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木质素是自然界仅次于纤维素的第二大可再生资源,是一种由苯基丙烷单元交联而成的具有芳香族特性的复杂高分子,其含有酚羟基、醇羟基、羰基等活性基团,可部分替代多元醇而成为聚氨酯合成原料之一。此外,由于其芳香族大分子特性和丰富的碳含量,木质素还展现出优异的热稳定性能和更高的成炭能力。在本论文中,分别利用三种木质素单体磷-氮膨胀型阻燃剂、“三源一体”木质素基磷-氮膨胀型阻燃剂、可膨胀石墨协同木质素基磷-氮膨胀型阻燃剂以及木质素为炭源的混合膨胀型阻燃剂对硬质聚氨酯泡沫（RPU）的阻燃性能和热稳定性能进行了改善。进一步地,采用傅里叶红外分析（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、热重分析仪（TG）、氧指数（LOI）、锥形量热仪（CCT）和扫描电子显微镜（SEM）等分析手段探究了所合成的膨胀型阻燃剂对硬质聚氨酯泡沫材料阻燃性能和热稳定性能的影响。本论文主要研究结果如下:（1）以对羟基苯甲醛（H）、香草醛（V）和紫丁香醛（S）三种木质素单体为原料接枝4,4-二氨基二苯甲烷和亚磷酸二乙酯成功制备了三种含磷氮元素的“三源一体”膨胀型阻燃剂DH、DV和DS,且DS比DH和DV具有更好的热稳定性能和成炭能力。与RPU泡沫相比,RPU-DH、RPU-DV和RPU-DS的阻燃指数（FRI）值分别为2.3、2.3和2.4,表明DH、DV和DS是良好的阻燃剂。RPU-DH、RPU-DV和RPU-DS泡沫的氧指数（LOI）和600s时的炭残留量(CY600)显著提高,热释放速率（HRR）、总释放热（THR）、火焰熄灭时间（TOF）、火灾增长指数（FIGRA）、有效燃烧热（EHC）和二氧化碳产量（CO2Y）均相对减小,其一氧化碳产量峰值时间(t PCO)则大幅延迟。表明“三源一体”膨胀型阻燃剂DH、DV和DS赋予了RPU泡沫良好的阻燃性能,且膨胀型阻燃剂在固相和气相中协同发挥阻燃效果。通过SEM发现,RPU-DH、RPU-DV和RPU-DS泡沫优异的阻燃性能可归因于其燃烧过程中形成的更加致密、均匀的膨胀炭层。该炭层能有效减少燃烧过程中的热量交换,稀释氧气和燃烧过程中生成的不燃性气体,进而赋予硬质聚氨酯泡沫良好的阻燃性能和热稳定性能。此外,因DS拥有比DH和DV更好的热稳定性能和成炭能力,RPU-DS泡沫展现出比RPU-DH和RPU-DV更好的阻燃性能和热稳定性能。（2）木质素通过接枝三聚氰胺和亚磷酸二乙酯成功制备了“三源一体”的木质素基膨胀型阻燃剂N/P-BKL。研究发现,N/P-BKL的添加能提高硬质聚氨酯泡沫的成炭能力与阻燃性能,使得N/P-BKL RPU泡沫的THR、HRR、EHC和FIGRA值远低于BKL RPU泡沫。与BKL RPU泡沫相比,N/P-BKL RPU泡沫的最大失重温度提高了74℃,质量损失降低了18.1wt%,这进一步验证N/P-BKL提高了N/P-BKL RPU泡沫的热稳定性能。此外,与单一氮改性的木质素基膨胀型阻燃剂N-BKL相比,氮/磷协同改进的N/P-BKL则具有更好的阻燃性能。比如,N/P-BKL RPU泡沫的FRI值为2.8,远高于N-BKL RPU泡沫的FRI值。分析表明,木质素基膨胀型阻燃剂N/P-BKL能使得泡沫产生更连续更致密的膨胀型炭层,这会大大减少材料燃烧时的热质传递,继而更高效的延缓泡沫材料的进一步燃烧。（3）首先,木质素通过接枝三聚氰胺和氨基三亚甲基磷酸成功制备了“三源一体”的木质素基膨胀型阻燃剂N/P-BKL-I。随后,将N/P-BKL-I和可膨胀石墨（EG）复配协同阻燃硬质聚氨酯泡沫材料。结果表明,当N/P-BKL-I和可膨胀石墨复配使用时,复配RPU-5IFR/5EG泡沫的THR、HRR、FIGRA和EHC值均优于单一添加N/P-BKL-I和EG膨胀型阻燃剂的RPU-10EG和RPU-10IFR泡沫,表明N/P-BKL-I和EG协同复配可更好地改善RPU泡沫的阻燃性能,尽管RPU-10IFR与RPU-5IFR/5EG泡沫的LOI值相当。此外,与RPU-10EG和RPU-10IFR泡沫相比,RPU-5IFR/5EG泡沫的质量损失更少,炭残留量更高,这表明RPU-5IFR/5EG泡沫热稳定性能更好。研究表明,N/P-BKL-I不仅可通过释放不可燃气体抑制材料燃烧,还可以通过受热分解形成的磷酸或聚磷酸盐物质捕捉燃烧产生的自由基而抑制燃烧过程。此外,EG的引进在燃烧时会形成致密的“蠕虫状结构”膨胀炭层,N/P-BKL-I和可膨胀石墨两者协同可进一步改善RPU-5IFR/5EG泡沫的阻燃性能和热稳定性能。（4）以含碳量更高的木质素替代季戊四醇（PER）作为炭源,与聚磷酸铵（酸源）和三聚氰胺（气源）复配组成混合型膨胀型阻燃剂阻燃硬质聚氨酯泡沫。研究发现,当木质素100%替代PER时,RPU/LS泡沫的LOI值高于RPU/PER,证明木质素可替代PER作为膨胀型阻燃剂的炭源。与RPU/PER泡沫相比,RPU/LS泡沫主要热失重阶段的质量损失降低,残炭量更高,表明以木质素作为炭源可更有效地提高硬质聚氨酯泡沫的阻燃性能和热稳定性能。此外,RPU/LS泡沫燃烧后的残炭呈现连续且相对致密的炭层,该炭层能够起到隔热绝氧的作用,可通过气-固相协同阻燃抑制聚氨酯泡沫材料的进一步燃烧。进一步地,研究表明当膨胀型阻燃剂中的酸源/气源/炭源复配比为3:1:1时,硬质聚氨酯泡沫RPU/LS1展现出最好的阻燃性能和热稳定性能。三种木质素单体磷-氮膨胀型阻燃剂DH、DV和DS,“三源一体”木质素基磷-氮膨胀型阻燃剂N/P-BKL-I和N/P-BKL-I均可从气固相发挥阻燃效果,有效改善RPU泡沫的阻燃性能和热稳定性能。EG与N/P-BKL-I复配,可进一步提高RPU泡沫的阻燃性能和热稳定性能。木质素可100%替代PER作为混合型膨胀型阻燃剂的炭源。当酸源/气源/炭源复配比为3:1:1时,硬质聚氨酯泡沫RPU/LS1的阻燃性能和热稳定性能最好。