第11届生物基大会将举办「第二届生物基CASE创新应用论坛」，聚焦涂料、胶粘剂、密封体、弹性体等领域的生物基材料创新。聚氨酯作为CASE领域的重要材料，其生物基新产品开发、回收与循环再生技术的突破，将为论坛提供重要的产业化实践案例，推动生物基材料产业的可持续发展。

【生物基能源与材料】获悉，近日，西安交通大学张立群院士、陈飞特聘研究员团队在材料领域顶刊《Advanced Materials》（IF 26.8）发表综述论文，系统阐述了聚氨酯（PU）热固性塑料的回收与升级再造技术路径。

文章指出，通过物理、化学及生物降解等多种技术路径，并结合可逆共价键与非共价键的智能材料设计，有望将废弃的聚氨酯热固性塑料转化为具有更高附加值的新产品，从而实现从“线性消耗”向“循环再生”的根本转变，为塑料的可持续生命周期管理提供了创新解决方案。

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千亿美元市场的"不可回收"困局

聚氨酯作为全球第六大塑料品种，2024年全球市场规模已达832亿美元，预计2029年将突破1080亿美元。这种多功能高分子材料广泛应用于绝缘、弹性体、粘合剂、涂料及土木工程等领域，但其热固性产品因化学交联结构，一旦固化便无法通过常规方式再熔化或重塑。

截至2022年，全球固体PU产量已超过2200万吨，但回收率不足30%。大量废弃PU热固性塑料只能填埋或焚烧，降解过程中释放的微塑料和有毒物质对生态系统构成长期威胁。

近年来，以"回收聚氨酯"为主题的研究论文数量呈指数增长。张立群院士团队的这篇综述，正是为PU热固性塑料的循环经济之路提供了系统性解决方案。

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从"线性消耗"到"循环再生"的技术突破

聚氨酯热固性塑料根据原料来源可分为化石基与生物基两大类。化石基聚氨酯性能优异但环境足迹大，而基于植物油、淀粉、糖类及木质素等可再生资源开发的生物基聚氨酯，则在保持性能的同时，提供了更好的生物降解潜力和更低的碳足迹。

在植物油基PU领域，脂肪酸的柔性结构赋予材料良好的加工性能和较低的环境影响。

糖基PU因羟基密度高，最易被酶攻击降解——瑞典皇家理工学院Hakkarainen团队开发的糖类衍生支链聚酯多元醇，在酶作用下30天内可实现最多35%的质量损失，同时保持>235°C的热稳定性。

木质素基PU泡沫则展现出优异的刚性和热机械性能，压缩强度可达126±53 kPa，阻燃温度高达~1200°C，且支持快速热塑成型升级利用。

其中，非异氰酸酯聚氨酯（NIPU）的合成路线完全避免了有毒异氰酸酯和光气的使用，代表了更绿色、更安全的未来发展方向。

张立群院士团队在综述中系统梳理了物理回收、化学回收和生物降解三大技术路径，并特别强调了智能材料设计的创新价值。

机械回收成本低、工艺简单，但通常只能降级利用；化学回收（如热解、溶剂分解、水解、糖酵解和氨解）则能更深入地解聚材料，恢复出多元醇、异氰酸酯等单体，用于合成新的高性能聚合物，实现闭环循环。例如，催化氢解等技术可在较温和条件下选择性断裂化学键，高效回收高价值中间体。生物降解则特别适用于生物基聚氨酯，利用微生物或酶特异性断裂氨酯键，但降解速率和效率仍有待提升。

为了从根本上提升材料的可回收性，研究人员正致力于设计本身具有可回收性的智能聚氨酯。通过在聚合物网络中引入动态共价键（如二硫键、狄尔斯-阿尔德加合物、硼酸酯键、受阻脲键等）或利用强非共价相互作用（如氢键、π-π堆积、离子相互作用），使得原本“永久”交联的热固性网络能够在热、光或化学刺激下发生可逆重构，从而实现材料的高效再加工、自修复乃至升级再造。这种内在的可逆性设计，为聚氨酯复合材料、电子器件等高性能应用产品的循环利用铺平了道路。

回收与升级再造后的聚氨酯热固性塑料已展现出广阔的应用前景。回收的多元醇可用于制造性能媲美原生材料的泡沫塑料，广泛应用于建筑隔热和消音领域。通过化学解聚获得的组分可重新配制成高性能粘合剂和防护涂料。更有研究将废弃聚氨酯转化为功能性复合材料，用于应变传感、电磁屏蔽，甚至升级再造为用于钾离子电池的电极材料，极大地提升了废弃物的资源价值。

回收与升级再造后的热固性PU，在CASE领域展现出广阔应用前景。回收PU在粘合剂、涂料领域的应用研究显示，其性能可媲美甚至超越传统产品。

张立群院士团队指出，PU配方的多样性曾是规模化回收的最大障碍，但化学回收、生物降解和智能材料设计的突破，正在让"不可回收"变为"可循环"。未来的关键在于：让回收技术更通用、更经济，让智能聚合物从实验室走向产业，让废物分类与表征体系更完善。

原文链接：
 

https://doi.org/10.1002/adma.202515809

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