Ķīmiski pārstrādāti poliuretāna putuplasta atkritumi kā izejviela jaunu polimēru izstrādei izmantojot Maikla pievienošanās reakciju (RecPUR)

Mūsdienās, ievērojot Eiropas Zaļā kursa definētos mērķus un arī Latvijas Bioekonomikas stratēģijas mērķus, būtiski ir aizstāt naftas ķīmijas izejvielas ar atjaunojamajām un reciklējamām izejvielām, tādējādi samazinot CO2 izmešus. Projektā RecPUR tiks izmantoti milzīgas ekoloģiskās problēmas izraisošie poliuretānu putuplastu atkritumi un lokālais resurss talleļļa, kas ir koksnes izcelsmes atjaunojamais izejmateriāls, iegūts celulozes ražošanas procesā. Projektā RecPUR ir izvirzīta ideja par poliuretāna putuplastu atkritumu depolimerizāciju izmantojot poliolus no taleļļas vai epoksidētas taleļļas taukskābēm. No depolimerizētā poliuretāna putuplasta tiks sintezēti divu veidu monomēri: Mihaela donors – acetoacetāta grupas saturošs monomērs, un Mihaela akceptors – akrilskābes grupas saturošs monomērs. Secīgi no iegūtajiem donora un akceptora monomēriem tiks iegūts polimērs, izmantojot Mihaela pievienošanās mehānismu. Iegūtais polimērs saturēs uretāna grupas, bet sintēzes procesā netiks izmantots izocianāts. RecPUR beigu aktivitāte ir Mihaela polimēra uzputošana, izmantojot jaunās paaudzes uzputošanās aģentus, tādējādi iegūstot siltumizolācijas materiālu, kas īpašību ziņā būtu konkurētspējīgs ar līdz šim lietoto poliuretānu putuplastu. Iegūtajiem polimēriem tiks pētītas fizikāli-mehāniskās un termiskās īpašības. Izstrādātajiem procesiem un tehnoloģijām būs liels komercializācijas potenciāls.

RecPUR mērķis ir sintezēt poliolus no pārstrādātām poliuretāna putām un iegūt jaunus polimēru materiālus no šiem polioliem, izmantojot Maikla pievienošanās reakciju. RecPur tiks izpildīts šādos posmos:

● Poliuretāna putu atkritumu (savu laiku nokalpojušu materiālu) depolimerizācija ar ilgtspējīgiem glikolīzes reaģentiem;

● Maikla pievienošanās reakcijas komponentu sintēze, kuru ķīmiskajā struktūrā ir uretāna grupas;

● Maikla pievienošanās reakcijas polimerizācijas procesa kinētikas pētījumi;

● Cieto polimēru putu izstrāde, kas satur uretāna savienojumus, izmantojot neizocianātu procesu.

Projekta īstenošanas gaita

01.01.2025. - uzsākta projekta īstenošana

Projekta progresa ziņojums par periodu no 01.01.2025. - 31.12.2025.

Projekta mērķis ir veikt cietā putupoliuretāna reciklēšanu, uzsvaru liekot uz taleļļas bāzētu poliolu izmantošanu depolimerizācijas procesos, tādējādi aizstājot no naftas iegūtos resursus, kas līdz šim ir izmantoti pārstrādes procesos. Iegūtie polioli tiks izmantoti kā prekursori Maikla polimēru izstrādāšanai.

Veiktās aktivitātes:

1. Izvēlēti izejmateriāli depolimerizācijas veikšanai – poliuretāna un poliizocianurāta putuplasti. Tiek izmantotas 4 putas – 1) puta no bio-bāzētiem polioliem ar izocianāta indeksu (II) 110; 2) puta no bio-bāzētiem polioliem ar II 400; 3) puta no naftas iegūtiem polioliem ar II 110; 4) puta no naftas iegūtiem polioliem ar II 400.
2. Veikta izvēlēto izejmateriālu depolimerizācija ar dietilēnglikolu, mainot reakciju temperatūru, izmantoto katalizatoru un putas:dietilēnglikola savstarpējo masas attiecību. Iegūto paraugu analizēšana – hidroksilskaitlis, skābes skaitlis, viskozitāte, mitrums, uzņemti spektri ar FTIR un GPC. No iegūtajiem rezultātiem atlasīti reciklētie polioli, kuriem ir zemākais hidroksilskaitlis, kas kalpo kā reference turpmākiem eksperimentiem. Galvenais secinājums – putas, kas iegūtas ar II 400, nedepolimerizējas izmantotajos apstākļos, ja kā katalizators tiek izmantots cinka acetāts, kopumā iegūtie dati nav krasi atšķirīgi, neatkarīgi no reakcijas apstākļiem.
3. Veikta izvēlēto izejmateriālu depolimerizācija, dietilēnglikolu daļēji aizstājot ar taleļļas taukskābju (TOFA) polioliem, iegūtie reciklētie polioli analizēti kā iepriekš. Secināts, ka lielākā daļa reciklēto poliolu atslāņojas, turpmākiem eksperimentiem netiks izmantoti.
4. Veikta izvēlēto izejmateriālu depolimerizācija, dietilēnglikolu daļēji aizstājot ar epoksidētas taleļļas taukskābju (ETOFA) polioliem, iegūtie reciklētie polioli analizēti kā iepriekš. Iegūtie reciklētie polioli neatslāņojas, tiem ir zemāks hidroksilskaitlis, salīdzinot ar tiem, kas iegūti depolimerizācijot tikai ar dietilēnglikolu, taču ir augstāka viskozitāte, kas var apgrūtināt turpmāku izmantošanu.
5. Veikta izvēlēto izejmateriālu depolimerizācija mikroviļņu ietekmē. Reciklētie polioli analizēti kā iepriekš. Galvenie secinājumi – process ir salīdzinoši ātrs, putu, kas iegūtas ar II 110, depolimerizēšanai nav nepieciešams katalizators, iegūtajiem polioliem ir nedaudz lielāks hidroksilskaitlis, salīdzinot ar iepriekš “parastajā sintēzē” iegūtajiem.
6. Sadarbība/mobilitāte. Veikta arī putu depolimerizēšana mikroviļņu reaktorā Prāgas Makromolekulu insitūtā, Čehijā.
7. Rezultātu izplatīšana. Dati prezentāti ar stenda referātu konferencē “Baltic Polymer Symposium 2025” Tallinā, Igaunijā.