the entry device (201) arranged device for mechanical comminution (230) and comminuted there, the second step being carried out in such a way that the polyurethane foam (11) present after the mechanical comminution is passed through a second part of the entry device ( 202) in an inert gas atmosphere (particularly in a nitrogen, argon or helium atmosphere) which is under the second pressure. This promotion can take place by means of (at least) a screw shaft, (at least) a piston, (at least) a conveyor belt, vibration and/or gravity.
Bei der Einrichtung zur mechanischen Zerkleinerung (230) kann es sich zum Beispiel um eine Schneidmühle, eine Messermühle, einen Prallbrecher und/oder eine Hammermühle handeln. Der Einsatz eines Prallbrechers oder einer Hammermühle ist insbesondere dann bevorzugt, wenn der Polyurethanschaum in gefrorenem Zustand in die Chemolysevorrichtung eingeführt wird. Insbesondere diese Ausführungsform der dritten Variante der vorliegenden Erfindung erlaubt es nämlich, das bevorzugt durchzuführende mechanische Zerkleinern des Polyurethanschaums zumindest teilweise in den Schritt (B) einzubinden. In diesem Fall kann sich die weiter oben beschriebene mechanische Zerkleinerung des Polyurethanschaums in Schritt (A) auf eine grobe Zerkleinerung des Polyurethanschaums in Stücke handhabbarer Größe beschränken oder sogar ganz unterbleiben. The device for mechanical comminution (230) can be, for example, a cutting mill, a knife mill, an impact crusher and/or a hammer mill. The use of an impact crusher or a hammer mill is particularly preferred when the polyurethane foam is introduced into the chemolysis device in a frozen state becomes. In particular, this embodiment of the third variant of the present invention makes it possible to include the mechanical comminution of the polyurethane foam, which is preferably to be carried out, at least partially in step (B). In this case, the above-described mechanical comminution of the polyurethane foam in step (A) can be limited to coarse comminution of the polyurethane foam into pieces of manageable size, or can even be omitted entirely.
Mit Ausnahme der zuvor beschriebenen Ausführungsform unter Einfrieren des Polyurethanschaums gilt bezüglich der Temperaturen und Drücke das zuvor für die erste und zweite Variante Gesagte entsprechend auch für die dritte Variante. Die Drücke sind auch in dieser Ausführungsform der dritten Variante bevorzugt wie für die erste und zweite Variante beschrieben, jedoch erfolgt naturgemäß die mechanische Kompression bei tieferer Temperatur als 0 °C, insbesondere bei Temperaturen von bis zu -20 °C. With the exception of the previously described embodiment involving freezing of the polyurethane foam, what was said above for the first and second variants also applies correspondingly to the third variant with regard to the temperatures and pressures. The pressures are also preferred in this embodiment of the third variant as described for the first and second variant, but the mechanical compression naturally takes place at a temperature below 0°C, in particular at temperatures of down to -20°C.
Wie in der zweiten Variante kann auch in der dritten Variante das Chemolysereagenz nicht nur im Chemolysereaktor, sondern auch bereits unmittelbar nach dem zweiten Schritt (also nach Beendigung des Entgasungsvorgangs), d. h. hier noch im zweiten Teil der Eintragseinrichtung zum Polyurethanschaum gegeben werden. Das zugegebene Chemolysereagenz weist in beiden Fällen eine Temperatur auf, die insbesondere höher als die erste Temperatur ist und bevorzugt im Bereich von 120 °C bis 240 °C liegt. Es ist ebenfalls möglich, an dieser Stelle bereits den Katalysator zuzugeben (insbesondere als Lösung im Chemolysereagenz). Bei Zugabe des Chemolysereagenz bereits im zweiten Teil der Eintragseinrichtung wird der Polyurethanschaum bevorzugt mit diesem benetzt. Die Zugaben von Chemolysereagenz bereits im zweiten Teil der Eintragseinrichtung schließt natürlich nicht aus, dass im Chemolysereaktor weiteres Chemolysereagenz und/oder weiterer Katalysator zugegeben wird. As in the second variant, the chemolysis reagent can also be used in the third variant not only in the chemolysis reactor, but also immediately after the second step (i.e. after the end of the degassing process), i. H. are still given here in the second part of the entry device to the polyurethane foam. In both cases, the added chemolysis reagent has a temperature which is in particular higher than the first temperature and is preferably in the range from 120.degree. C. to 240.degree. It is also possible to add the catalyst at this point (in particular as a solution in the chemolysis reagent). If the chemolysis reagent is already added in the second part of the feed device, the polyurethane foam is preferably wetted with it. The addition of chemolysis reagent in the second part of the feed device naturally does not preclude the addition of further chemolysis reagent and/or further catalyst in the chemolysis reactor.
In dieser Variante wird der der Polyurethanschaumstoff über eine - bevorzugt möglichst abgedichtete - Förderung, insbesondere Schneckenförderung, zur Einrichtung zur mechanischen Zerkleinerung, die unter einem Druck von maximal 100 mbar(abs ) steht, geführt, wobei während der mechanischen Zerkleinerung flüchtige Verbindungen weitgehend durch die bei der Zerkleinerung Kompressionsvorgänge entfernt werden. Durch Förderung des so zerkleinerten Polyurethanschamstoffes in den unter einer Inertgasatmosphäre stehenden zweiten Teil der Eintragseinrichtung wird die Zellstruktur des Polyurethanschamstoffes mit dem Inertgas gefüllt und damit effektiv gegen das Eindringen anderer Gase schützen. Die mechanische Zerkleinerung im Rahmen des Schritts (B.l) kann eine mechanische Zerkleinerung im Rahmen des Schritts (A) gegebenenfalls ersetzen. In einer vierten Variante des Schrittes (B.l), welche die zweite alternative Lösung darstellt und die in FIG. 4 graphisch dargestellt ist, wird der Polyurethanschaum während des ersten Schritts zu einer in der Eintragseinrichtung angeordneten Einrichtung zur mechanischen Kompression (240) gefördert, wobei der Polyurethanschaum im zweiten Schritt in dieser Einrichtung zur mechanischen Kompression bei einem Wert für den zweiten Druck p2 im Bereich von 5 bar(abs) bis 200 bar(abs) komprimiert wird. Der Druck p2 kann mittels eines Manometers (das mit einer Kapillare verbunden ist, die in den Bereich der Eintragseinrichtung, in dem die Einrichtung zur mechanischen Kompression angeordnet ist, hineinragt) bestimmt werden. Eine Inertisierung des Polyurethanschaums vor der mechanischen Kompression ist bevorzugt, aber nicht zwingend. Nach Durchlaufen des zweiten Schrittes beträgt der Druck also mindestens S hares.), was höher als der für Schritt (B. II) bevorzugte Druck ist (siehe hierzu die Ausführungen weiter unten). Die Entspannung auf den Druck von Schritt (B. II) erfolgt bevorzugt bei Eintritt des gemäß Schritt (B.l) behandelten Polyurethanschaums in den Chemolysereaktor. Chemolysereagenz (4) kann in dieser Variante zum Beispiel nach Durchlaufen der Einrichtung