综述：鞋类废弃物回收：材料复杂性、技术壁垒与循环经济路径

《Resources, Conservation and Recycling》：Footwear waste recycling: material complexity, technological barriers, and pathways to circularity

　　

摘要

全球鞋类产业每年生产超过200亿双鞋，但消费后回收率仍低于5%，绝大多数被填埋或焚烧。本综述聚焦于非皮革鞋类——大众市场生产中的主导品类。与包装塑料或单一聚合物废料流不同，非皮革鞋类是一种工程化的多材料复合材料，其中包含交联聚氨酯泡沫、乙烯-醋酸乙烯酯、硫化橡胶、热塑性聚氨酯、聚酯纺织品和永久性粘合系统，其结构复杂性使其超出了传统回收策略的适用范围。本综述从材料、加工和资源系统的角度，将鞋类作为一种聚合物废料流进行批判性考察。分析了消费前和消费后的废弃物产生途径，并针对多材料整合、交联、粘合和添加剂污染等主要障碍，评估了机械、化学和混合回收路线的技术可行性和经济可行性。对鞋类回收倡议（如大规模机械项目、自动分拣和以化学预处理为主导的脱层处理）进行了批判性评估。本综述发现，没有任何单一回收路线能够充分应对鞋类的结构复杂性，最有前景的途径在于结合选择性化学预处理和特定聚合物下游增值的整合框架。消费前制造废料被确定为循环经济的立即可行切入点，其成分明确、污染最少，相比消费后废料流，技术和经济障碍要低得多。政策促进因素，包括生产者责任延伸和可拆卸性设计，被讨论为技术进步所必需的必要补充。

引言

全球鞋类产业每年生产超过200亿双鞋，产生大量但尚未得到充分开发的资源价值废料流。仅在美国，每年约有3亿双鞋被填埋，全球消费后鞋类回收率仍低于5%，绝大多数废弃鞋类通过填埋或焚烧处理（Cheah等，2013年）。据估计，鞋类产业约占全球温室气体总排放量的1.4%，但与包装塑料或汽车聚合物不同，它在循环经济政策和回收研究框架中受到的关注相对较少（DiNapoli，2022年）。这种被忽视的主要原因是结构性的：现代非皮革鞋类本质上是一个多材料、多工艺复合系统，将聚氨酯（PU）泡沫、乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）、硫化橡胶（VR）、热塑性聚氨酯（TPU）、聚酯纺织品、合成皮革和永久性粘合界面整合在一个紧密集成的产品中（APICCAPS，2025年）。这种材料复杂性虽然对性能、舒适度和耐久性至关重要，但也使鞋类成为更广泛的聚合物回收领域中极具挑战性的废料流之一，并在历史上使其超出了传统回收策略的实际适用范围（Pantazi-Bajenaru等，2024年）。

历史上，鞋类制造依赖于相对简单的构造，通常以皮革、橡胶或单一聚合物组件为主（Wicaksono等，2019年；Bo?r和Dulio，2007年；DeMello，2009年）。随着时间的推移，对轻量化设计、缓震、能量回馈、耐磨性和美观性的日益增长的需求推动了向富含聚合物架构的转变，特别是在非皮革休闲鞋和运动鞋领域（图1）（Burns和Joubert，2024年）。当今的鞋子通常包含PU泡沫、EVA、TPU、VR、聚酯纺织品、合成皮革和多层层压板，经常通过永久性粘合或共模成型进行粘合（McPoil，2000年）。因此，当今的鞋类是紧密集成的复合材料，而非可分离材料的集合体。

从资源保护的角度来看，这种材料演变的后果是显著的。虽然聚乙烯对苯二甲酸酯（PET）、TPU或PU泡沫等单一聚合物的回收技术已相当成熟，但当这些材料在一个产品中结合、粘合和交联时，其有效性会急剧下降。机械回收路线难以应对污染和不兼容性问题，通常导致市场价值有限的降级材料。完全化学回收方法虽然能够回收单体或低聚物，但当应用于鞋类这样复杂的多材料组件时，通常能耗高且经济上具有挑战性。因此，目前绝大多数消费后鞋类废料被填埋或焚烧，只有通过非正式或低级别回收途径进行有限的回收。这种处置模式不仅带来了巨大的环境负担，而且由于单只鞋中含有相当数量的EVA、PU、橡胶和PET，每种作为回收聚合物都具有一定的市场价值，这也造成了巨大的经济损失（Fuentes-Medel，2022年）。日益增长的监管压力，包括欧盟（EU）的循环经济行动计划和纺织品和鞋类领域不断涌现的生产者责任延伸（EPR）框架，正在创造一种政策紧迫性，使这成为一个越来越及时的系统综述领域。

