近日，杭州師范大學朱雨田教授和浙江大學謝濤教授合作，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。該技術通過單一化學試劑（丙酮肟）實現泡沫的完全解構與重構，機械性能甚至優(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用于汽車座椅、家具、包裝等領域，2022年全球年產量達1400萬噸，占聚氨酯市場的67%。然而，其交聯網絡結構導致傳統(tǒng)回收方法（如填埋、焚燒或化學解聚）效率低下，且伴隨二次污染和高成本問題。現有化學回收技術需消耗多種試劑（如催化劑、溶劑），且回收產物性能往往下降，經濟性不足。
技術突破：閉環(huán)回收策略
研究團隊創(chuàng)新性地利用聚氨酯網絡中尿素、氨基甲酸酯和縮二脲鍵的動態(tài)平衡特性，通過添加過量丙酮肟在130℃下解構泡沫，將其轉化為表面功能化的微顆粒。隨后，通過真空蒸發(fā)移除丙酮肟，微顆粒重新交聯形成新泡沫，且丙酮肟在過程中作為發(fā)泡劑被完全回收。
圖1.聚氨酯泡沫塑料 （PUF） 原子經濟閉環(huán)回收設計原理。
圖2.將聚氨酯泡沫 （PUF） 解構為表面功能顆粒。
關鍵優(yōu)勢：
1.原子經濟性：僅使用丙酮肟一種試劑且100%回收，無其他化學消耗；
2.性能保留：再生泡沫的機械性能（如模量、回彈性）與原始泡沫相當，部分條件下更優(yōu)；
3.環(huán)境友好：生命周期評估顯示，該技術較傳統(tǒng)化學回收法降低47.8%化石資源消耗、82.3%臭氧損耗潛力。
實驗驗證與機制
· 解構過程：通過核磁共振（NMR）和X射線光電子能譜（XPS）證實，丙酮肟通過可逆反應斷裂網絡鍵，形成可重構的微顆粒。
· 重構性能：再生泡沫孔隙率達90%，壓縮測試顯示應變硬化特性，適用于高負載場景。經三次循環(huán)回收后，力學性能仍保持穩(wěn)定。
· 經濟性：技術經濟分析表明，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） 解構的化學機制。
圖4.聚氨酯泡沫 （PUF） 的重建。
應用前景與展望
該技術有望規(guī)?；鉀Q聚氨酯廢棄物難題，并為其他熱固性材料（如環(huán)氧樹脂）的回收提供新思路。團隊計劃進一步優(yōu)化工藝，縮短發(fā)泡時間并探索更低毒性的替代試劑。