zur mechanischen Kompression (also nach Beendigung des Entgasungsvorgangs) und noch vor Eintritt in den Chemolysereaktor (300) zugegeben werden (siehe weiten unten für weitere Details). In this variant, the polyurethane foam is conveyed via a - preferably sealed as possible - conveyor, in particular a screw conveyor, to the device for mechanical comminution, which is under a maximum pressure of 100 mbar (abs), with volatile compounds largely being released during the mechanical comminution Compression processes are removed during shredding. By conveying the polyurethane foam comminuted in this way into the second part of the feed device, which is under an inert gas atmosphere, the cell structure of the polyurethane foam is filled with the inert gas and is thus effectively protected against the penetration of other gases. The mechanical comminution in step (B1) can optionally replace a mechanical comminution in step (A). In a fourth variant of step (B1), which represents the second alternative solution and which is shown in FIG. 4, the polyurethane foam is conveyed during the first step to a mechanical compression device (240) arranged in the infeed device, wherein in the second step the polyurethane foam is transported in this mechanical compression device at a value for the second pressure p2 in the range of 5 bar(abs) to 200 bar(abs) is compressed. The pressure p2 can be determined by means of a manometer (connected to a capillary protruding into the area of the feeding device where the device for mechanical compression is arranged). Making the polyurethane foam inert prior to mechanical compression is preferred, but not essential. After the second step has been carried out, the pressure is at least S hares.), which is higher than the pressure preferred for step (B.II) (see the explanations further below). The expansion to the pressure of step (B.II) preferably takes place when the polyurethane foam treated in step (B1) enters the chemolysis reactor. In this variant, chemolysis reagent (4) can be added, for example, after passing through the device for mechanical compression (ie after the end of the degassing process) and before entry into the chemolysis reactor (300) (see further below for further details).
In dieser Variante ist die Gasabführeinrichtung (500) vorzugsweise in der Eintragseinrichtung (200) angeordnet. Im Chemolysereaktor (300) kann eine Einrichtung (600) zum Austragen von während der Chemolyse gebildeter Reaktionsgase, wie insbesondere Kohlenstoffdioxid, angeordnet sein kann. In this variant, the gas discharge device (500) is preferably arranged in the entry device (200). A device (600) for discharging reaction gases formed during the chemolysis, such as in particular carbon dioxide, can be arranged in the chemolysis reactor (300).
Als Einrichtung zur mechanischen Kompression eignet sich beispielsweise ein Extruder (auch umfassend Mehrzonen-Schnecken sowie Ein- und Mehrwellenextruder), eine Walze oder ein Kolben. Mehrzonen-Schnecken sind Extruder, deren Spirale beispielsweise unterschiedliche Durchmesser oder Steigungen der Spiralwindungen aufweist. Hierdurch wird die Kompression begünstigt. A suitable device for mechanical compression is, for example, an extruder (also including multi-zone screws and single- and multi-screw extruders), a roller or a piston. Multi-zone screws are extruders whose spiral has, for example, different diameters or pitches of the spiral windings. This promotes compression.
Wie in der zweiten und dritten Variante kann auch in der vierten Variante das Chemolysereagenz nicht nur im Chemolysereaktor, sondern auch bereits unmittelbar nach dem zweiten Schritt (also nach Beendigung des Entgasungsvorgangs), d. h. hier noch in der Eintragseinrichtung, aber nach Durchlaufen der Einrichtung zur mechanischen Kompression, zum Polyurethanschaum gegeben werden. Das zugegebene Chemolysereagenz weist in beiden Fällen eine Temperatur auf, die bevorzugt im Bereich von 120 °C bis 240 °C, insbesondere im Bereich > 120 °C bis 140 °C, liegt. Im Unterschied zur zweiten und dritten Variante ist es jedoch bevorzugt, an dieser Stelle noch keinen Katalysator zuzugeben. Bei Zugabe des Chemolysereagenz bereits in der Eintragseinrichtung wird der Polyurethanschaum bevorzugt mit diesem benetzt. Die Zugaben von Chemolysereagenz bereits in der Eintragseinrichtung schließt natürlich nicht aus, dass im Chemolysereaktor weiteres Chemolysereagenz und/oder weiterer Katalysator zugegeben wird. As in the second and third variants, the chemolysis reagent can also be used in the fourth variant not only in the chemolysis reactor, but also immediately after the second step (i.e. after the end of the degassing process), ie here still in the entry device, but after passing through the device for the mechanical Compression to be given to the polyurethane foam. In both cases, the chemolysis reagent added has a temperature which is preferably in the range from 120.degree. C. to 240.degree. C., in particular in the range >120.degree. C. to 140.degree. In contrast to the second and third variants, however, it is preferred not to add any catalyst at this point. If the chemolysis reagent is already added in the feed device, the polyurethane foam is preferably wetted with it. The additions of chemolysis reagent of course, already in the entry device does not rule out that further chemolysis reagent and/or further catalyst is added in the chemolysis reactor.
Wie in den anderen Varianten liegt die Temperatur für den zweiten Schritt bevorzugt im Bereich von -20 °C bis 120 °C und entspricht insbesondere der ersten Temperatur (d. h. es wird keine gezielte Änderung der Temperatur beim Übergang vom ersten zum zweiten Schritt vorgenommen). Die erste Temperatur liegt bevorzugt im Bereich von 0 °C bis 80 °C. Dies gilt auch für die zweite Temperatur. Sind die zu entfernenden Verbindungen unter Standardbedingungen Flüssigkeiten (was einen signifikanten Dampfdruck nicht ausschließt), hat sich eine Temperaturuntergrenze von 16 °C (in beiden Schritten) bewährt. As in the other variants, the temperature for the second step is preferably in the range from -20 °C to 120 °C and corresponds in particular to the first temperature (i.e. there is no deliberate change in temperature during the transition from the first to the second step). The first temperature is preferably in the range of 0°C to 80°C. This also applies to the second temperature. If the compounds to be removed are liquids under standard conditions (which does not preclude a significant vapor pressure), a lower temperature limit of 16 °C (in both steps) has proven useful.
In der Einrichtung zur mechanischen Kompression, die in dieser Variante zum Einsatz kommt, wird der Polyurethanschaumstoff komprimiert, wodurch in der Zellstruktur des Polyurethanschaumstoffes befindliche Gase und leichtflüchtige Verbindungen herausgedrückt werden. In the device for mechanical compression, which is used in this variant, the polyurethane foam is compressed, as a result of which gases and volatile compounds present in the cell structure of the polyurethane foam are forced out.
