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列日大學(xué)CERM（高分子教育與研究中心）的研究人員最新開發(fā)了一種創(chuàng)新工藝，利用室溫配方快速發(fā)泡技術(shù)生產(chǎn)不含異氰酸酯、可回收的生物基聚氨酯 (PU) 泡沫。
這項(xiàng)創(chuàng)新為基于有毒異氰酸酯的傳統(tǒng)工藝提供了一種尖端的替代方案。該研究發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》上。
聚氨酯泡沫幾十年來(lái)一直通過(guò)有毒的異氰酸酯化學(xué)物質(zhì)生產(chǎn)，目前其使用受到嚴(yán)格限制，但仍然是我們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚牟牧?。硬質(zhì)聚氨酯泡沫在地板、墻壁和屋頂以及冰箱門中用作隔熱板時(shí)，能夠大幅減少我們對(duì)能源的需求。軟質(zhì)聚氨酯泡沫主要用于床墊、沙發(fā)、汽車座椅和運(yùn)動(dòng)鞋鞋底的舒適應(yīng)用，也用于隔音或減震材料。
盡管目前正在制定各種聚氨酯回收策略，但聚氨酯泡沫的報(bào)廢管理仍然存在問(wèn)題。此外，泡沫行業(yè)的許多客戶正在尋找不含異氰酸酯且理想的生物基材料。研究人員正在積極尋找利用當(dāng)?shù)乜捎觅Y源生產(chǎn)泡沫的替代方案，同時(shí)使它們易于回收。開發(fā)這種循環(huán)且更可持續(xù)的泡沫是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)，尤其是在必須考慮改造現(xiàn)有工業(yè)泡沫基礎(chǔ)設(shè)施的情況下。
列日大學(xué)CERM的化學(xué)家Christophe Detrembleur解釋道：“2022年，我們推出了首個(gè)可回收的無(wú)異氰酸酯聚氨酯泡沫 (NIPU) 制造工藝，用水生產(chǎn)發(fā)泡劑 (CO2)，這是迄今為止最簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)。”
“這項(xiàng)技術(shù)模仿了傳統(tǒng)聚氨酯的發(fā)泡，但不使用有毒的異氰酸酯。它是基于使用水和添加到由環(huán)狀碳酸酯和胺組成的配方中的催化劑。部分環(huán)狀碳酸酯轉(zhuǎn)化為發(fā)泡劑（CO2）使基材膨脹，另一部分有助于基材的形成和固化。”
由于這種發(fā)泡工藝需要進(jìn)行熱處理，因此非常適合在加熱模具中制造無(wú)異氰酸酯聚氨酯泡沫 (NIPU)，用于復(fù)雜形狀的泡沫（汽車座椅、鞋底等）。然而，它不適合許多泡沫生產(chǎn)商所要求的在室溫下快速發(fā)泡。
列日大學(xué)CERM研究員Maxime Bourguignon解釋道：“在一個(gè)剛剛申請(qǐng)專利的新研究項(xiàng)目中，我們正在證明這一工藝如何在創(chuàng)紀(jì)錄的時(shí)間內(nèi)從室溫配方中生產(chǎn)無(wú)異氰酸酯聚氨酯泡沫 (NIPU)，同時(shí)仍然使用水來(lái)生成發(fā)泡劑。我們的想法是創(chuàng)造自發(fā)且快速發(fā)生的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，從而通過(guò)模仿傳統(tǒng)的異氰酸酯基工藝加快無(wú)異氰酸酯聚氨酯泡沫 (NIPU)基材的制造及其發(fā)泡。
“因此，幾乎所有聚氨酯泡沫的應(yīng)用，無(wú)論是硬質(zhì)還是軟質(zhì)，都可以使用這項(xiàng)技術(shù)，而無(wú)需使用外部熱源進(jìn)行制造。此外，具有高生物基含量（70%-90%）的泡沫可以在不到兩分鐘的時(shí)間內(nèi)輕松生產(chǎn)。”
這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)簡(jiǎn)單、模塊化、穩(wěn)定且非常易于實(shí)施。Christophe Detrembleur總結(jié)道：“剩下需要做的就是說(shuō)服非常保守的聚氨酯泡沫生產(chǎn)商使用這一工藝來(lái)生產(chǎn)下一代泡沫材料，這些材料有望滿足新的立法要求、社會(huì)需求和我們的可持續(xù)發(fā)展要求。”
