综述:基于非石化原料的聚氨酯材料合成研究进展

【字体: 时间:2025年05月28日 来源:European Polymer Journal 5.8

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  (编辑推荐)本文系统综述了环保型聚氨酯(PU)材料的合成进展,重点探讨了植物油、生物质等可再生原料替代石化资源的策略,以及循环经济背景下聚氨酯废料的化学回收(如糖酵解、酸解)技术。文章揭示了生物基多元醇(含74%可再生组分)和第四代物理发泡剂(HFO-1233zd(E))在降低碳足迹、提升热导率(0.019 W/(m·K))方面的突破,为可持续材料设计提供重要参考。

  

Division of polyurethane materials
聚氨酯(PUR)作为全球产量占比5.3%的重要高分子材料,其刚性/柔性泡沫在建筑、汽车等领域应用广泛。2023年全球产量达2100万吨,欧洲占比约300万吨。材料特性源于多元醇与异氰酸酯(NCO)反应形成的氨基甲酸酯键,可通过调节配方获得弹性体、涂料等形态。

Polyols from recycled polyurethanes
聚氨酯废料的化学回收成为循环经济核心策略。糖酵解、酸解法能高效回收多元醇,例如PET衍生的再生多元醇可替代20%石化原料,显著降低温室气体排放。但经济性仍是瓶颈——生物基多元醇因需化学改性,成本仍高于传统组分。

Polyol raw materials of non-petrochemical origin
植物油(如妥尔油脂肪酸)和生物质(桦木皮中的木栓质)成为研究热点。Ivdre团队开发的含74%可再生原料PU泡沫,密度40–44 kg/m3、闭孔率95%,热导率0.019 W/(m·K),性能媲美石化基产品。

Non-isocyanate polyurethanes (NIPU)
为规避剧毒光气合成的传统异氰酸酯,线性NIPU通过环碳酸酯与胺类反应制备。这类材料虽机械性能较弱,但生物相容性优异,在医疗器械领域潜力巨大。

Polyurethane additives
第四代发泡剂HFO-1233zd(E)表现突出:Yakushin团队制备的喷涂泡沫初始热导率15.4 mW/(m·K),180天后仅升至18.5 mW/(m·K),且吸水率仅2.2%(体积)。

Conclusion
欧盟《循环经济行动计划》等政策推动下,生物基PU材料已实现40 wt%可再生组分替代。未来需突破成本限制,优化NIPU合成路径,构建从原料回收(如糖酵解)到终端应用的全生命周期绿色链条。

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