In Schritt (B.ll) des erfindungsgemäßen Verfahrens findet das eigentliche chemische Recycling, die Spaltung der Urethanbindungen, statt (was nicht ausschließt, dass die Reaktion bereits zum Teil in der Eintragseinrichtung beginnen kann, sofern das Entgasen abgeschlossen ist; siehe die obigen Ausführungen zu Schritt (B.l)). Die Chemolyse wird in einer Inertgasatmosphäre (insbesondere in einer Stickstoff-, Argon- oder Heliumatmosphäre) durchgeführt. Bevorzugt wird auch das eingesetzte Chemolysereagenz durch Inertgassättigung von Sauerstoff befreit gesättigt (unabhängig davon, ob dieses erstmalig im Chemolysereaktor oder bereits in der Eintragseinrichtung zugegeben wird). In step (B.ll) of the method according to the invention, the actual chemical recycling, the cleavage of the urethane bonds, takes place (which does not rule out that the reaction can already begin in part in the entry device, provided that the degassing is complete; see the above explanations Step (B.l)). The chemolysis is carried out in an inert gas atmosphere (particularly in a nitrogen, argon or helium atmosphere). The chemolysis reagent used is preferably also saturated after being freed of oxygen by inert gas saturation (regardless of whether this is added for the first time in the chemolysis reactor or already in the feed device).
Schritt (B.ll) kann grundsätzlich nach allen in der Fachwelt bekannten Verfahren durchgeführt werden. Zur Durchführung der Umsetzung wird insbesondere der Chemolysereaktor mit Chemolysereagenz (und Katalysator) teilweise befüllt. Der umzusetzende Polyurethanschaum wird in dieses „Bad“ aus Chemolysereagenz eingetragen. Dabei ist ein Eintrag des Polyurethanschaums sowohl ober- als auch unterhalb des Flüssigkeitspegels möglich. In principle, step (B.ll) can be carried out by any method known in the art. To carry out the reaction, the chemolysis reactor in particular is partially filled with chemolysis reagent (and catalyst). The polyurethane foam to be converted is introduced into this "bath" of chemolysis reagent. The polyurethane foam can be fed in both above and below the liquid level.
Bevorzugte Ausgestaltungen dieses Schritts sind die Alkoholyse (in der Literatur meist als Glykolyse bezeichnet; vgl. Nr. 2 weiter oben) und die Hydroalkoholyse (in der Literatur meist als Hydrog/y o/yse bezeichnet; vgl. Nr. 3 weiter oben). Unabhängig von der genauen Art der Ausgestaltung wird Schritt (B.ll) bevorzugt bei einer Temperatur Bereich von 140 °C bis 240 °C, bevorzugt 160 °C bis 240 °C, besonders bevorzugt 180 °C bis 220 °C, durchgeführt. Der Druck in Schritt (B.ll) beträgt bevorzugt > 960 mbar(abs) bis 1 ,8 bar(abs.) und ist insbesondere gleich dem Umgebungsdruck (d. h. die Reaktion in Schritt (B.ll) wird insbesondere drucklos betrieben). Mit dem Druck in Schritt (B. II) ist der im Gasraum des Chemolysereaktors vorherrschende Druck gemeint. Preferred embodiments of this step are alcoholysis (usually referred to as glycolysis in the literature; cf. No. 2 above) and hydroalcoholysis (usually referred to as hydrog/yo/ysis in the literature; cf. No. 3 above). Regardless of the exact type of configuration, step (B.II) is preferably carried out at a temperature in the range from 140° C. to 240° C., preferably from 160° C. to 240° C., particularly preferably from 180° C. to 220° C. The pressure in step (B.II) is preferably >960 mbar(abs) to 1.8 bar(abs) and is in particular equal to ambient pressure (ie the reaction in step (B.II) is carried out). in particular operated without pressure). The pressure in step (B.II) means the pressure prevailing in the gas space of the chemolysis reactor.
Wird die Chemolyse als Alkoholyse ausgeführt, so erfolgt die Zugabe des Chemolysereagenz (in diesem Fall ein Alkohol) ohne die Zugabe signifikanter Anteile von Wasser. Ohne die Zugabe signifikanter Anteile von Wasser bedeutet in diesem Zusammenhang, dass nicht bewusst Wasser in solchen Mengen zugegeben wird, die in signifikantem Umfang eine Hydroalkoholyse bewirken würden. Der Eintrag geringer Mengen Wassers, die etwa in dem in Schritt (B. II) eingesetzten Alkohol gelöst enthalten sein, über den Polyurethanschaum eingetragen werden oder als Lösungsmittel des Katalysators eingesetzt werden können, ist hierdurch nicht ausgeschlossen. If the chemolysis is carried out as an alcoholysis, the addition of the chemolysis reagent (in this case an alcohol) occurs without the addition of significant amounts of water. In this context, without the addition of significant amounts of water means that water is not deliberately added in such quantities that would bring about hydroalcoholysis to a significant extent. This does not rule out the entry of small amounts of water, which may be contained dissolved in the alcohol used in step (B.II), are introduced via the polyurethane foam or can be used as a solvent for the catalyst.
Wird die Chemolyse als Hydroalkoholyse ausgeführt, so wird als Chemolysereagenz ein Alkohol und Wasser eingesetzt, wobei diese beiden Komponenten vorvermischt werden können, aber nicht müssen. Insbesondere ist es auch möglich, zunächst nur den Alkohol (und allenfalls einen kleinen Teil des Wassers) zuzugeben und den Polyurethanschaum darin zu lösen, ehe das Wasser (bzw. das restliche Wasser) zugegeben wird. Bei der Hydroalkoholyse ist es bevorzugt, das insgesamt einzusetzende Wasser nicht auf einmal zuzugeben, sondern nach und nach, so, wie Waser in der Reaktion chemisch verbraucht wird. If the chemolysis is carried out as hydroalcoholysis, an alcohol and water are used as the chemolysis reagent, and these two components can, but do not have to, be premixed. In particular, it is also possible first to add only the alcohol (and possibly a small portion of the water) and to dissolve the polyurethane foam in it before the water (or the remaining water) is added. In the case of the hydroalcoholysis, it is preferable not to add all the water to be used all at once, but gradually, as water is chemically consumed in the reaction.
Unabhängig davon, ob die Chemolyse als Alkoholyse oder als Hydroalkoholyse durchgeführt wird, enthält das Chemolysereagenz bevorzugt einen Alkohol ausgewählt aus Ethylenglykol, Diethylenglykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol, Methylglykol, Triethylenglykol, Glycerin, 2 Methyl-1 ,3-Propandiol oder einer Mischung von zwei oder mehr der vorgenannten Alkohole. Besonders bevorzugt ist Diethylenglykol. Regardless of whether the chemolysis is carried out as an alcoholysis or as a hydroalcoholysis, the chemolysis reagent preferably contains an alcohol selected from ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, methyl glycol, triethylene glycol, glycerol, 2-methyl-1,3-propanediol or a mixture of two or more of the aforementioned alcohols. Diethylene glycol is particularly preferred.
