基于选择性断裂—交联策略的原子经济上循环：将工业热固性聚氨酯升级为光固化3D打印树脂

把旧泡沫变成新工具

从沙发和汽车座椅到建筑保温材料，聚氨酯软泡沫悄然充斥着我们的生活。但当这些制品报废时，体积大的泡沫难以回收，常常被填埋或焚烧。本研究提出了一种方法，利用一种简单的食品级成分和极少的额外材料，将这种顽固废料转化为用于3D打印和其他用途的有用液态树脂。

为何泡沫废料问题日益严重

聚氨酯泡沫因轻便、强度高且易成型而广受欢迎，这也解释了它们的广泛应用。然而，其结构以一种不易熔融重塑的方式互相连接。传统回收方法要么将泡沫研磨成低价值填料，要么使用大量强烈试剂进行化学降解。这些旧有方法通常浪费大部分原始材料、产生不良副产物，并且回收产物价值不高。因此，大部分泡沫仍被填埋或焚烧，带来额外的环境与健康问题。

一种温和的解锁方式

研究者设计了一种新方法，聚焦于导致泡沫刚性的关键“锁点”，而不是切断材料中的每一个化学键。在常见的聚氨酯泡沫中，只有某些桥联键构建了无法再熔融的紧密网络，而许多其他键构成了赋予泡沫韧性与柔性的主链。团队发现，乙基乙酰乙酸酯（一种低成本且已获准作食品添加剂的化合物）在加热条件下能够选择性地打开这些桥联键，同时保留大部分主链。当将研磨的泡沫与该试剂加热时，固态网络溶解为富含“活性位点”的黏稠液态聚合物，这些位点可供后续改性使用，而对原始主链的切割极少。

从废泡沫到3D打印树脂

一旦泡沫网络被打开，所得液体仍保留大量原始聚氨酯主链，并带有少量新的反应性端基。研究者随后使用常见的异氰酸酯类连接剂将光敏基团连接到这些位点。这个简单步骤将液体转化为在3D打印中被光固化的树脂。值得注意的是，最终打印材料的重量中高达约90%可以来源于原始泡沫废料。通过调节加入连接剂的用量，团队能够精细调控打印件的力学性能，从更坚韧、更强的零件，到在断裂前可延伸超过五倍的非常有弹性的橡胶状物体。

强韧、柔韧且可重构的部件

打印出的物体在保留起始泡沫大部分柔韧性和韧性的同时，获得了新功能。测试显示这些材料兼具高伸长性与良好强度和恢复性，与价格高得多的商业柔性3D打印树脂相比具有竞争力。部件在广泛温度范围内表现稳定，可作为柔性弹性体使用。由于材料内的某些键在升温时仍可发生重排，固体件可在不需研磨或重新熔融的情况下重新成型：在温和外力和加热下，网络可松弛并定型为新的永久形态。这为初始回收步骤之外增加了第二层可重复使用性。

超越3D打印：更多泡沫再利用方式

重要的是，经选择性打开步骤后得到的液体在转化为光敏树脂之前就已具有多种用途。得益于其柔性链段和黏性特征，它可作为压敏胶粘剂，能良好粘附金属、纸张甚至低粘性表面，并能被剥离与重复粘附。同一液体也可作为合成新聚氨酯材料的起始原料，或作为增强环氧树脂韧性的添加剂，环氧树脂在涂层与复合材料中被广泛使用。由于该工艺依赖廉价且广泛可得的化学品，并能回收大部分加入的助剂，它在尽量减少额外材料使用的同时，能从曾被视为几乎无价值的废料中提取高价值。

通向更清洁泡沫回收的务实路径

简言之，这项工作展示了如何通过有针对性地“解锁”废泡沫中的关键键，将处理难题转变为有用资源。通过使用一种食品级的助剂只温和打开关键交联，方法保留了大部分原始材料，避免了麻烦的副产物，并将废弃的坐垫与保温材料转化为高价值的3D打印树脂、胶粘剂及其他原料。由于该化学方法可与现有泡沫产品和基础设施兼容，它为更可持续处理聚氨酯废料提供了现实可行的途径。

引用: Huang, Y., Guo, X., Deng, Y. et al. Atom-economy upcycling of commodity thermoset polyurethane into photocuring 3D printing resins based on selective cleavage—crosslink strategy. Nat Commun 17, 4151 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70951-w

关键词: 聚氨酯泡沫回收, 3D打印树脂, 塑料升值利用, 可持续材料, 热固性塑料