[发明专利]分解和回收异氰酸酯化合物的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于水解和循环聚异氰酸酯衍生物，例如在包括家具、垫褥、车辆、建筑材料和消费电器所用的绝热材料和鞋底等应用中广泛使用的聚氨酯树脂，以及在化工厂中作为副产物排出的蒸馏残渣中的异氰酸酯化合物的低聚物的设备和方法。使这类聚异氰酸酯衍生物与被加热到高温并被加压成液态的水接触，从而将其水解，并作为靶化合物的原料或其衍生物加以回收。在本发明中，“聚异氰酸酯衍生物”指的是有至少一个异氰酸基和/或由一种异氰酸基得到的基团的衍生物，并包括从低分子量化合物到聚合物的各种化合物。

背景技术

在日本每年以软、半硬和硬聚氨酯发泡体、弹性体和反应注模塑料(RIM)的形式生产大约400,000吨聚氨酯树脂，并将其用在各种领域中。近来全世界公众对环保的认识已经增强，在这种形势下已经开展了开发循环使用各种塑料，包括聚氨酯树脂的研究工作。

可以将已知的循环使用聚氨酯树脂的方法大致分成以下类型：1)一种原料循环技术；2)一种化学循环技术；和3)一种能量循环技术。在原料循环技术1)中，聚氨酯树脂经过一种例如破碎的机械处理，而不改变它们的物理性质。破碎的聚氨酯树脂经过热压模或粘合压模，成为新产品，或被用作为挤出产品、RIM产品、混凝土等的填料。在化学循环技术2)中，聚氨酯树脂被回收成为原料或可被用作为原料的化学物质。被认为是化学循环技术的方法有乙二醇分解法、胺分解法和水解法等。在能量循环方法3)中，聚氨酯树脂被用作为能源。具体地说是将聚氨酯树脂直接作为燃料，或使其经过处理，以发生蒸汽或燃料气，然后将它们用作为燃料。

本发明的方法被归类为化学循环技术2)。但是传统的化学循环技术有一些缺点，它需要例如乙二醇、胺和碱等其它化合物作为一种分解剂，此外需要较长的反应时间，这使得这种技术不够经济。由于有这些缺点，仅有很少真正利用传统的化学循环技术来循环聚氨酯树脂的例子。

另一方面已经开展了一些研究工作来开发另一种化学循环技术，它用水作为分解剂，将聚氨酯树脂水解成多元醇和胺。例如，日本专利公开出版物54-70377披露了一种在有过热蒸汽和一种碱金属/碱土金属化合物的情况下，在大约300℃或更低温度和0.4～10表压压力下分解聚氨酯的方法。在日本专利公开出版物No.54-70377所披露的发明中，发明人进行了各种研究，以发现一种用过热蒸汽水解聚氨酯的方法。但是在低于10个表压的压力下，反应速率低，需要较长的反应时间。因此在报道中他们的结论是能显示作为催化剂的活性的化合物，例如铵和碱的存在是必需的。

除了用于循环使用过的聚氨酯树脂的方法之外，还需要建立用于循环在化工厂中被当作副产物排出的废料的方法。在化工厂中作为合成一种带有异氰酸基的化合物的提纯和蒸馏工序的蒸馏残渣而被排出的这类废料几乎总是含有目标化合物的低聚物，如二聚体和三聚体。然而却不可能利用这些低聚物。例如在一个生产一种二异氰酸酯化合物的化工厂中，在提纯和蒸馏工序得到一种作为最终产品的高纯度的二异氰酸酯化合物。虽然提纯和蒸馏工序产生的蒸馏残渣包含一种二异氰酸酯化合物，即目标化合物，但这些蒸馏残渣却不能被循环，而是利用焚烧等方法作为废料而加以处置。这是因为无法将二异氰酸酯化合物与其低聚物或其它杂质分离。

英国专利出版物991387和1047101，美国专利3,225,094和4,137,266分别公开了一种用于水解和循环异氰酸酯衍生物的方法，其中异氰酸酯衍生物是以胺化合物的形式被循环的。因为所有这些方法都是分批处理的方法，其缺点是在批与批交替时需要大量能量来提高和降低温度和压力。此外就设备规模而言，异氰酸酯衍生物的处理能力也受到限制。因此这些方法均不适合于工业应用。

日本专利公开出版物9-151270公开了一种循环甲苯二异氰酸酯的方法，其中甲苯二异氰酸酯是以甲苯二胺的形式被回收的。但是未详细披露水解和后加工的最佳条件。

鉴于以上所述，本发明的目的是提供一种工业规模的，事实上仅用水作为水解剂在没有任何其它化合物的情况下有效地循环聚氨酯树脂和在生产低分子量聚异氰酸酯化合物的生产线上排出的废料的设备和方法。

发明公开