木质素大分子与聚醚多元醇在聚氨酯聚合过程中的竞争反应研究

聚氨酯是一种重要的高分子材料，已被广泛应用于人类生产与生活的各个领域，使用可再生的天然高分子等生物质资源替代石油化工原料制备聚氨酯已成为该材料的发展方向。本项目针对木质素基聚氨酯材料聚合过程中木质素大分子与聚醚多元醇间的竞争反应，以聚醚多元醇对聚合反应的贡献来弥补木质素反应活性的不足，重点研究竞争反应过程中反应体系的动力学规律以及木质素大分子结构、木质素与聚醚多元醇的比例、竞争反应温度、竞争反应催化剂等因素对竞争反应的影响，同时研究不同反应因素下所得木质素基聚氨酯的交联结构、力学性能与耐热性能等，揭示木质素大分子与聚醚多元醇竞争反应的特征以及竞争反应对产物结构与性能的影响规律，建立竞争反应的调控机制。项目的研究结果将为木质素基聚氨酯材料的聚合反应提供理论指导，有利于简化木质素的化学改性处理，提高木质素资源的有效利用。

使用可再生的天然高分子等生物质资源替代石油化工原料制备聚氨酯已成为聚氨酯材料的重要发展方向之一。本课题针对木质素基聚氨酯材料聚合过程中木质素大分子与聚醚多元醇间的竞争反应展开研究，重点分析了竞争反应过程中反应体系的动力学规律和木质素、多元醇比例、反应催化剂等因素对竞争反应的影响，以及不同反应因素下所得木质素基聚氨酯材料的交联结构、力学性能、耐热性能、隔热性能等。研究成果如下：. （1）揭示了木质素基聚氨酯聚合过程中木质素大分子与聚醚多元醇之间竞争反应的规律，获得了木质素大分子与聚醚多元醇在聚氨酯聚合过程中的竞争反应活化能等动力学参数，木质素大分子与异氰酸酯反应活化能为39.14 kJ/mol，由于木质素大分子的结构影响，其与异氰酸酯反应活化能较大，此反应在较低的温度下相对难以快速进行；. （2）探明了木质素大分子、多元醇比例、反应催化剂等因子对竞争反应的影响，获得了相关反应机理，由反应调控机制得出木质素大分子与聚醚多元醇竞争反应的最优条件如下：木质素大分子含量为30%，聚醚多元醇比例为40:60，异氰酸酯指数为1.2，催化剂含量为2.5%，发泡剂含量为20%，并获得了授权发明专利；. （3）通过木质素大分子与聚醚多元醇的竞争反应制备了木质素基聚氨酯发泡材料，探明了不同竞争反应条件对木质素基聚氨酯材料结构、发泡密度、力学性能、耐热性能、隔热性能等的影响规律，当木质素含量为30%时，木质素基聚氨酯材料的力学性能比未添加木质素的聚氨酯材料提高，材料的压缩强度达到最大值291kPa，材料的导热系数达到最小值0.02517W/mK；. （4）对木质素大分子与聚醚多元醇的竞争反应结果进行了系统性研究，撰写了标注基金资助的著作与文章共8篇，其中SCI/EI收录3篇，获得授权发明专利1件，培养研究生1名。. 本课题的研究结果可用于指导木质素基聚氨酯材料的制备，利用木质素等林木资源所具有的天然高分子化学特征和化学反应活性，创制出与石油基高分子化合物具有相近性质的新型高附加值材料，减少了高分子保温材料等对石油资源的依赖，提高了资源循环利用率。