木质素是自然界中仅次于纤维素的第二大可再生资源,被誉为21世纪可被利用的最丰富的绿色资源之一。聚氨酯是一种应用领域非常广泛的合成高分子材料,庞大的聚氨酯产量需要消耗大量多元醇。目前,多元醇严重依赖于石化资源。开发和寻找新的原料替代石化多元醇是聚氨酯行业可持续发展的关键。木质素含有大量羟基等活性官能团,本身还是一种天然的紫外光稳定剂。若能使用廉价易得的木质素部分替代石化多元醇用于聚氨酯材料的合成,不仅能降低聚氨酯的生产成本,还能提升材料的综合性能。然而与普通石化多元醇相比,木质素分子结构复杂,空间位阻大,官能团的反应活性较低,并且木质素在聚氨酯基体中存在不易分散、相容性差的难题。本文针对木质素的分子结构特点,用两种方法对木质素进行预处理:活化改性和催化解聚。活化改性:在木质素分子中引入聚乙二醇长链,将木质素中的酚羟基转化为醇羟基,提高与异氰酸酯基团的反应活性以及与聚氨酯的相容性;催化解聚:在碱性条件下,使酶解木质素部分解聚,分子量下降,羟基含量提高。将预处理的木质素部分替代石化多元醇,分别合成了木质素基聚氨酯弹性泡沫和聚氨酯弹性体,系统探究了木质素对聚氨酯材料综合力学性能、热稳定性以及重加工性能的影响。主要结论如下:(1)利用聚乙二醇2000对碱木质素进行接枝改性,将碱木质素上的酚羟基转化为醇羟基,提高了木质素与异氰酸酯反应的活性。由于聚氧乙烯醚长链的引入,总羟基含量下降,但是醇羟基含量增加,部分替代石化多元醇合成了高回弹木质素基聚氨酯泡沫。接枝的聚氧乙烯醚长链为聚氨酯泡沫提供了充足的柔韧性,并且改善了木质素与聚氨酯基体间的相容性。所有木质素基聚氨酯泡沫的弹性恢复率均超过93%,即使50%的多元醇被取代,泡沫仍然表现出良好的弹性。滞后实验表明,加入木质素有助于聚氨酯泡沫在压缩回弹过程中耗散能量。(2)采用碱催化部分解聚的方式对酶解木质素进行预处理,结果表明,部分解聚的酶解木质素相对分子质量明显下降,重均分子量由4500 g/mol减小至1800 g/mol,同时总的羟基含量由5.21 mmol/g增加至5.62 mmol/g。用部分解聚的酶解木质素不同比例替代石化多元醇合成了聚氨酯弹性体,弹性体的强度和韧性明显提升。其中,5%DEL和10%DEL样品的拉伸强度分别达到60.7 MPa和57.8 MPa,断裂吸收能分别达到263.6MJ/m~3和244.5 MJ/m~3,弹性恢复也超过95%,远远优于未添加木质素的纯聚氨酯弹性体。所制备的木质素基聚氨酯弹性体在两次重复热压后,仍然可以保持较高的力学性能。此外,所制备的木质素基聚氨酯弹性体还有较好的形状记忆性能。