玉米是我国北方农村主要的粮食作物。玉米芯是重要的农产品加工剩余物,也是重要的生物质原料。此前,玉米芯除用于生产糠醛外,较少得到高值化利用。本论文的目的是:通过研究玉米芯的液化行为,将玉米芯转化为一种聚醚多元醇,并将其与异氰酸酯反应,制备具有优良机械性能和阻燃性能的聚氨酯泡沫塑料。本论文以几种聚醚多元醇代替以往普遍使用的几种多羟基醇为液化试剂,研究了玉米芯在其中的液化行为。通过分析表征液化体系液化至不同阶段时主要化学成分及结构特性,研究了玉米芯主要成分在液化过程中发生的反应。发现,玉米芯中半纤维素转化率最高,其次是纤维素,而木质素转化率最低。研究了无机酸催化剂种类和浓度、聚醚多元醇官能度、反应时间、温度等因素对液化效果以及液化产物性质的影响。发现,在硫酸、磷酸和乙酸这3种不同强度的酸中,硫酸催化玉米芯液化的效果最好,表现在液化的转化率最高;在3种聚醚多元醇中,官能度和相对分子质量都较低的聚醚多元醇(聚醚303)液化效果越好;随着反应时间的延长,液化残渣率趋于降低,但是当反应时间超过一定值时残渣率反而升高,其原因是降解产物发生了缩合;在一定范围内,温度的升高有利于原料的降解,但温度过高也使得液化中间产物缩合,从而提高了残渣率。研究了植物纤维原料在聚醚多元醇液化过程中的物料损失。这种损失,既有植物纤维原料自身的热分解损失,也有液化剂即聚醚多元醇的热分解损失。本文用GC-MS对这些损失产物做出了鉴定并提出了一种有效降低液化损失的液化方法。即:先用部分液化试剂在常温下预浸植物纤维原料,然后在搅拌下,将其余液化试剂加到反应器中并加热至反应温度后,然后将上述经过预浸的植物纤维原料以及催化剂分批加入,直到全部原料加完。液化产物用多聚磷酸进行改性,得到磷酸酯。同使用添加型阻燃剂的聚醚多元醇相比,其与聚合物相容性好,不会使聚合物材料使用性能变劣,且阻燃性持久。实验中发现,在对液化产物进行磷化改性时,随着多聚磷酸用量的增加,产物中磷酸酯含量也增多,磷酸酯占全部含磷化合物的比例趋于升高,但到达一定程度后磷酸酯比例开始有降低的趋势;而随着反应时间的增长,磷酸酯比例降低。最优改性条件是多聚磷酸/液化产物为1:1,反应时间1h。改性产物被用来制备聚氨酯硬泡,本文研究了不同条件的改性产物代替不同比例的聚醚多元醇所制备泡沫的阻燃性能。液化产物含量的增加会提高泡沫的阻燃性;改性时多聚磷酸用量的增大也会提高泡沫的极限氧指数(LOI)值;所制备的阻燃型聚氨酯泡沫的LOI最高能达到26.6,相比未改性液化产物所制备的泡沫提升了6.8左右。本论文还研究分析了改性产物聚氨酯硬泡的热稳定性。随着多聚磷酸含量的增加,泡沫的最快分解温度随之降低,残碳率则有所增大,这样说明多聚磷酸的添加有利于聚合物的阻燃性能。用热重-红外联用分析了泡沫燃烧时的气相产物生成过程。所制备的生物质基聚氨酯泡沫受热燃烧的过程大致可分为三个阶段。三个阶段燃烧所产生的气体物质均有CO2以及铵离子。在第一阶段还伴有一些其他气态物质挥发出来,主要为羧酸、醇类、酸酐。在第二阶段时,气态中则还含有炔烃。第三阶段仅含有CO2以及铵离子。