聚氨酯材料是一种重要的有机高分子材料,应用广泛。目前用于制备聚氨酯的多元醇组分主要来自石油化工产品。考虑到资源的可再生问题,人们试图用生物质原料代替部分石油基原料。木质素作为第二大植物生物质,是最丰富的天然芳香族高分子,但由于其结构复杂、物理化学性质不均一、分离提取困难及分子之间发生缩合等问题,至今都没有得到很好的利用。碱木质素分子中富含酚羟基、醇羟基等特征官能团,可作为活泼氢组分与异氰酸酯反应制备木质素基聚氨酯材料。本课题首先对碱木质素进行了连续两步羟基化和胺化改性,提高碱木质素中的羟基含量以及在木质素中引入胺基。将改性的碱木质素用于聚氨酯材料的合成,并与添加未改性碱木质素的聚氨酯材料进行了对比研究。再对碱木质素进行功能化改性,在碱木质素中引入进行Diels-Alder反应所需的呋喃环和马来酰亚胺环官能团,将其用于聚氨酯合成。评价了各种含木质素聚氨酯材料的机械性能、热性能以及自修复功能等特性。主要研究内容与结果如下:一、多羟基胺化木质素的合成:采用羟基化、胺化两步法制备了带有活泼胺基的多羟基木质素衍生物,并研究了各反应因素对结果的影响。在羟基化过程中,选择的适宜的反应条件为:反应时间1h,反应温度60℃,氢氧化铁用量为Fe(OH)3和木质素质量比为0.01,过氧化氢用量为H2O2和木质素质量比为1.2。胺化反应适宜的条件为:反应时间3h,反应温度75℃,甲醛用量为其和木质素质量比0.6,DETA的用量为其和木质素的质量比0.9。1H-NMR测试结果表明碱木质素中的羟基含量由由5.10%提高至8.19%;通过胺基显色反应以及元素分析,证实多羟基胺化木质素中引入了大量的伯胺基;热重分析结果显示,多羟基胺化木质素仍然具有良好的热稳定性。二、多羟基胺化木质素用于聚氨酯膜合成:将多羟基胺化木质素用于聚氨酯膜的合成。研究了多羟基胺化木质素对聚氨酯膜机械性能、热稳定性、耐溶剂性及吸水性性能的影响,并与添加未改性碱木质素聚氨酯膜进行了对比。结果显示添加了多羟基胺化木质素聚氨酯膜的热稳定性得到了改善;在聚氨酯中添加等量的改性后的多羟基胺化木质素和未改性的木质素,添加了改性后的多羟基胺化木质素聚氨酯膜具有更好地机械性能。同时改性后的多羟基胺化木质素在聚氨酯合成拥有更高的添加量;添加了多羟基木质素的聚氨酯膜的耐溶剂性能和吸水性均有所提高。三、功能化改性木质素的制备:对碱木质素进行了功能化改性,使其分别含有可进行Diels–Alder反应所需的呋喃环以及马来酰亚胺环,并对改性后的木质素进结构分析以及木质素可逆交联反应的相关研究。红外光谱、1H-NMR、元素分析结果表明碱木质素中确实已被引入所期望的官能团。将功能化改性木质素DMSO混合溶液用于Diels–Alder可逆交联反应,溶液经70℃处理后均成为胶体,再经过120℃处理后胶体再次变为液体,且此状态可以循环。表明功能化改性木质素可发生可逆的Diels-Alder交联反应。四、功能化改性木质素用于聚氨酯膜的合成:将功能化改性的木质素用于聚氨酯膜的合成,考察了其对聚氨酯膜的机械性能和自修复能力的影响,并与添加未改性碱木质素聚氨酯膜进行了对比。结果表明,添加了功能化改性木质素的聚氨酯膜不仅拉伸强度得到了明显的提高而且热稳定性也有了明显的改善;添加了功能化改性碱木质素的聚氨酯膜具有了自修复能力。