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·1494· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 35 卷

的影响因素大小排序为：固液比>液化时间>液化温
度>m（聚乙二醇）∶m（丙三醇）。由Ⅰ i /k i 、Ⅱ i /k i 、
Ⅲ i /k i 对比可见：随着聚乙二醇/丙三醇质量比的减
少，木质素液化率随之降低，说明液化试剂中聚乙
二醇对木质素的液化效果要优于丙三醇，所以聚乙
二醇/丙三醇质量比的最佳值为 4∶1；固液比过低会
影响木质素在后续聚氨酯泡沫合成中的添加量，固
液比过高会降低木质素与液化试剂的有效接触面
积，从而导致木质素液化率降低，所以最佳固液比
为 2∶5；液化温度较低时，木质素液化降解速度较
慢，随着温度的增加，反应加快，液化率提高，但
液化温度过高，液化的木质素小分子自身发生缩聚
反应导致液化率降低，所以最佳液化温度为 120 ℃；

液化时间较短，木质素的液化不充分，但液化时间 图 3 不同木质素添加量的聚氨酯泡沫的扫描电子显微
过长会导致木质素小分子的自聚合反应，因此，液 镜照片
化时间最佳值为 30 min。得到的木质素液化最佳条 Fig. 3 SEM images of polyurethane foams with different
lignin contents
件为：聚乙二醇/丙三醇质量比 4∶1、固液比 2∶5、

液化时间 30 min、液化温度为 120 ℃，在此条件下木质 之变小，当液化产物添加量为 47%时，聚氨酯泡沫
素液化率高达99.5%，液化产物羟值达到360 mgKOH/g。 的孔径大小则变为 100~300 μm，这是因为木质素基
2.3 木质素基聚氨酯泡沫的结构特征 多元醇的组成较为复杂，存在大量结构不固定的支
将木质素液化产物代替部分聚醚多元醇进行聚 链，活性羟基的位置也不确定，与异氰酸酯交联反
氨酯硬质泡沫的合成，得到一系列不同液化产物添 应也比较复杂，得到的泡沫结构不均匀且泡体尺寸
加量（聚醚多元醇与木质素液化产物的质量分数之 相对较小。另外，由于木质素分子的网状刚性结构
和为 100）的聚氨酯泡沫（见图 2、3）。从图 2 可见， 特征，聚氨酯泡沫的芯密度和压缩强度也随着木质
随着液化产物添加量的增加，聚氨酯泡沫的颜色随 素液化产物添加量的增加而增加（结果见表 3）。当
之加深；由图 3 可见，不添加木质素液化产物的聚 添加量从 0 增至 47%时，泡沫芯密度从 39.7 kg/m 3
氨酯泡沫的泡孔尺寸较大，孔径大小在 300~600 μm； 增至 48.6 kg/m ；压缩 强度也从 168 kPa 增至
3
而随着木质素液化产物的引入，泡沫的泡孔尺寸随 212 kPa。而且添加量 47%的聚氨酯泡沫芯密度和压
缩强度这两项数据均能满足《GB/T 21558—2008 建

筑绝热用硬质聚氨酯泡沫塑料》中相应指标标准。

表 3 不同液化产物添加量的聚氨酯泡沫的芯密度和压
缩强度
Table 3 Core density and compressive strength of polyurethane
foams with different lignin contents
木质素液化产物添加量/% 芯密度/(kg/m ) 压缩强度/kPa
3
0 39.7 168
18 40.9 195
33 43.5 210
47 48.6 212

精制木质素及木质素基聚氨酯泡沫的红外光谱
图见图 4。可以看到，木质素具有较为复杂的吸收
峰，3420 cm –1 对应的峰为—OH 的伸缩振动峰，

–1
2930 cm 为芳香族—CH 3 的伸缩振动峰和弯曲振动
图 2 不同液化产物添加量的聚氨酯泡沫的外观形貌照片 峰，1710 cm 处为 C==O 吸收峰，1605、1510 和
–1
Fig. 2 Photos of outer morphology of polyurethane foams
–1
–1
with different lignin contents 1430 cm 为芳香环骨架振动吸收峰，1410 cm 处