近日，杭州師范大學(xué)朱雨田教授和浙江大學(xué)謝濤教授合作，提出了一種高效、低成本的熱固性聚氨酯泡沫（PUF）回收新策略。該技術(shù)通過(guò)單一化學(xué)試劑（丙酮肟）實(shí)現(xiàn)泡沫的完全解構(gòu)與重構(gòu)，機(jī)械性能甚至優(yōu)于原始材料，為全球聚氨酯廢棄物治理提供了突破性解決方案，相關(guān)論文以“Atom economic closed-loop recycling of thermoset polyurethane foams”為題，發(fā)表在《自然·通訊》（Nature Communications）上。
研究背景與挑戰(zhàn)
熱固性聚氨酯泡沫廣泛應(yīng)用于汽車座椅、家具、包裝等領(lǐng)域，2022年全球年產(chǎn)量達(dá)1400萬(wàn)噸，占聚氨酯市場(chǎng)的67%。然而，其交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致傳統(tǒng)回收方法（如填埋、焚燒或化學(xué)解聚）效率低下，且伴隨二次污染和高成本問(wèn)題?，F(xiàn)有化學(xué)回收技術(shù)需消耗多種試劑（如催化劑、溶劑），且回收產(chǎn)物性能往往下降，經(jīng)濟(jì)性不足。
技術(shù)突破：閉環(huán)回收策略
研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地利用聚氨酯網(wǎng)絡(luò)中尿素、氨基甲酸酯和縮二脲鍵的動(dòng)態(tài)平衡特性，通過(guò)添加過(guò)量丙酮肟在130℃下解構(gòu)泡沫，將其轉(zhuǎn)化為表面功能化的微顆粒。隨后，通過(guò)真空蒸發(fā)移除丙酮肟，微顆粒重新交聯(lián)形成新泡沫，且丙酮肟在過(guò)程中作為發(fā)泡劑被完全回收。
圖1.聚氨酯泡沫塑料 （PUF） 原子經(jīng)濟(jì)閉環(huán)回收設(shè)計(jì)原理。
圖2.將聚氨酯泡沫 （PUF） 解構(gòu)為表面功能顆粒。
關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)：
1.原子經(jīng)濟(jì)性：僅使用丙酮肟一種試劑且100%回收，無(wú)其他化學(xué)消耗；
2.性能保留：再生泡沫的機(jī)械性能（如模量、回彈性）與原始泡沫相當(dāng)，部分條件下更優(yōu)；
3.環(huán)境友好：生命周期評(píng)估顯示，該技術(shù)較傳統(tǒng)化學(xué)回收法降低47.8%化石資源消耗、82.3%臭氧損耗潛力。
實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與機(jī)制
· 解構(gòu)過(guò)程：通過(guò)核磁共振（NMR）和X射線光電子能譜（XPS）證實(shí)，丙酮肟通過(guò)可逆反應(yīng)斷裂網(wǎng)絡(luò)鍵，形成可重構(gòu)的微顆粒。
· 重構(gòu)性能：再生泡沫孔隙率達(dá)90%，壓縮測(cè)試顯示應(yīng)變硬化特性，適用于高負(fù)載場(chǎng)景。經(jīng)三次循環(huán)回收后，力學(xué)性能仍保持穩(wěn)定。
· 經(jīng)濟(jì)性：技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析表明，該工藝成本僅0.59美元/千克，為傳統(tǒng)方法（2.06美元/千克）的28.6%。
圖3.聚氨酯泡沫塑料 （PUF） 解構(gòu)的化學(xué)機(jī)制。
圖4.聚氨酯泡沫 （PUF） 的重建。
應(yīng)用前景與展望
該技術(shù)有望規(guī)?；鉀Q聚氨酯廢棄物難題，并為其他熱固性材料（如環(huán)氧樹(shù)脂）的回收提供新思路。團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)一步優(yōu)化工藝，縮短發(fā)泡時(shí)間并探索更低毒性的替代試劑。