Obwohl die Alkoholyse und die Hydroalkoholyse bevorzugt sind, können andere Chemolysemethoden wie die Hydrolyse oder die Aminolyse selbstverständlich ebenfalls eingesetzt werden. Although alcoholysis and hydroalcoholysis are preferred, other chemolysis methods such as hydrolysis or aminolysis can of course also be used.
Als Katalysator für Schritt (B. II) eignen sich insbesondere ein Alkalimetallhydroxid, ein Erdalkalimetallhydroxid, ein Alkalimetallsalz einer Carbonsäure (insbesondere ein Acetat), ein Erdalkalimetallsalz einer Carbonsäure (insbesondere ein Acetat), eine Lewis-Säure (insbesondere Dibutylzinndilaurat, Zinnoctoat, Monobutyl-Zinnoxid oder Tetrabutyl-Titanat) und/oder ein organisches Amin (insbesondere Diethanolamin, 1 ,1 , 3, 3 Tetramethylguanidin, 1 ,8-Diaza-bicyclo(5.4.0)undec-7-en oder 1 ,4-diazabicyclo[2.2.2]octan). Der Katalysator wird spätestens im Chemolysereaktor zugegeben; er kann aber auch, siehe die obigen Ausführungen, schon bereits zuvor in der Eintragseinrichtung zugegeben werden, insbesondere im Chemolysereagenz gelöst. Schritt (B.ll) kann in einem beliebigen, in der Fachwelt für einen derartigen Zweck bekannten Reaktor durchgeführt werden. Insbesondere eignen sich Rührkessel (gerührte Reaktoren) und Rohrreaktoren als Chemolysereaktoren. A particularly suitable catalyst for step (B.II) is an alkali metal hydroxide, an alkaline earth metal hydroxide, an alkali metal salt of a carboxylic acid (especially an acetate), an alkaline earth metal salt of a carboxylic acid (especially an acetate), a Lewis acid (especially dibutyltin dilaurate, tin octoate, monobutyl tin oxide or tetrabutyl titanate) and/or an organic amine (especially diethanolamine, 1,1,3,3-tetramethylguanidine, 1,8-diazabicyclo(5.4.0)undec-7-ene or 1,4-diazabicyclo[2.2 .2]octane). The catalyst is added at the latest in the chemolysis reactor; however, it can also, see the above statements, already be added to the feed device beforehand, in particular dissolved in the chemolysis reagent. Step (B.II) can be carried out in any reactor known in the art for such a purpose. Stirred tanks (stirred reactors) and tubular reactors are particularly suitable as chemolysis reactors.
Schritt (B.ll) liefert ein erstes Produktgemisch, das nicht umgesetztes (da überstöchiometrisch eingesetzt) Chemolysereagenz, (aus der Polyolkomponente stammende und/oder bei der Umsetzung mit dem Chemolysereagenz als Abbauprodukte neu gebildete) Polyole sowie (abhängig vom eingesetzten Chemolysereagenz) Carbamate und/oder Amine enthält. Das überschüssige Chemolysereagenz umfasst dabei in den bevorzugten Ausführungsformen unter Durchführung der Chemolyse als Alkoholyse oder Hydroalkoholyse mindestens den in der Chemolyse eingesetzten Alkohol sowie gegebenenfalls (bei Durchführung der Chemolyse als Hydroalkoholyse) Wasser, l/l/asser kann darüber hinaus auch bei Durchführung der Chemolyse als reiner Alkoholyse in geringer Menge vorhanden sein; siehe die obigen Ausführungen. Step (B.ll) provides a first product mixture which contains unreacted chemolysis reagent (because it is used superstoichiometrically), polyols (originating from the polyol component and/or newly formed as degradation products during the reaction with the chemolysis reagent) and (depending on the chemolysis reagent used) carbamates and /or contains amines. In the preferred embodiments, when the chemolysis is carried out as an alcoholysis or hydroalcoholysis, the excess chemolysis reagent comprises at least the alcohol used in the chemolysis and optionally (when the chemolysis is carried out as a hydroalcoholysis) water pure alcoholysis may be present in small amounts; see the explanations above.
Dieses erste Produktgemisch wird in Schritt (B.lll) aus dem Chemolysereaktor ausgetragen und dann der weiteren Aufarbeitung (Schritt (C), bevorzugt Schritt (C) und Schritt (D)) zugeführt. Als hierzu einzusetzende Austragseinrichtung können alle in der Fachwelt bekannten Einrichtungen zur Fluidförderung wie insbesondere Pumpen eingesetzt werden. This first product mixture is discharged from the chemolysis reactor in step (B.III) and then fed to further work-up (step (C), preferably step (C) and step (D)). As a discharge device to be used for this purpose, all devices known in the art for fluid delivery, such as in particular pumps, can be used.
GEWINNUNG DER POLYOLE RECOVERY OF THE POLYOLS
In Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das in Schritt (B) erhaltene erste Produktgemisch zur Gewinnung der Polyole aufgearbeitet. Diese Aufarbeitung kann grundsätzlich geschehen wie aus dem Stand der Technik bekannt. Bevorzugt wird das ersten Produktgemisch zunächst mit einem organischen Lösungsmittel versetzt. Hierfür stehen verschiedene mögliche Ausgestaltungen zur Verfügung: In step (C) of the process according to the invention, the first product mixture obtained in step (B) is worked up to obtain the polyols. In principle, this work-up can be carried out as known from the prior art. An organic solvent is preferably first added to the first product mixture. Various possible configurations are available for this:
In einer möglichen Ausgestaltung des Schrittes (C) umfasst dieser in den bevorzugten Ausführungsformen unter Durchführung der Chemolyse als Alkoholyse oder Hydroalkoholyse die Schritte: In a possible embodiment of step (C), in the preferred embodiments, with the chemolysis being carried out as an alcoholysis or hydroalcoholysis, this comprises the steps:
(C.l) Vermengen des in Schritt (B.lll) erhaltenen ersten Produktgemisches, insbesondere ohne vorherige Abtrennung gegebenenfalls in dem ersten Produktgemisch vorhandenen Wassers, mit einem organischen Lösungsmittel, das mit dem in Schritt (B) eingesetzten Alkohol nicht vollständig mischbar ist (insbesondere ein aliphatischer Kohlenwasserstoff, ein alicyclischer Kohlenwasserstoff, ein aromatischer Kohlenwasserstoff oder eine Mischung von zwei oder mehr der vorgenannten organischen Lösungsmittel) und Phasentrennung in eine erste Alkoholphase und eine erste Lösungsmittelphase; (Cl) Mixing the first product mixture obtained in step (B.III), in particular without prior separation of any water present in the first product mixture, with an organic solvent which is not completely miscible with the alcohol used in step (B) (in particular a aliphatic hydrocarbon, an alicyclic hydrocarbon, an aromatic hydrocarbon, or a mixture of two or more of the foregoing organic solvent) and phase separation into a first alcohol phase and a first solvent phase;
(C.ll) Aufarbeiten der ersten Lösungsmittelphase unter Gewinnung der Polyole. (C.II) Working up the first solvent phase to obtain the polyols.
