异氰酸酯等化学品具有毒性，会引发过敏或哮喘。然而，它们对化学工业而言仍然不可或缺，尤其是在聚氨酯的生产中。聚氨酯材料的用途极为广泛，因此被应用于众多产品中。尽管最终产品不再含有异氰酸酯，但在生产过程中仍需采取特殊的安全预防措施，以防止其对人体造成危害。目前，弗劳恩霍夫研究（IAP）所在CO2NIPU项目中首次成功生产出了不含异氰酸酯的聚氨酯（NIPU）。

以氨基甲酸酯替代异氰酸酯

为了实现这一目标，弗劳恩霍夫应用聚合物研究所（IAP）的项目负责人Christoph Herfurth及其团队用无害的氨基甲酸酯替代了异氰酸酯。这项创新工艺使聚氨酯生产更加安全便捷。工人无需再接受专门培训来保护自己免受这种有毒物质的侵害。此外，该工艺还能减少温室气体排放。这是因为研究人员正在利用二氧化碳生产氨基甲酸酯。他们还在开发废弃聚氨材料的回收技术。

除了弗劳恩霍夫应用聚合物研究所（IAP）之外，CO2NIPU项目的参与者还包括弗劳恩霍夫化学技术研究所（ICT）、弗劳恩霍夫制造技术与先进材料研究所（IFAM）以及弗劳恩霍夫环境、安全与能源技术研究所（UMSICHT）。

Christoph Herfurth指出了这项创新项目的优势：“由氨基甲酸酯制成的聚氨酯的分子结构与由异氰酸酯制成的传统聚氨酯的分子结构相同。这意味着可以利用现有的专业知识来实现最终产品或应用所需的材料性能。”

模块化调控材料特性

该研究团队进一步改进了该工艺，以期实现工业化应用。通过精确配比不同化学品实现目标特性：扩链剂促进分子基团交联以调控弹性与粘性，聚合物二醇作为增塑剂软化材料，而替代异氰酸酯的氨基甲酸酯则作为反应引发剂。这些原料在180-190℃高温下熔融搅拌后，经冷却即可测试拉伸强度、弹性等关键指标。

相较于高活性异氰酸酯数分钟即可完成聚氨酯合成，低活性氨基甲酸酯虽将反应延长至6-8小时，却大幅提升了过程可控性，有效减少生产废料与质量波动。

构建塑料产业循环经济

二氨基甲酸酯由项目合作伙伴弗劳恩霍夫环境、安全与能源技术研究所（UMSICHT）采用高压工艺生产。甲醇和二氧化碳在50巴的压力下与二胺反应，合成氨基甲酸酯。弗劳恩霍夫化学技术研究所（ICT）开发了废弃聚氨酯（例如来自旧泡沫材料的聚氨酯）的回收工艺，这些废弃聚氨酯随后被重新加工以生产新的聚氨酯产品。

Christoph Herfurth总结道：“因此，我们正在为实现零温室气体排放的可持续循环经济目标做出贡献。”

目前该研究团队已瞄准医疗领域生物相容性导管的首个应用方向，弗劳恩霍夫制造技术与先进材料研究所（IFAM）正利用可变模块系统开发用于套管与导管粘接的专用粘合剂。

这项不含异氰酸酯的聚氨酯生产技术已突破实验室阶段。Christoph Herfurth透露："中试装置现已实现数公斤级的NIPU生产，下一步在弗劳恩霍夫聚合物合成与加工中试中心将具备百公斤级的量产能力。"