近日，杭州师范大学朱雨田教授和浙江大学谢涛教授合作，提出了一种高效、低成本的热固性聚氨酯泡沫（PUF）回收新策略。该技术通过单一化学试剂（丙酮肟）实现泡沫的完全解构与重构，机械性能甚至优于原始材料，为全球聚氨酯废弃物治理提供了突破性解决方案，相关论文以“Atom economic closed-loop recycling of thermoset polyurethane foams”为题，发表在《自然·通讯》（Nature Communications）上。
研究背景与挑战
热固性聚氨酯泡沫广泛应用于汽车座椅、家具、包装等领域，2022年全球年产量达1400万吨，占聚氨酯市场的67%。然而，其交联网络结构导致传统回收方法（如填埋、焚烧或化学解聚）效率低下，且伴随二次污染和高成本问题。现有化学回收技术需消耗多种试剂（如催化剂、溶剂），且回收产物性能往往下降，经济性不足。
技术突破：闭环回收策略
研究团队创新性地利用聚氨酯网络中尿素、氨基甲酸酯和缩二脲键的动态平衡特性，通过添加过量丙酮肟在130℃下解构泡沫，将其转化为表面功能化的微颗粒。随后，通过真空蒸发移除丙酮肟，微颗粒重新交联形成新泡沫，且丙酮肟在过程中作为发泡剂被完全回收。
图1.聚氨酯泡沫塑料 （PUF） 原子经济闭环回收设计原理。
图2.将聚氨酯泡沫 （PUF） 解构为表面功能颗粒。
关键优势：
1.原子经济性：仅使用丙酮肟一种试剂且100%回收，无其他化学消耗；
2.性能保留：再生泡沫的机械性能（如模量、回弹性）与原始泡沫相当，部分条件下更优；
3.环境友好：生命周期评估显示，该技术较传统化学回收法降低47.8%化石资源消耗、82.3%臭氧损耗潜力。
实验验证与机制
· 解构过程：通过核磁共振（NMR）和X射线光电子能谱（XPS）证实，丙酮肟通过可逆反应断裂网络键，形成可重构的微颗粒。
· 重构性能：再生泡沫孔隙率达90%，压缩测试显示应变硬化特性，适用于高负载场景。经三次循环回收后，力学性能仍保持稳定。
· 经济性：技术经济分析表明，该工艺成本仅0.59美元/千克，为传统方法（2.06美元/千克）的28.6%。
图3.聚氨酯泡沫塑料 （PUF） 解构的化学机制。
图4.聚氨酯泡沫 （PUF） 的重建。
应用前景与展望
该技术有望规模化解决聚氨酯废弃物难题，并为其他热固性材料（如环氧树脂）的回收提供新思路。团队计划进一步优化工艺，缩短发泡时间并探索更低毒性的替代试剂。