Der Schritt (C.ll) umfasst dabei dem Fachmann bekannte Aufarbeitungsschritte wie insbesondere waschen und destillieren. Step (C.II) comprises work-up steps known to those skilled in the art, such as washing and distillation in particular.
In einer anderen möglichen Ausgestaltung des Schrittes (C) umfasst dieser in den bevorzugten Ausführungsformen unter Durchführung der Chemolyse als Alkoholyse oder Hydroalkoholyse die Schritte: In another possible embodiment of step (C), in the preferred embodiments, with the chemolysis being carried out as an alcoholysis or hydroalcoholysis, this comprises the steps:
(C.l*) Vermischen des in Schritt (B. Ill) erhaltenen ersten Produktgemisches mit einem organischen Lösungsmittel, das mit dem in Schritt (B) eingesetzten Alkohol mischbar ist (insbesondere ein Halogen-substituierter aliphatischer Kohlenwasserstoff, ein Halogen-substituierter alicyclischer Kohlenwasserstoff, ein Halogen-substituierter aromatischer Kohlenwasserstoff oder eine Mischung von zwei oder mehr der vorgenannten organischen Lösungsmittel), optional gefolgt von einer Abtrennung fester Bestandteile, unter Erhalt eines zweiten Produktgemisches;(C.l*) mixing the first product mixture obtained in step (B.III) with an organic solvent which is miscible with the alcohol used in step (B) (in particular a halogen-substituted aliphatic hydrocarbon, a halogen-substituted alicyclic hydrocarbon, a Halogen-substituted aromatic hydrocarbon or a mixture of two or more of the aforesaid organic solvents), optionally followed by a separation of solid components to give a second product mixture;
(C.ll*) Waschen des in Schritt (C.l*) erhaltenen zweiten Produktgemisches mit einer wässrigen Waschflüssigkeit (wobei im zweiten Produktgemisch gegebenenfalls enthaltene Carbamate teilweise unter Freisetzung von Aminen und Alkohol hydrolysiert werden) und Phasentrennung in eine erste Lösungsmittelphase enthaltend in Schritt (C.l*) eingesetztes organisches Lösungsmittel und Polyole, und eine erste wässrige Phase, enthaltend Wasser, Alkohol, Carbamate und Amine;(C.ll*) Washing of the second product mixture obtained in step (C.l*) with an aqueous washing liquid (whereby any carbamates present in the second product mixture are partially hydrolyzed with release of amines and alcohol) and phase separation into a first solvent phase containing in step (C.l *) organic solvents and polyols used, and a first aqueous phase containing water, alcohol, carbamates and amines;
(C.lll*) Aufarbeiten der ersten Lösungsmittelphase unter Gewinnung der Polyole. (C.III*) Work-up of the first solvent phase to obtain the polyols.
Der Schritt (C.lll*) umfasst dabei wiederum dem Fachmann bekannte Aufarbeitungsschritte wie insbesondere waschen und destillieren. Step (C.III*) in turn comprises work-up steps known to those skilled in the art, such as, in particular, washing and distillation.
Eine Extraktion des ersten Produktgemisches mit einem organischen Lösungsmittel kann selbstverständlich auch bei Durchführung der Chemolyse als reine Hydrolyse durchgeführt werden. An extraction of the first product mixture with an organic solvent can of course also be carried out when carrying out the chemolysis as a pure hydrolysis.
GEWINNUNG DER AMINE RECOVERY OF THE AMINES
Bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße Verfahren einen Schritt (D) zur Gewinnung mindestens eines Amins, das zu einem Isocyanat der Isocyanatkomponente korrespondiert. Ausgangspunkt für diesen Teil der Aufarbeitung ist die in Schritt (C) aus dem ersten Produktgemisch gewonnene Alkoholphase bzw. erste wässrige Phase. The process according to the invention preferably comprises a step (D) for obtaining at least one amine which corresponds to an isocyanate of the isocyanate component. The starting point for this part of the work-up is the alcohol phase or first aqueous phase obtained from the first product mixture in step (C).
Die Art der Durchführung des Schrittes (D) hängt insbesondere von der Art der Durchführung des Schritts (B. II) ab. Wird Schritt (B) als Alkoholyse durchgeführt, so wird die erste Alkoholphase bzw. die erste wässrige Phase regelmäßig noch substantielle Anteile an Carbamaten enthalten, die in Schritt (D) hydrolysiert werden müssen. Eine solche Hydrolyse wird vorteilhafterweise katalytisch durchgeführt, wobei sich die gleichen Katalysatoren wie zuvor für die Chemolyse beschrieben eignen. The way in which step (D) is carried out depends in particular on the way in which step (B.II) is carried out. If step (B) is carried out as an alcoholysis, the first alcohol phase or the first aqueous phase will regularly still contain substantial proportions of carbamates which have to be hydrolyzed in step (D). Such a hydrolysis is advantageously carried out catalytically, with the same catalysts as described above being suitable for the chemolysis.
Wird der Schritt (B. II) als Hydroalkoholyse durchgeführt, so liegen an dieser Stelle des Verfahrens bereits keine Carbamate mehr vor (oder allenfalls in unbedeutenden Spurenanteilen), sodass ein separater Hydrolyseschritt verzichtbar ist. If step (B.II) is carried out as a hydroalcoholysis, then at this point in the process there are no longer any carbamates present (or at most in insignificant trace amounts), so that a separate hydrolysis step can be dispensed with.
Unabhängig davon umfasst Schritt (D) Aufarbeitungsschritte, wie insbesondere eine Destillation, um das durch die Spaltung der Urethanbindungen erhaltene Amin zu reinigen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, die Isolierung aus einem Polyurethanschaum zurückgewonnener Amine in einen Prozess zur Herstellung neuen Amins einzubinden, wie in WO 2020/260387 A1 und der noch unveröffentlichten Patentanmeldung PCT/EP2021/075916 beschrieben wird. Regardless of this, step (D) comprises work-up steps, such as in particular a distillation, in order to purify the amine obtained by cleaving the urethane bonds. It is particularly advantageous here to integrate the insulation of amines recovered from a polyurethane foam into a process for producing new amines, as described in WO 2020/260387 A1 and the as yet unpublished patent application PCT/EP2021/075916.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen noch näher erläutert. The invention is explained in more detail below using examples.
