在最近发表在开放获取期刊Materials上的一篇评论中，研究人员讨论了使用木质素作为环保聚氨酯的可再生来源成分的最新进展。

背景

众所周知，聚氨酯 (PU) 是用途最广泛的聚合物之一。几乎所有用于制造 PU 的工业构件都来自石油资源。用至少与传统产品具有相同品质的可再生、更安全的产品替代或减少石化资源和危险产品的使用，是工业界和学术界一直在努力实现的目标。多元醇是聚氨酯的成分之一，已经利用可再生资源制造。

木质素是在生物质中发现的最普遍的芳香族聚合物的可再生来源，并且有可能部分替代源自石化产品的多元醇。目前，纸浆和造纸行业每年生产 50 至 7000 万吨木质素，其中大部分用于燃烧以回收能源。

尽管木质素具有可用作多元醇的基本化学特性，并且可以直接添加到 PU 配方中，但 OH 基团的类型和数量取决于许多变量，包括提取方法和木材类型。PU 是可从木质素生产的最重要的聚合物之一。因此，PU 必须经过化学变化才能将其转化为液态多元醇，这一过程称为液化。此外，尽管对生产生物基多元醇进行了大量研究，但有害异氰酸酯的使用仍然存在。

关于研究

在这项研究中，作者讨论了可用于从制浆过程中分离木质素的方法、将固体木质素转化为液体多元醇以制造生物基聚氨酯的主要方法、与其表征相关的困难以及评估这项技术的最新进展。考虑到由生物基多元醇（如木质素）制成的 PU 在支持循环经济方面的作用。

该团队审查了用于替代异氰酸酯以制造源自木质素的非异氰酸酯聚氨酯 (NIPU) 的主要方法。在这篇综述中，作者讨论了使用木质素作为生物基聚氨酯成分的主要化学方法。

研究人员通过考虑木质素的质量、工业木质素的来源、生产的基于木质素的多元醇的性质、液化方法的变量等因素，介绍并讨论了将工业木质素转化为液体多元醇的技术现状，如以及木质素转化为液体聚醚多元醇的主要障碍及其表征。此外，还涵盖了创建由木质素产生的 NIPU 以生产可生物降解和更安全的产品的方法。

观察

几项研究报告了在同一范围内对同一聚合物使用多种生命周期评估 (LCA) 方法的效用，这导致结果存在 200-400% 的差异。一家名为西弗雷泽木材公司的加拿大林业公司于 2016 年在希尔顿开设了一家工厂，每天可生产多达 30 吨牛皮纸木质素粉末。当放大合成过程时，很难维持将 CO 2插入环氧化木质素所需的 20-40 bar 的高压。

双烷基氨基甲酸酯和多元醇在 100–200 °C 的更高温度下反应超过 24 小时，并产生低分子量副产物，如甲醇。在异氰酸酯的工业合成中，伯胺与光气之间的反应需要高温。

为了制造聚氨酯 (PU) 弹性体，非常需要机械特性，如拉伸强度、韧性和高断裂伸长率。研究表明，在 PU 弹性体的合成中使用改性或未改性的木质素对改善这些特性起着重要作用，高达 40% 的木质素百分比适合保持其机械性能。

未改性木质素通常用作所得 PU 中石油基多元醇的部分替代品，以减少由于未改性木质素在传统石油基多元醇中的混溶性差而导致的相分离。该浓度通常低于 30% wt.%。根据最近的一些研究，环状碳酸酯的浓度在 10 到 30 当量摩尔之间，随着浓度的增加，木质素链接枝到它们上也略有增加。

观察到醇、胺和硫醇的氧烷基化温度在 100 至 200 °C 之间，而据报道环状碳酸酯与醇的反应温度在 150 至 200 °C 之间。

结论

总之，本研究表明，工业木质素是纸浆和造纸工业的废品，是一种有用的能源，由高碳含量的天然芳香聚合物制成。它可用于替代用于生产 PU 产品的石油基多元醇。

作者提到，为了避免需要进行化学改性，有必要将木质素解聚和分离成明确定义的低聚单体。他们还表示，研究人员和工业界应考虑 LCA 研究和技术经济分析，作为创建木质素基聚氨酯的最终建议。

该团队认为，技术木质素可以用作制造聚氨酯等聚合物产品的原材料，而不仅仅是为了发电而燃烧，有助于创造一个更具可持续性的社会。