我國學(xué)者在商品化熱固性聚氨酯泡沫的升值回收方面取得進(jìn)展

在國家自然科學(xué)基金項目（批準(zhǔn)號：52033009）等資助下，浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院謝濤教授團(tuán)隊報告了一種將商業(yè)化熱固性聚氨酯泡沫高效降解與高值化利用的化學(xué)回收新策略，將聚氨酯泡沫降解為聚合物片段，通過設(shè)計封端化學(xué)，可以得到具有高附加值的高性能3D 打印樹脂。該策略降解條件溫和，且無需純化即可得到具有優(yōu)異性能的高價值產(chǎn)品，兼具經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益，相關(guān)成果以“ 熱固性聚氨酯泡沫轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝阅?D 打印樹脂的化學(xué)升值回收（Chemical upcycling of commodity thermoset polyurethane foams towards high-performance 3D photo-printing resins）” 為題，于2023 年8 月28 日在線發(fā)表于《自然· 化學(xué)》（Nature Chemistry）雜志。

聚氨酯泡沫由于其具有軟硬可調(diào)、生產(chǎn)便捷等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于制造汽車座椅、家具床墊、防撞墊料、保溫材料等。當(dāng)前，全球聚氨酯泡沫的年產(chǎn)量已超過1 200 萬t（體積約為4 億m3），大量廢棄物的產(chǎn)生也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境問題。傳統(tǒng)的方法主要是通過焚燒或者填埋進(jìn)行處理，造成了環(huán)境的二次污染與資源浪費(fèi)；而物理回收和化學(xué)回收所得到產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)附加值較低，不具備產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的前景。因此，熱固性聚氨酯的回收是科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域亟待解決的世界性難題。

商業(yè)化聚氨酯泡沫主要是由二異氰酸酯與多元醇（或多元胺）反應(yīng)，并以水作為發(fā)泡劑制備得到。首先，我們通過小分子模型實(shí)驗(yàn)研究了聚氨酯泡沫中脲鍵、氨酯鍵以及縮二脲作為動態(tài)鍵的解離機(jī)制與反應(yīng)動力學(xué)。進(jìn)一步地，我們將粉碎后的聚氨酯泡沫浸泡在含有1,5,7- 三氮雜雙環(huán)[4.4.0] 癸-5- 烯（TBD）作為有機(jī)堿催化劑的二甲基甲酰胺（DMF）溶液中，在120 ℃下加熱20 min 后，樣品可以完全溶解，得到端基含有活潑性氫的非交聯(lián)聚合物片段。將該聚合物片段進(jìn)行化學(xué)修飾可以用于光固化3D 打印。借助網(wǎng)絡(luò)中的動態(tài)化學(xué)鍵，打印得到的單一聚合物網(wǎng)絡(luò)在熱后固化過程中可以重構(gòu)為互穿雙網(wǎng)絡(luò)，解決了光固化打印與固化產(chǎn)品最終特性之間的常見矛盾，從而獲得高性能3D 打印產(chǎn)品。

高分子廢棄物的回收通常包括產(chǎn)品重加工和及降解回收單體兩種策略。本工作則合理利用成品及單體兩者之間的“ 中間態(tài)”，以部分降解的聚合物片段為原料構(gòu)筑高附加值新材料。這一思路可以拓展到其他體系，為商品化熱固性材料的化學(xué)回收提供了新途徑。