磺甲基化木质素基高柔性聚氨酯泡沫的制备与性能研究：绿色化学与功能材料创新

本研究针对石化多元醇不可再生及木质素利用率低的问题，通过磺甲基化改性牛皮纸木质素（SKL）替代部分多元醇，成功制备出兼具优异热稳定性（残炭率提升3.35%）、低回弹性（回弹率9.67%）和高舒适性（气流阻力756.9 Pa）的柔性聚氨酯泡沫（SLFPUF），为生物质资源高值化利用和功能泡沫材料开发提供新思路。

　　

在全球面临化石资源枯竭与环境压力的背景下，聚氨酯泡沫（PUF）作为石油基合成材料面临可持续发展挑战。当前，55%的聚氨酯市场被PUF占据，但其原料依赖不可再生的石化产品。与此同时，造纸工业副产物木质素年产量达7000万吨，却仅有5%被高效利用，大多作为燃料焚烧。如何将这种富含活性羟基的天然聚合物转化为高附加值材料，成为绿色化学领域的重要命题。

福建青山纸业股份有限公司与国内高校合作团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表研究，创新性地通过磺甲基化改性牛皮纸木质素（KL），制备出磺甲基化木质素基柔性聚氨酯泡沫（SLFPUF）。研究人员采用磺化度调控（0.286 mmol/g）、聚乙二醇（PEG400）共混及六亚甲基二异氰酸酯（HDI）交联等技术，系统分析了材料的热力学性能、微观结构和舒适性指标。

材料与方法
研究以造纸黑液提取的KL为原料，通过Na₂SO₃磺化制备不同磺化度的SKL，结合电导滴定法测定磺酸基含量。采用热重分析（TG）、扫描电镜（SEM）和动态力学分析（DMA）表征材料性能，通过支撑因子（SF）和气流阻力评估泡沫舒适性。

研究结果

1. 热稳定性突破：磺化度0.286 mmol/g的SLFPUF残炭率达12.63%，较未改性木质素泡沫（LFPUF）提升3.35%，TG曲线显示分解温度区间拓宽。
2. 力学性能优化：SLFPUF-0.286的支撑因子（SF）达4.99（LFPUF仅1.89），SEM显示泡孔结构均匀，归因于磺酸基的催化作用与相容性提升。
3. 功能特性显著：该材料展现独特形状记忆效应（回弹率9.67%），气流阻力降至756.9 Pa（对照组996.8 Pa），满足记忆泡沫在医疗、家居等领域的低回弹需求。

结论与展望
该研究实现了木质素从工业废弃物到功能材料的跨越：通过精准调控磺化度，既保留了木质素的刚性骨架，又引入磺酸基团改善界面相容性。相比传统石化基泡沫，SLFPUF在热稳定性（残炭率）、舒适性（气流阻力）和功能特性（低回弹）方面均具优势，为生物基记忆泡沫开发提供新范式。未来可进一步探索磺化木质素在阻燃、抗菌等功能化聚氨酯中的应用，推动绿色材料产业化。