聚氨酯是由異氰酸酯與多元醇經(jīng)過(guò)聚合反應(yīng)得到的高分子材料，在涂料、彈性體、膠粘劑、泡沫等領(lǐng)域都有非常廣泛的應(yīng)用。但是多元醇與異氰酸酯都來(lái)源于石油，隨著石化資源的枯竭以及環(huán)境問(wèn)題的加重，尋求可再生的替代材料成為研究的一大熱點(diǎn)。目前生物基聚氨酯制備大多都是針對(duì)多元醇的生物質(zhì)替代，報(bào)道較多的是植物油和木質(zhì)素。木質(zhì)素作為儲(chǔ)量豐富的天然有機(jī)碳資源，當(dāng)前利用效率極低，大多被作為燃料而浪費(fèi)。與植物油相比，在合成聚氨酯方面木質(zhì)素不存在“與人爭(zhēng)糧”問(wèn)題并且相關(guān)產(chǎn)品性能優(yōu)越。因此，木質(zhì)素在聚氨酯材料研究方面具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用前景。

中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所朱錦研究員、陳景副研究員和加拿大多倫多大學(xué)顏寧教授基于其在木質(zhì)素聚氨酯方面的研究基礎(chǔ)，近期在Macromolecular Rapid Communications上發(fā)表了題為“Lignin-Based Polyurethane: Recent Advances and Future Perspectives”的綜述(DOI:10.1002/marc.202000492)。

眾所周知，木質(zhì)素是通過(guò)無(wú)規(guī)交聯(lián)得到的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)化合物，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，也正是由于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)賦予了它多樣性，如芳香環(huán)賦予其一定的疏水性、剛性以及耐熱性，表面的酚羥基、醇羥基等賦予木質(zhì)素一定的反應(yīng)活性。但是其本身的羥基由于位阻大活性低，通常要對(duì)其進(jìn)行改性再利用。改性手段主要包括異氰酸酯改性、鹵代烷改性、酯化反應(yīng)改性、氧丙烯化改性等。將改性后的木質(zhì)素應(yīng)用于聚氨酯合成不僅能減少石油資源的消耗，提高聚氨酯的力學(xué)性能，而且賦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、自修復(fù)性能、重塑性能等。

圖1 木質(zhì)素聚氨酯的一般合成策略和主要應(yīng)用領(lǐng)域

目前，木質(zhì)素的利用還存在分離困難的問(wèn)題，還不能完全對(duì)木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確表征，這是由于不同的分離工藝以及木材種類(lèi)導(dǎo)致了木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)與單體組成不同。在沒(méi)有完全能制備均一木質(zhì)素產(chǎn)品的情況下，對(duì)木質(zhì)素的直接利用存在困難?；瘜W(xué)改性的木質(zhì)素由于大量化學(xué)試劑的使用以及處理過(guò)程的復(fù)雜性，經(jīng)濟(jì)成本和自然成本提高，因此，研究人員應(yīng)更加致力于研究木質(zhì)素的綠色高效轉(zhuǎn)化策略。

綜上所述，木質(zhì)素在聚氨酯制備中不僅能實(shí)現(xiàn)單體的替代，極大程度地降低成本，加速聚氨酯在環(huán)境中的降解，還能夠?qū)崿F(xiàn)功能上的多樣化。因此，木質(zhì)素在生物基聚氨酯中的應(yīng)用既有優(yōu)勢(shì)又有挑戰(zhàn)，仍然將是今后的研究熱點(diǎn)。

該項(xiàng)工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、寧波市自然科學(xué)基金、寧波市公益類(lèi)科技計(jì)劃項(xiàng)目和國(guó)家留學(xué)基金委等項(xiàng)目的支持。