Beispiele: Examples:
Beispiel 1 (erfindunqsqemäß, erste Variante): Example 1 (according to the invention, first variant):
Es wurden 250 g Polyurethanflocken (Toluylendiisocyanat-basierter Weichschaum) in einen flexiblen Polyethylen- (PE-)Beutel (30 L) eingefüllt, verschlossen und an eine Vakuumpumpe angeschlossen. Durch Starten der Vakuumpumpe wurde der Druck im Inneren des PE-Beutels auf einen Wert von unter lO mbar^s) reduziert. Anschließend wurde das Innere des PE- Beutels durch Zugabe von Stickstoff auf Umgebungsdruck entspannt. Dieser Vorgang wurde 2 weitere Male wiederholt. Anschließend wurde eine Sauerstoffsonde in den Auslass des Beutels gesteckt. Durch Ausüben von Druck auf den inertisierten Beutel wurde das darin befindliche Gas über 1 min. an der Sauerstoffsonde vorbeigeströmt. Während keiner Zeit überschritt der Sauerstoffgehalt in der Abluft 0,5 Vol.-%. 250 g of polyurethane flakes (toluylene diisocyanate-based flexible foam) were filled into a flexible polyethylene (PE) bag (30 L), sealed and connected to a vacuum pump. By starting the vacuum pump, the pressure inside the PE bag was reduced to a value below 10 mbar^s). The interior of the PE bag was then expanded to ambient pressure by adding nitrogen. This process was repeated 2 more times. An oxygen probe was then inserted into the outlet of the bag. By exerting pressure on the inerted bag, the gas in it flowed past the oxygen probe for 1 minute. At no time did the oxygen content in the exhaust air exceed 0.5% by volume.
Anschließend wurde mit den inertisierten Schaumstoffflocken eine Glykolyse wie folgt durchgeführt: A glycolysis was then carried out with the inerted foam flakes as follows:
In einem 1 L 3-Hals-Rundkolben wurden 250 g Diethylenglykol und 2,5 g Bismuth trineodecanoat vorgelegt und auf 200 °C aufgeheizt. Anschließend wurden die Polyurethanflocken zugegeben, aufgelöst und 3 h weiter bei 200 °C gehalten. Während der Zugabe und Reaktion war eine Stickstoffspülung dauerhaft angeschaltet (mit 10 NL/h). Nach der Reaktionszeit wurde das Gemisch auf Raumtemperatur abgekühlt. 250 g of diethylene glycol and 2.5 g of bismuth trineodecanoate were placed in a 1 L 3-neck round bottom flask and heated to 200.degree. The polyurethane flakes were then added, dissolved and kept at 200° C. for a further 3 hours. During the addition and reaction, a nitrogen purge was switched on continuously (at 10 NL/h). After the reaction time, the mixture was cooled to room temperature.
Beispiel 2 (Verqleichsversuch): Example 2 (comparison test):
Die Chemolyse von Polyurethanflocken wurde analog zu Beispiel 1 durchgeführt, jedoch ohne das erfindungsgemäße Entgasen. Auch hier war eine Stickstoffspülung während der Dosierung und Reaktion dauerhaft angeschlossen. The chemolysis of polyurethane flakes was carried out analogously to Example 1, but without the degassing according to the invention. Here, too, a nitrogen purge was permanently connected during metering and reaction.
In Beispiel 2 zeigte sich eine deutliche Schwarzfärbung des Reaktionsgemisches, während der zuvor entgaste Polyurethanschaum (Beispiel 1) lediglich eine leichte Braunfärbung aufwies. Dies zeigt zweifelsfrei den Einfluss des in der Zellstruktur des Polyurethanschaumstoffs enthaltenen Sauerstoffes durch deutlich gesteigerte Oxidation der während der Glykolyse freiwerdenden Toluylendiamin-Verbindungen. In Example 2, the reaction mixture was clearly black, while the previously degassed polyurethane foam (Example 1) was only slightly brown. This clearly shows the influence of the oxygen contained in the cell structure of the polyurethane foam through significantly increased oxidation of the toluenediamine compounds released during glycolysis.

Claims

Patentansprüche: Patent Claims:
1. Verfahren zur Wiedergewinnung von Rohstoffen aus einem auf einer Isocyanatkomponente und einer Polyolkomponente basierenden Polyurethanschaum aufweisend eine Zellstruktur enthaltend eine Komponente X ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Sauerstoff, einem Treibmittel, einem Desinfektionsmittel und einer Mischung aus zwei oder mehr der vorgenannten, wobei die Komponente X mindestens Sauerstoff umfasst, durch Umsetzung des Polyurethanschaums mit einem Chemolysereagenz, das Verfahren umfassend: 1. Process for the recovery of raw materials from a polyurethane foam based on an isocyanate component and a polyol component, having a cell structure containing a component X selected from the group consisting of oxygen, a blowing agent, a disinfectant and a mixture of two or more of the aforementioned, the component X comprises at least oxygen, by reacting the polyurethane foam with a chemolysis reagent, the method comprising:
(A) Bereitstellen des Polyurethanschaums in einem Behälter; (A) providing the polyurethane foam in a container;
(B) Chemolyse des Polyurethanschaums in einer Chemolysevorrichtung aufweisend (i) eine Eintragseinrichtung, (ii) einen mit der Eintragseinrichtung verbundenen Chemolysereaktor, (iii) eine mit dem Chemolysereaktor verbundene Austragseinrichtung und (iv) eine in dem Behälter und/oder in der Eintragseinrichtung angeordnete Gasabführeinrichtung, wobei die Chemolyse umfasst: (B) Chemolysis of the polyurethane foam in a chemolysis device having (i) an entry device, (ii) a chemolysis reactor connected to the entry device, (iii) a discharge device connected to the chemolysis reactor and (iv) one arranged in the container and/or in the entry device Gas removal device, wherein the chemolysis comprises:
(B.l) Einbringen des Polyurethanschaums aus dem Behälter in die Eintragseinrichtung und von dort in den Chemolysereaktor, wobei der Polyurethanschaum vor Inkontaktbringen mit dem Chemolysereagenz entgast wird, indem (B.l) introducing the polyurethane foam from the container into the entry device and from there into the chemolysis reactor, the polyurethane foam being degassed before it is brought into contact with the chemolysis reagent by
(a) mindestens Sauerstoff, bevorzugt jedoch alle Bestandteile der Komponente X bzw. gasförmige Zersetzungsprodukte derselben, bei einem Druck von maximal 960 mbar(abs.) und einer Temperatur von maximal 120 °C gasförmig über die Gasabführeinrichtung aus der Chemolysevorrichtung abgeführt werden, sodass ein entgaster Polyurethanschaum erhalten wird; (a) at least oxygen, but preferably all components of component X or gaseous decomposition products thereof, are removed in gaseous form via the gas removal device from the chemolysis device at a maximum pressure of 960 mbar (abs.) and a maximum temperature of 120 °C, so that a degassed polyurethane foam is obtained;
