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1. 研究目的与意义

随着全球能源短缺、环境污染与温室效应的不断加剧，利用可再生生物质资源部分替代石油化工原料，制备生物可降解的硬质聚氨酯泡沫塑料，符合国家节能减排和低碳经济的发展战略。

木质素是植物体次生代谢合成的一种天然酚类高分子聚合物，是造纸工业的副产品。

由于木质素来源的多样性、分子量的多分散性、化学结构的复杂性及苯环的位阻效应等, 导致了木质素的化学反应复杂, 副反应多, 反应难以预料和控制，增加了木质素化学改性的困难, 从而限制了木质素类产品的工业化利用。

2. 国内外研究现状分析

现阶段对于木质素基硬质聚氨酯泡沫的研究主要分为两类：一类是以木质素作为填充剂或相容剂来改性聚氨酯泡沫，降低生产成本，同时木质素的苯环刚性结构起到增强材料的作用，提高材料的力学性能和耐热性能[1,2]；另一类是对木质素进行化学改性，制备改性的木质素多元醇，然后将其用于制备聚氨酯泡沫塑料。

h.r. zhang等[3]采用质量比为4:1的聚乙二醇peg400/丙三醇对木粉进行液化改性，制备改性木质素多元醇。

研究显示，聚乙二醇peg400/丙三醇的复合使用，可以成功地将木粉液化，同时木粉的液化产率为96.5%，羟基含量为330.3 mg koh/g。

3. 研究的基本内容与计划

研究方案：1) 阻燃木质素基多元醇的制备及结构表征首先以木质素为原料，通过对其进行液化反应，然后再将含磷、氮和硅氧基团的阻燃单体接枝到改性木质素基多元醇上，制备阻燃木质素基多元醇。

2）结构型阻燃木质素基硬质聚氨酯泡沫纳米复合材料的制备以阻燃木质素基多元醇部分替代石油基聚醚或聚酯多元醇，与多苯基多异氰酸酯、催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂及交联剂等一起，添加有机改性的层状双氢氧化物作为阻燃协效剂、抑烟剂和增强剂，制备结构型阻燃木质素基硬质聚氨酯泡沫纳米复合材料。

3） 结构型阻燃木质素基硬质聚氨酯泡沫纳米复合材料的性能测试采用极限氧指数 (loi)、垂直燃烧仪 (ul-94)、锥形量热仪 (cone calorimeter)和烟密度测试仪 (sdc)对木质素基硬质聚氨酯泡沫纳米复合材料的燃烧性能进行测试；利用热重分析仪 (tga)和差示扫描量热仪 (dsc)对木质素基硬质聚氨酯泡沫纳米复合材料的热性能进行测试；利用万能材料试验机和动态热机械分析仪 (dma)对木质素基硬质聚氨酯泡沫纳米复合材料的力学性能进行测试。

4. 研究创新点

(1) 以生物基多元醇-木质素聚酯多元醇作为主要原料，采用对臭氧层无破坏性的环戊烷作为发泡剂，制备无卤阻燃生物基硬质聚氨酯泡沫塑料，在提高泡沫阻燃性能的同时，尽可能减小对环境的不良影响。

(2) 首次将金属双氢氧化物oldh用于硬质聚氨酯泡沫的无卤阻燃研究，oldh的加入不但可以提升硬质聚氨酯泡沫的阻燃性能，还可以提高泡沫的耐热性能、力学性能，同时有效地降低泡沫在燃烧时的热释放速率、烟产生速率和烟释放速率。

(3) 将无卤膨胀型阻燃剂与oldh复合使用，不但可以显著提高木质素基硬质聚氨酯泡沫的阻燃性能，同时对泡沫的泡孔结构、导热系数和力学性能并无显著的影响，因而不会对泡沫的泡孔结构、导热系数和力学性能产生不利影响。