化工行业广泛使用的异氰酸酯具有毒性，可能引发过敏或哮喘等健康风险。尽管聚氨酯（PUR）等终端产品通常不再含有异氰酸酯，但在生产环节仍需采取严格的安全措施以避免人员暴露。弗劳恩霍夫研究人员表示，他们已在CO2NIPU（非异氰酸酯聚氨酯，NIPU）项目中首次实现无异氰酸酯聚氨酯的制备。
以二氨基甲酸酯替代异氰酸酯
项目负责人、弗劳恩霍夫应用聚合物研究所（IAP）的Christoph Herfurth及其团队采用无害的二氨基甲酸酯替代异氰酸酯，以降低生产过程中的健康与安全风险。研究人员称，该工艺有助于简化生产并提升安全性，使员工无需针对有毒物质进行专门防护培训。
研究团队同时强调，该路线还可降低温室气体排放：二氨基甲酸酯的制备过程中利用了二氧化碳。此外，项目也在同步开发废旧PUR材料的回收方法。
CO2NIPU项目由多家弗劳恩霍夫研究机构共同参与，包括弗劳恩霍夫IAP、弗劳恩霍夫化学技术研究所（ICT）、弗劳恩霍夫制造技术与先进材料研究所（IFAM）以及弗劳恩霍夫环境、安全与能源技术研究所（UMSICHT）。
Herfurth表示，由二氨基甲酸酯制得的聚氨酯在分子结构上与传统异氰酸酯路线的聚氨酯一致，因此可在既有专业知识基础上实现终端产品或应用所需的材料性能。
模块化配方以匹配材料性能需求
为满足工业化应用需求，研究人员对工艺进行了进一步优化，通过按比例混合不同化学品来获得目标性能。其中，链扩展剂用于交联分子基团，以实现所需的弹性或粘合特性；聚合物二醇用于软化塑料；二氨基甲酸酯作为异氰酸酯替代物用于启动反应。
在工艺条件方面，混合后的化学品在180至190摄氏度之间熔融并搅拌，冷却后对拉伸强度、弹性等指标进行测试。研究人员指出，相较于反应活性极高、通常可在数分钟内成型的异氰酸酯体系，二氨基甲酸酯反应活性较低，反应时间延长至6至8小时，但过程更易控制与调节，有助于降低废品率并减少质量波动。
推进循环经济与试点放大
二氨基甲酸酯由项目合作方弗劳恩霍夫UMSICHT通过高压工艺制备：甲醇和二氧化碳在50巴压力下与二胺反应生成二氨基甲酸酯。与此同时，弗劳恩霍夫ICT开发了废旧聚氨酯（例如旧泡沫材料）的回收工艺，使其可再加工为新的PUR产品。
在应用端，研究人员将医疗领域的生物相容性导管管材作为初步方向之一；弗劳恩霍夫IFAM则利用可变模块化系统开发粘合剂，用于针管与管材的粘接。
在产能进展方面，研究团队表示，无异氰酸酯聚氨酯生产已走出实验室，目前可在试点工厂生产数公斤NIPU。Herfurth称，下一步计划在位于Schkopau的弗劳恩霍夫聚合物合成与加工试点中心（PAZ）将产量提升至数百公斤规模。