(B.ll) Umsetzen des entgasten Polyurethanschaums im Chemolysereaktor mit einem Chemolysereagenz in Gegenwart eines Katalysators in einer Inertgasatmosphäre unter Erhalt eines Produktgemisches; (B.II) reacting the degassed polyurethane foam in the chemolysis reactor with a chemolysis reagent in the presence of a catalyst in an inert gas atmosphere to obtain a product mixture;
(B.l II) Austragen des Produktgemisches aus dem Chemolysereaktor durch die Austragseinrichtung; gefolgt von (B.l II) discharge of the product mixture from the chemolysis reactor through the discharge device; followed by
Aufarbeiten des Produktgemisches umfassend: (C) Gewinnen eines Polyols; und Processing of the product mixture comprising: (C) recovering a polyol; and
(D) optional, Gewinnen eines Amins, das zu einem Isocyanat der Isocyanatkomponente korrespondiert. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Entgasen des Polyurethanschaums in (B.l) durchgeführt wird, indem (D) optionally, recovering an amine corresponding to an isocyanate of the isocyanate component. Process according to Claim 1, in which the degassing of the polyurethane foam in (B.l) is carried out by
(1) der Polyurethanschaum in einem ersten Schritt bei einer ersten Temperatur im Bereich von -20 °C bis 120 °C einem ersten Druck im Bereich von 0,1 mbar(abs ) bis 100 mbar(abs ) ausgesetzt wird, und (1) in a first step, the polyurethane foam is exposed to a first pressure in the range from 0.1 mbar(abs) to 100 mbar(abs) at a first temperature in the range from -20 °C to 120 °C, and
(2) der Polyurethanschaum in einem zweiten Schritt durch Zufuhr eines Inertgases einem zweiten Druck ausgesetzt wird, der größer als der erste Druck ist und maximal 2,0 bar(abs ) beträgt. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem der Behälter und/oder die Eintragseinrichtung innen mit einer flexiblen Auskleidung versehen ist, die im ersten Schritt durch Einstellung des ersten Drucks zusammengezogen wird und so den Polyurethanschaum zusammendrückt, und die im zweiten Schritt durch Zufuhr des Inertgases wieder ausgedehnt wird. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem die Eintragseinrichtung über einen ersten Schleusenbereich, aufweisend eine absperrbare Zuführeinrichtung für den in Schritt (A) bereitgestellten Polyurethanschaum und eine absperrbare Abführeinrichtung für den entgasten Polyurethanschaum, verfügt, wobei in Schritt (B.l) die folgenden Schritte durchlaufen werden: (2) in a second step, the polyurethane foam is subjected to a second pressure by supplying an inert gas, which pressure is greater than the first pressure and amounts to a maximum of 2.0 bar(abs). Method according to claim 2, in which the container and/or the infeed device is provided internally with a flexible liner which in the first step is contracted by adjusting the first pressure and so compresses the polyurethane foam, and which is expanded again in the second step by supplying the inert gas becomes. The method according to claim 2, in which the entry device has a first lock area, having a lockable feed device for the polyurethane foam provided in step (A) and a lockable discharge device for the degassed polyurethane foam, the following steps being carried out in step (B.l):
(B.I.I.a) Absperren der Abführeinrichtung des ersten Schleusenbereichs, Einträgen von Polyurethanschaum in den ersten Schleusenbereich und Absperren der Zuführeinrichtung des ersten Schleusenbereichs; (B.I.I.a) Blocking off the discharge device of the first lock area, entries of polyurethane foam into the first lock area and blocking off the feed device of the first lock area;
(B.l.2.a) Durchführung des ersten Schritts von (B.l) im ersten Schleusenbereich;(B.l.2.a) Carrying out the first step of (B.l) in the first lock area;
(B.l.3.a) Durchführung des zweiten Schritts von (B.l) im ersten Schleusenbereich durch Zufuhr des Inertgases unter Erhalt entgasten Polyurethanschaums;(B.l.3.a) Carrying out the second step of (B.l) in the first lock region by supplying the inert gas to obtain degassed polyurethane foam;
(B.l.4.a) Überführen des in (B.l.3.a) erhaltenen entgasten Polyurethanschaums in den Chemolysereaktor. Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem die Eintragseinrichtung zusätzlich zum ersten Schleusenbereich über einen zweiten Schleusenbereich verfügt, der eine absperrbare Zuführeinrichtung für den in Schritt (A) bereitgestellten Polyurethanschaum und eine absperrbare Abführeinrichtung für den entgasten Polyurethanschaum aufweist, wobei in Schritt (B.I.I .a) eine erste Teilmenge des Polyurethanschaums in den ersten Schleusenbereich eingeführt wird, sodass in Schritt (B.l.3a) eine erste Teilmenge des entgasten Polyurethanschaums erhalten wird, wobei in Schritt (B.l) zusätzlich die folgenden Schritte durchlaufen werden: (Bl4.a) Transferring the degassed polyurethane foam obtained in (Bl3.a) into the chemolysis reactor. Method according to Claim 4, in which the entry device has, in addition to the first lock area, a second lock area which has a lockable feed device for the polyurethane foam provided in step (A) and a lockable discharge device for the degassed polyurethane foam, wherein in step (BII .a) a first subset of the polyurethane foam is introduced into the first lock area, so that in step (Bl3a) a first subset of the degassed polyurethane foam is obtained, with the following steps also being run through in step (Bl):
(B.l.1.b) Absperren der Abführeinrichtung des zweiten Schleusenbereichs, Einträgen einer zweiten Teilmenge des Polyurethanschaums in den zweiten Schleusenbereich und Absperren der Zuführeinrichtung des zweiten Schleusenbereichs; (B.l.1.b) blocking off the discharge device of the second lock area, entering a second subset of the polyurethane foam into the second lock area and blocking off the feed device of the second lock area;
(B.l.2.b) Durchführung des ersten Schrittes von (B.l) im zweiten Schleusenbereich;(B.l.2.b) Carrying out the first step of (B.l) in the second lock area;
(B.l.3.b) Durchführung des zweiten Schrittes von (B.l) im zweiten Schleusenbereich durch Zufuhr des Inertgases unter Erhalt einer zweiten Teilmenge des entgasten Polyurethanschaums; (B.l.3.b) Carrying out the second step of (B.l) in the second lock region by supplying the inert gas to obtain a second portion of the degassed polyurethane foam;
