热固性聚氨酯泡沫(PUF)因其优异的机械性能和尺寸稳定性而广泛应用于床垫、沙发垫、汽车座椅、包装材料和隔热隔音板等产品,其全球年产量在2022年已达1400万吨。鉴于PUF的低密度特性,其年体积产量高达惊人的4亿立方米,这也导致其报废后引发的环境问题日益严峻。鉴于PUF的热固性本质,其回收利用极具挑战性。以醇解为典型代表的化学回收法可将其解聚为原料,用于新材料的合成,再生产品可媲美初始产品,已被学术和企业界深入研究数十年。但该法通常需要消耗大量的试剂(断键试剂、再键合试剂、催化剂等);而且通常仅能回收多元醇,对二异氰酸酯副产物却难以回收利用,不能实现废料的全部资源化。
为此,浙大谢涛、杭师大朱雨田/刘增贺团队报道了一种原子经济闭环回收商用聚氨酯泡沫的方法。在无任何额外试剂消耗、无任何副产物的情况下,通过“断键-逆向成键”反应,实现了聚氨酯泡沫的闭环再利用。
2025年6月2日,相关成果以“Atom economic closed-loop recycling of thermoset polyurethane foams”为题发表在《Nature Communications》上。浙江大学谢涛教授和杭州师范大学朱雨田教授为共同通讯作者,杭州师范大学助理研究员刘增贺和硕士生刘玲为共同第一作者。
该研究团队前期曾提出了部分化学解聚和增值再利用的策略,以较小的试剂消耗(30%),将商用聚氨酯泡沫全部增值转化为具有优异力学性能、更高经济价值的3D打印光敏树脂(Nature Chemistry, 2023, 15, 1773-1779)。此处,该研究团队认为尽管前期方法具有很高的经济价值,但当前3D打印市场还没有完全发展起来,尚不能消耗巨量的聚氨酯废料;而且试剂消耗问题依然存在。因此,本研究工作是对该团队前期研究工作的进一步优化。
该工作主要通过利用PUF分子网络中共价键(氨酯键、脲键、缩二脲键)的固有平衡特性来实现:添加适当试剂(丙酮肟)可打破平衡促使共价键解离,使固态泡沫转化为可再加工状态;移除并回收该试剂后,原始共价键将重新键合,恢复初始分子网络结构。此外,该方法还巧妙的利用了丙酮肟的致孔特性,实现了“泡沫-