制造过程中产生的消费前鞋类废料，包括裁切余料、成型飞边、修边废料和不合格组件，代表了一种更清洁且成分定义更明确的物质流（Ashton，2018年）。这些废料系统地产生于鞋面裁剪、中底和外底成型、缝纫、绷楦和最终质量控制过程中，在全球各地的鞋类工厂中产生大量。尽管这些废料具有高度的回收潜力，但与家具泡沫、包装塑料或汽车零部件的类似废料相比，它们受到的关注有限。一个促成因素是消费前鞋类废料通常被直接填埋，特别是裁切余料和泡沫废料，它们体积庞大，相对于其质量而言占用大量填埋容量（图2）。虽然填埋容量在历史上掩盖了这一问题，但随着处置能力日益紧张，聚合物鞋类废料的高体积正成为一个日益严峻的挑战。因此，通过减量、预处理和回收来应对这一废料流，提供了一个减少填埋负担同时实现循环材料回收的立即可行机会，并且技术障碍要低得多。最近的研究已经开始探索改善鞋类循环性的多条途径，包括热塑性部件的机械回收、交联系统的化学回收、靶向脱层和预处理策略，以及可拆卸性设计概念（Loyens等，2021年；Islam等，2024年；Putro等，2024年）。然而，这些方法通常是孤立讨论的，缺乏一个将鞋类材料组成、废料特征和适当回收路线联系起来的统一框架。在实践中，没有任何单一回收策略普遍适用于鞋类废料；相反，有效的回收需要考虑到聚合物类型、交联程度、材料纯度和界面粘合程度的决策框架。

本综述从材料和工艺角度批判性地考察了鞋类作为聚合物系统，重点放在废料产生、可回收性和新兴的循环解决方案上。通过整合材料科学、工艺考虑和回收策略选择，本综述旨在为推进鞋类领域的循环经济提供一条连贯的路线图，在这一领域，材料复杂性长期以来已经超越了可持续末端解决方案的能力。

章节摘要

鞋类制造与材料架构

鞋类制造涉及整合多个功能组件，每个组件都经过工程设计以提供特定的机械、舒适和美观性能。与单一材料消费品不同，鞋类是由多种聚合物、纺织品、泡沫和弹性体组合而成，并通过层压、成型、缝纫和粘合等工艺进行组装。不同鞋类类型（包括运动鞋等）的设计和构造方法差异很大。

消费前鞋类废料

消费前废料是鞋类废料流中重要但常被忽视的组成部分，它直接源于制造过程而非产品使用。其重要性源于其数量和材料纯度。在全球范围内，大规模鞋类制造由于裁剪、修边、成型、层压、缝纫和组装操作产生大量聚合物废料。根据设计复杂度和多层结构数量的不同……

多层复杂性

回收鞋类面临的根本障碍之一是固有的多材料架构。与包装塑料或整体聚合物产品不同，鞋类通过结合多种聚合物、复合层和增强结构来有意设计，以实现耐用性、舒适性和性能。一双鞋可能包含EVA或PU中底、橡胶外底、TPU稳定器、PU涂层合成皮革、多层PET纺织品、泡沫、薄膜等……

机械回收

机械回收是处理聚合物废料最传统和最广泛采用的路线，因此它被探索作为处理来自鞋类的消费后和消费前废料流的初步策略。在这种方法中，材料的聚合物组成保持化学完整；废料被物理地减小尺寸、分拣和再加工成次级产品（Hopewell等，2009年；Vilaplana和Karlsson，2008年）。尽管……

鞋类聚合物回收的经济可行性

鞋类回收的经济环境由一个根本矛盾所塑造：回收成本大大超过填埋处置成本，而回收材料价值取决于聚合物纯度，这是难以从混合材料废料中实现的。对于混合聚合物机械回收，总处理成本（包括收集和分拣）估计约为677欧元/吨，而焚烧约为66欧元/吨，这种成本差异使得……

案例1：大规模机械降级回收倡议（Nike Grind计划）

工业规模鞋类回收中最广泛记录的例子之一是Nike Grind计划，它采用机械加工将制造余料和消费后鞋类转化为次级材料（Huygens等，2023年；Curtis和Hansson，2019年）。自启动以来，Nike报告已将超过1.09亿磅（约49,000吨）的材料废料从填埋场转移，回收材料用于覆盖超过10亿平方英尺的运动和游乐场地……

可拆卸性设计与单一材料构造

改善鞋类可回收性的一个关键途径在于重新思考鞋子如何设计。当前鞋类严重依赖多材料组件、永久性粘合和共模结构，使得末端分离不切实际（Roig等，2023年）。向单一材料或简化构造的转变，单一聚合物鞋面、模块化中底和机械紧固组件将大幅减轻回收技术的负担（Carbonell-Blasco等……

结论

每年生产超过200亿双鞋，全球消费后回收率估计低于5%，鞋类废料代表着大量且日益增长的资源损失，既带来环境成本（包括焚烧产生的温室气体排放和填埋中的碳封存），也以未回收的嵌入式聚合物价值的形式造成经济成本。该领域的多材料架构，结合了交联泡沫、硫化橡胶、热塑性材料、纺织品……

关于生成式AI和AI辅助技术在稿件准备过程中的声明

在本工作的准备过程中，作者使用了Claude（Anthropic）来提高本稿件的可读性和语言质量。使用该工具后，作者审查、核实并编辑了所有内容，并对已发表文章的内容承担全部责任。

作者贡献声明（CRediT）

Meenakshisundaram Vaishali：写作——初稿撰写，正式分析，数据管理，概念化。Kalarical Janardhanan Sreeram：写作——审阅与编辑，监督，概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系可能会影响本文所报告的工作。

致谢

VM感谢科学和工业研究委员会（CSIR）对初级/高级研究奖学金的资助。也感谢主题2：鞋类材料研究经费（OLP – 2505）的支持。CSIR – 中央皮革研究所通信编号：2236

Meenakshisundaram Vaishali | Kalarical Janardhanan Sreeram
分析、测试、评估与报告服务中心（CATERS），CSIR – 中央皮革研究所，Adyar，Chennai，600 020，印度