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    研究人員提出一種商用聚氨酯泡沫的原子經濟閉環回收方法

    來源:puworld2025年06月09日

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    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,發表在《自然·通訊》(Nature Communications)上。

    研究人員提出一種商用聚氨酯泡沫的原子經濟閉環回收方法

    研究背景與挑戰

    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,F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:閉環回收策略

    研究團隊創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泡劑被完全回收。

    研究人員提出一種商用聚氨酯泡沫的原子經濟閉環回收方法

    圖1.聚氨酯泡沫塑料 (PUF) 原子經濟閉環回收設計原理。

    研究人員提出一種商用聚氨酯泡沫的原子經濟閉環回收方法

    圖2.將聚氨酯泡沫 (PUF) 解構為表面功能顆粒。

    關鍵優勢

    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;

    3.環境友好:生命周期評估顯示,該技術較傳統化學回收法降低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。經三次循環回收后,力學性能仍保持穩定。

    · 經濟性:技術經濟分析表明,該工藝成本僅0.59美元/千克,為傳統方法(2.06美元/千克)的28.6%。

    研究人員提出一種商用聚氨酯泡沫的原子經濟閉環回收方法

    圖3.聚氨酯泡沫塑料 (PUF) 解構的化學機制。

    研究人員提出一種商用聚氨酯泡沫的原子經濟閉環回收方法

    圖4.聚氨酯泡沫 (PUF) 的重建。

    應用前景與展望

    該技術有望規;鉀Q聚氨酯廢棄物難題,并為其他熱固性材料(如環氧樹脂)的回收提供新思路。團隊計劃進一步優化工藝,縮短發泡時間并探索更低毒性的替代試劑。

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