聚氨酯热固性材料因交联共价网络结构，具有优异的机械性能、尺寸稳定性和耐化学性，广泛应用于绝缘材料、弹性体、胶粘剂等多个领域，但难以再加工和回收，大量废弃材料填埋或焚烧不仅浪费碳资源，还会造成环境污染，而其单体和配方的多样性进一步增加了回收难度，在循环经济背景下，开发高效的回收与升级回收技术成为亟待解决的关键问题。

据此，西安交通大学陈飞教授、张立群教授系统综述了聚氨酯热固性材料的研究现状，分类探讨了化石基、生物基及非异氰酸酯型聚氨酯热固性材料的特性，详细阐述了机械回收、化学回收、生物降解等现有回收与升级回收技术的机制、优势及局限性，分析了含可逆共价键和非共价键的智能聚氨酯材料设计思路，并综述了回收及升级回收产品在胶粘剂、泡沫材料、复合材料等领域的应用，最后展望了该领域的未来研究方向和工业应用前景。

2026年1月10日，相关综述论文以题为“Recycling and Upcycling of Polyurethane Thermosets: The Second Life of Polymers”发表在Advanced Materials 上。

图文介绍

研究数据显示，过去二十年间，以“回收聚氨酯”或“升级再造聚氨酯”为主题的研究论文数量显著增长，反映出学术界对该领域的关注度持续升温。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。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。

图1: (a) 过去二十年关于“回收聚氨酯”或“升级再造聚氨酯”主题的出版物引用数量。(b) 聚氨酯热固性塑料回收与升级再造示意图。

图2: (a) 源自聚酯型聚氨酯的PU网络的分子拉链机制，该薄膜可拉伸至1890%而不断裂。(b) 聚醚型聚氨酯的示意图。

图3: (a) 植物油基聚氨酯的化学结构、配方及丝网印刷示意图。(b) 糖源分支多元醇及其具有不同交联度的对应聚氨酯热固性塑料。(c) 木质素基聚氨酯泡沫的概念设计、放大制备及结构。

图4：不同生物基聚氨酯策略的环境与循环经济相关性。

在回收技术方面，当前主要存在机械回收、化学回收与生物降解三大路径。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。

图5: (a) 由填充了废弃PU粉末的SBR/NR制成的鞋底。(b) PU废弃物中有害化学物质生成并进入环境的示意图，以及一个建议的废弃物增值可持续处理平台。(c) 在不同反应条件下，使用CeO₂通过氢化和转移氢化路径转化商业PU产品。(d) 特定溶剂下的化学碎片化及商品PU泡沫的升级再造机制。(e) 聚氨酯热固性塑料的合成与水解回收过程及其在各回收阶段的照片。(f) 酰胺酶特征片段切割聚醚型PU类似物和线性聚酯型PU中氨酯键的示意图。

图6: 不同再循环/升级再造策略的环境与循环经济相关性。

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。

图7: 可逆动态键交换与网络重排示意图。

图8: (a) 芳香二硫键动态行为示意图。(b) 由狄尔斯-阿尔德反应触发的PU交联与解交联行为。(c) 可回收PU的提议机制及硼酸酯的可逆反应示意图。(d) 基于PU中受阻脲键的可逆动态交换。(e) 氢键阵列与动态亚胺键协同作用的超分子共价适应网络合成示意图。(f) 丙酮肟与脲、氨酯及缩二脲键的热交换反应，以及化学解构过程中的网络结构演变示意图。

图9: (a) 设计的四重氢键的PU合成及化学结构。(b) 通过强π-π相互作用实现的化学可回收多功能动态聚合物。(c) PU中锌-咪唑配位网络体系中抗衡离子丙烯酸的示意图。

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。

图10: (a) 废弃聚氨酯热固性塑料重新用作强力粘合剂和(b)光致变色涂料的示意图。(c) 聚氨酯泡沫化学回收示意图。(d) 含硒聚氨酯通过硒氧化物消除反应降解为硒肥和硒补充剂的示意图。

总之，系统梳理了聚氨酯热固性材料的回收与升级回收技术体系，涵盖机械、化学、生物等多种路径，全面对比了不同技术的优劣及适用场景，填补了该领域系统性综述的空白；重点关注生物基聚氨酯和非异氰酸酯聚氨酯的合成与回收，提出了基于可再生原料的可持续解决方案，降低了材料对化石资源的依赖；创新性地提出了含可逆共价键（如二硫键、DA 键、受阻脲键等）和非共价键（如氢键、π-π 堆积等）的智能聚氨酯设计策略，实现了材料的自修复、可再加工和闭环回收，突破了传统热固性材料难以回收的瓶颈；详细阐述了回收及升级回收产品在胶粘剂、泡沫材料、复合材料、柔性电子等多个领域的应用，拓展了废弃聚氨酯的高价值利用路径；深入分析了聚氨酯单体和配方多样性对回收技术的影响，提出了预处理表征和分类分选的解决方案，为该技术的工业化应用提供了关键参考。

原文链接

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202515809

期刊简介：

Advanced Materials是由Wiley出版社于1988年创办的材料科学领域顶尖期刊，涵盖材料化学、材料物理、生物材料、纳米材料、光电材料、金属材料、无机非金属材料和电子材料等子学科。