【综述】木质素聚氨酯的研究进展与展望

聚氨酯是由异氰酸酯与多元醇经过聚合反应得到的高分子材料，在涂料、弹性体、胶粘剂、泡沫等领域都有非常广泛的应用。但是多元醇与异氰酸酯都来源于石油，随着石化资源的枯竭以及环境问题的加重，寻求可再生的替代材料成为研究的一大热点。目前生物基聚氨酯制备大多都是针对多元醇的生物质替代，报道较多的是植物油和木质素。木质素作为储量丰富的天然有机碳资源，当前利用效率极低，大多被作为燃料而浪费。与植物油相比，在合成聚氨酯方面木质素不存在“与人争粮”问题并且相关产品性能优越。因此，木质素在聚氨酯材料研究方面具有重要的科学意义和应用前景。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所朱锦研究员、陈景副研究员和加拿大多伦多大学颜宁教授基于其在木质素聚氨酯方面的研究基础，近期在Macromolecular Rapid Communications上发表了题为“Lignin-Based Polyurethane: Recent Advances and Future Perspectives”的综述(DOI:10.1002/marc.202000492)。

众所周知，木质素是通过无规交联得到的网络结构化合物，结构复杂，也正是由于复杂的结构赋予了它多样性，如芳香环赋予其一定的疏水性、刚性以及耐热性，表面的酚羟基、醇羟基等赋予木质素一定的反应活性。但是其本身的羟基由于位阻大活性低，通常要对其进行改性再利用。改性手段主要包括异氰酸酯改性、卤代烷改性、酯化反应改性、氧丙烯化改性等。将改性后的木质素应用于聚氨酯合成不仅能减少石油资源的消耗，提高聚氨酯的力学性能，而且赋予了聚氨酯材料一些特定的性能，如抗紫外性能、阻燃性能、疏水性能、自修复性能、重塑性能等。

图1 木质素聚氨酯的一般合成策略和主要应用领域

目前，木质素的利用还存在分离困难的问题，还不能完全对木质素的结构进行精确表征，这是由于不同的分离工艺以及木材种类导致了木质素的结构与单体组成不同。在没有完全能制备均一木质素产品的情况下，对木质素的直接利用存在困难。化学改性的木质素由于大量化学试剂的使用以及处理过程的复杂性，经济成本和自然成本提高，因此，研究人员应更加致力于研究木质素的绿色高效转化策略。

综上所述，木质素在聚氨酯制备中不仅能实现单体的替代，极大程度地降低成本，加速聚氨酯在环境中的降解，还能够实现功能上的多样化。因此，木质素在生物基聚氨酯中的应用既有优势又有挑战，仍然将是今后的研究热点。

该项工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、宁波市自然科学基金、宁波市公益类科技计划项目和国家留学基金委等项目的支持。