近日，一項關于聚氨酯回收的重要研究成果引發關注。該研究由 Ferdi Schüth、Bolun Wang 等學者完成，相關論文（“Recycling of Polyurethane via Mechanocatalytic Methanolysis/Hydrolysis”）發表于ChemSusChem期刊。研究團隊成員分別來自馬克斯・普朗克煤炭研究所（Max-Planck-Institut für Kohlenforschung）、Hte GmbH 公司以及巴斯夫（BASF SE）和萊比錫大學（University Leipzig）等機構 。

聚氨酯（PU）作為全球產量第六的塑料，應用廣泛，年消費量巨大，歐洲每年消費 381 萬噸，全球約 2000 萬噸。然而，塑料回收形勢嚴峻，2020 年歐洲僅 34.6% 的回收塑料被有效利用，其中化學回收占比不到 1%，且熱固性 PU 因交聯結構難以物理回收。PU 化學回收雖有多種途徑，如氫解、水解、氨解等，但目前最具前景的 glycolysis 法存在能耗高、原料成本高、產物質量受影響等問題，限制了其從實驗室走向中試生產的進程。

針對這些難題，該研究另辟蹊徑，探索出機械化學與催化相結合的新方法。研究人員以含 PU 的家用海綿為原料，利用行星式球磨機將其粉碎，再在搖床磨機中，于 100°C 以下，借助 NaOH 和(CuMgAlO) 共催化劑進行機械催化甲醇解 / 水解反應。通過控制反應條件和催化劑用量，成功回收高達 86% 的可溶性多元醇。實驗表明，甲醇解反應比水解更易進行，升高溫度和添加(CuMgAlO) 可提升水解效率。研究還對比了 NaOH 和(Na2CO3) 作堿催化劑的效果，發現雖(Na2CO3) 回收效率略低，但能獲得質量更優的多元醇，可用于 PU 再合成。回收的多元醇經檢測，分子量分布與商業聚醚多元醇相似，且殘留胺基和羰基較少，羥基含量高，適合作為 PU 生產原料。此外，反應后的催化劑雖會因表面吸附碳和胺類物質失活，但經 550°C 煅燒再生后可繼續使用，在 500°C 煅燒也能保持較高活性。

這項研究為聚氨酯回收提供了新方向，相比傳統溶劑分解法，該方法反應溫度低、溶劑用量少、產物分離簡便，有望推動聚氨酯化學回收的工業化應用，助力塑料回收領域發展，實現資源循環利用和環境保護的雙贏。02圖文導讀

圖 1. 基于核磁共振的不同溫度下搖床磨機中 PUiNaOH-10 甲醇解 / 水解回收可溶性多元醇的產率

圖2. 90°C 下搖床磨機中不同 Cu 負載量的 Mg-Al 氧化物催化 PUiNaOH-10 水解回收可溶性多元醇的核磁共振產率

圖3.90°C 下搖床磨機中無 NaOH 條件下 PU 粉末水解回收可溶性多元醇的核磁共振產率

圖4. 商業聚醚多元醇標準品（Lupranol® 2074）、原始 PU 粉末及回收多元醇的 ATR-IR 光譜（900-1900 cm⁻¹）

圖5. 回收多元醇、由回收多元醇與 TDI 重新合成的不溶性 PU 及原始 PU 粉末的 ATR-IR 光譜（900-1900 cm⁻¹）

圖6. 90°C 下搖床磨機中使用新鮮、失活及不同溫度再生的 20 wt% Cu/MgAlOx 催化劑催化 PU 粉末水解回收可溶性多元醇的核磁共振產率

總結

聚氨酯（PU）作為全球第六大塑料，其回收因交聯結構難以物理再生而面臨挑戰。傳統化學回收方法（如 glycolysis）存在能耗高、成本高及產物質量不穩定等問題。本研究首次提出機械催化甲醇解 / 水解法，通過球磨機輔助，在低于 100°C 條件下實現 PU 高效解聚。以家用海綿為原料，負載 NaOH 和 Cu/MgAlO 催化劑，成功回收 86% 可溶性多元醇。該方法通過優化反應溫度、溶劑比例及催化劑負載量，顯著降低能耗，產物經檢測與商用聚醚多元醇性能相近，可直接用于 PU 再合成。此外，失活催化劑通過煅燒再生后活性恢復，展現循環利用潛力。