(B.l.4.b) Überführen der zweiten Teilmenge des entgasten Polyurethanschaums in den Chemolysereaktor; wobei die Schritte (B.I.I .a) bis (B.l.4.a) so auf die Schritte (B.l.1.b) bis (B.l.4.b) abgestimmt werden, dass kontinuierlich entgaster Polyurethanschaum in den Chemolysereaktor überführt wird. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem der Polyurethanschaum während des ersten Schritts von (B.l) durch eine in einem ersten Teil der Eintragseinrichtung angeordnete Einrichtung zur mechanischen Zerkleinerung gefördert und zerkleinert wird, wobei der zweite Schritt derart durchgeführt wird, dass der nach der mechanischen Zerkleinerung vorliegende Polyurethanschaum durch einen zweiten, dem ersten nachgeschalteten, Teil der Eintragseinrichtung in eine Inertgasatmosphäre, die unter dem zweiten Druck steht, gefördert wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei welchem der zweite Druck maximal 1 ,8 bar(abs ) beträgt. Verfahren nach Anspruch 1 , bei welchem das Entgasen des Polyurethanschaums in (B.l) durchgeführt wird, indem (1) der Polyurethanschaum in einem ersten Schritt bei einer ersten Temperatur im Bereich von -20 °C bis 120 °C und einem ersten Druck im Bereich von 0,1 mbar(abs) bis 960 mbar(abs), insbesondere 100 mbar(abs) bis 960 mbar(abs), zu einer in der Eintragseinrichtung angeordneten Einrichtung zur mechanischen Kompression gefördert wird, wobei die Gasabführeinrichtung der Einrichtung zur mechanischen Kompression vorgeschaltet ist, und (Bl4.b) transferring the second portion of the degassed polyurethane foam to the chemolysis reactor; steps (BII.a) to (Bl4.a) being matched to steps (Bl1.b) to (Bl4.b) in such a way that continuously degassed polyurethane foam is transferred to the chemolysis reactor. Method according to claim 2, wherein during the first step of (Bl) the polyurethane foam is conveyed and comminuted by a mechanical comminution device arranged in a first part of the input device, the second step being carried out in such a way that the one present after the mechanical comminution Polyurethane foam is conveyed through a second part of the entry device, downstream of the first, into an inert gas atmosphere which is under the second pressure. Method according to one of Claims 2 to 6, in which the second pressure is a maximum of 1.8 bar(abs). The method of claim 1, wherein the degassing of the polyurethane foam in (Bl) is carried out by (1) the polyurethane foam in a first step at a first temperature in the range from -20 °C to 120 °C and a first pressure in the range from 0.1 mbar(abs) to 960 mbar(abs), in particular 100 mbar(abs ) to 960 mbar(abs), to a device for mechanical compression arranged in the intake device, the gas discharge device being connected upstream of the device for mechanical compression, and
(2) der Polyurethanschaum in einem zweiten Schritt in der Einrichtung zur mechanischen Kompression bei einem zweiten Druck im Bereich von 5 bar(abs ) bis 200 bar(abs ) komprimiert wird. (2) the polyurethane foam is compressed in a second step in the mechanical compression device at a second pressure ranging from 5 bar(abs) to 200 bar(abs).
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem die Gasabführeinrichtung in der Eintragseinrichtung angeordnet ist. 9. The method as claimed in claim 8, in which the gas discharge device is arranged in the entry device.
10. Verfahren nach einem Ansprüche 2 bis 9, bei welchem der zweite Schritt bei einer zweiten Temperatur durchgeführt wird, welche im Bereich von -20 °C bis 120 °C liegt. 10. The method according to any one of claims 2 to 9, wherein the second step is carried out at a second temperature which is in the range of -20°C to 120°C.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, bei welchem die Komponente X (mindestens) einen Bestandteil enthält, der bei einer Temperatur von 0 °C und einem Druck von 1 ,000 bar(abs ) flüssig ist, und bei welchem die erste Temperatur mindestens 16 °C beträgt. 11. The method according to any one of claims 2 to 10, in which the component X contains (at least) one component which is liquid at a temperature of 0 ° C and a pressure of 1, 000 bar (abs), and in which the first temperature is at least 16 °C.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem Schritt (B. II) bei einer Temperatur Bereich von 140 °C bis 240 °C durchgeführt wird. 12. The method according to any one of the preceding claims, in which step (B.II) is carried out at a temperature in the range from 140°C to 240°C.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem das Treibmittel Pentan, einen Fluorchlorkohlenwasserstoff, Dichlormethan oder eine Mischung von zwei oder mehr der vorgenannten umfasst; und das Desinfektionsmittel Wasserstoffperoxid, Chlordioxid, Formaldehyd, Peressigsäure, ein Alkalimetallhypochlorit, Ethanol, Isopropanol, 1-Propanol oder eine Mischung von zwei oder mehr der vorgenannten umfasst. 13. A method according to any one of the preceding claims wherein the blowing agent comprises pentane, a chlorofluorocarbon, dichloromethane or a mixture of two or more of the foregoing; and the disinfectant comprises hydrogen peroxide, chlorine dioxide, formaldehyde, peracetic acid, an alkali metal hypochlorite, ethanol, isopropanol, 1-propanol, or a mixture of two or more of the foregoing.
14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem die Isocyanatkomponente ein Isocyanat ausgewählt aus Toluylendiisocyanat, den Di- und Polyisocyanaten der Diphenylmethanreihe, 1 ,5-Pentandiisocyanat, 1 ,6-Hexamethylen- diisocyanat, Isophorondiisocyanat, Xylylendiisocyanat oder einer Mischung von zwei oder mehr der vorgenannten Isocyanate enthält, und/oder bei welchem die Polyolkomponente ein Polyol ausgewählt aus einem Polyetherpolyol, einem Polyesterpolyol, einem Polyetherester-Polyol, einem Polyethercarbonatpolyol oder einer Mischung von zwei oder mehr der vorgenannten Polyole enthält. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem das Chemolysereagenz Ethylenglykol, Diethylenglykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol,14. The method according to any one of the preceding claims, wherein the isocyanate component is an isocyanate selected from toluylene diisocyanate, the di- and polyisocyanates of the diphenylmethane series, 1, 5-pentane diisocyanate, 1, 6-hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, xylylene diisocyanate or a mixture of two or contains more of the aforementioned isocyanates, and/or wherein the polyol component comprises a polyol selected from a polyether polyol, a polyester polyol, a polyetherester polyol, a polyethercarbonate polyol, or a mixture of two or more of the foregoing polyols. A method according to any one of the preceding claims, wherein the chemolysis reagent is ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol,
Methylglykol, Triethylenglykol, Glycerin, 2-Methyl-1 ,3-Propandiol oder einer Mischung von zwei oder mehr der vorgenannten Alkohole umfasst. Methyl glycol, triethylene glycol, glycerol, 2-methyl-1, 3-propanediol or a mixture of two or more of the aforementioned alcohols.
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