酚醛泡沫最初应用于航空、航天、隔热舱板等领域。随着生产工艺的成熟、泡沫性能的日益提高以及人们对阻燃材料的日益青睐,酚醛泡沫材料的应用领域逐渐扩大。近年来,我国建筑技术发展迅速,到2020年全国建筑面积将达到600亿平方米,酚醛泡沫轻质、保温、阻燃等优点正满足建筑市场的需求。但是酚醛泡沫自身存在的缺点如力学性能差、酸性固化剂使用量大及原料苯酚、甲醛毒性大等在一定程度上限制了泡沫材料的应用。为解决这些问题,本论文通过引入柔性聚氨酯预聚体来改善酚醛泡沫的力学性能,并研究了增韧机理;制备了间苯二酚改性的酚醛树脂及泡沫材料,在降低酸性固化剂和固化温度的同时,提高了泡沫材料力学性能;对可再生木质素进行了酚化改性,制备了力学性能优良的木质素-苯酚-间苯二酚-甲醛泡沫材料;在聚乙二醇体系中合成了聚乙二醇-苯酚-甲醛(PEG-PF)树脂,以异氰酸酯为固化剂制备PEG-PF树脂材料和泡沫材料,为开发力学性能和阻燃性能优良的聚氨酯硬质泡沫材料提供了实验基础和理论支持。论文的主要研究内容和结论如下:1.聚氨酯预聚体增韧酚醛树脂的制备及增韧机理研究以聚丙二醇和二苯基甲烷二异氰酸酯为原料合成了异氰酸酯基团封端的聚氨酯预聚体PUP,研究了PUP添加量对酚醛树脂流变性能、固化动力学以及对固化酚醛树脂动态热机械性能、力学性能、热稳定性能的影响,探讨了PUP增韧酚醛树脂的机理。研究结果表明,PUP是通过与酚醛树脂的羟基发生加成反应被引入到酚醛树脂结构中,达到增韧酚醛树脂的目的。随PUP添加量的增加,改性酚醛树脂体系的表观活化能逐渐增大,树脂固化变慢。PUP改性的酚醛树脂储能模量增加,损耗因子增大且损耗峰的峰高增加。当PUP添加5%时,酚醛树脂的力学性能较好,冲击强度和弯曲强度分别为6.92 kJ/m2和72.88 MPa,比未改性酚醛树脂强度提高了67.1%和39.1%。2.聚氨酯预聚体改性酚醛泡沫的性能研究以聚丙二醇、二苯基甲烷二异氰酸酯和扩链剂乙二醇为原料,分别合成了不同异氰酸酯基团含量的聚氨酯预聚体PUP和乙二醇扩链的聚氨酯预聚体PUPC,研究了PUP添加量和异氰酸酯基团含量及PUPC添加量对酚醛泡沫力学强度、阻燃和热稳定等性能的影响。研究结果表明,适量柔性聚氨酯预聚体的引入,能提高酚醛泡沫材料的力学性能。聚氨酯预聚体PUP-3添加量为5%时,改性酚醛泡沫材料综合性能较优,相对压缩强度和相对弯曲强度分别为5.96和3.48 kPa·m3·kg-1,导热系数为0.054 W·m-1·K-1,氧指数LOI为35.3%。PUPC添加量为8%,PUPC-3对酚醛泡沫的改性效果较好,相对压缩强度和相对弯曲强度分别为3.08和5.97 kPa·m3·kg-1,LOI为35.9%。从相对强度来看,PUPC-3增韧酚醛泡沫的效果比PUP-3增韧效果略差,主要是因为经过乙二醇扩链的预聚体黏度增大,不利于和树脂均匀混合及发泡。同时,异氰酸酯基团含量降低,预聚体与酚醛树脂交联点减少,致使PUPC-3改性泡沫材料相对压缩强度略低于PF-PUP-3泡沫材料的相对强度。3.间苯二酚改性可发性酚醛树脂与泡沫的制备及性能研究以间苯二酚、苯酚和甲醛为原料制备了不同间苯二酚/苯酚摩尔比(R/P)、甲醛/(苯酚+间苯二酚)摩尔比(F/(P+R))的高固体含量苯酚-间苯二酚-甲醛树脂(PRFRs),并制备了苯酚封端的蓖麻油基聚氨酯预聚体(CPUP),研究了R/P和F/(P+R)对PRFRs物化性能、化学结构、流变和热稳定等性能以及对苯酚-间苯二酚-甲醛泡沫(PRFFs)力学性能、微观结构和阻燃性能的影响。同时,研究了CPUP添加量对酚醛泡沫的力学性能、热稳定性能、阻燃性能和微观形态的影响。研究结果表明,当R/P为0.09/0.91,F/(P+R)为2.0/1.0时,PRFR-2树脂游离醛含量较低(0.14%),羟甲基含量为34.5%,凝胶时间为144 s。PRFR-2出现凝胶点时的温度为126℃,低于未改性酚醛树脂的凝胶点温度(134℃)。由PRFR-2树脂制备的泡沫材料综合性能较优,压缩强度和弯曲强度分别为180.8和252.3 kPa,LOI为38.4%,说明适量间苯二酚的引入提高了酚醛树脂的反应活性及泡沫的力学性能。CPUP改性PRFFs泡沫的最佳添加量为5%,改性泡沫的压缩强度为186.2 kPa,弯曲强度为329.7 kPa,泡沫的掉渣率为17.2%。4.木质素-苯酚-间苯二酚-甲醛树脂与泡沫材料的制备及性能研究碱性条件下酚化改性木质素BR,用改性的BR替代部分苯酚,制备木质素-苯酚-间苯二酚-甲醛树脂(LPRFRs)及木质素-苯酚-间苯二酚-甲醛泡沫材料(LPRFFs)。研究了酚化时间对BR酚羟基含量的影响以及酚化时间和酚化BR替代苯酚质量对LPRFRs物化性能和LPRFFs力学性能、热稳定性能以及微观结构的影响。研究结果表明,酚化的BR酚羟基含量有所提高,BR酚化3.0 h时,木质素的酚羟基含量为3.36%,比未酚化改性的高15.5%,相对分子质量及相对分子质量分布较低,Mn为1 730,Mw为2 580,Mw/Mn为1.49。BR替代苯酚20%制备的树脂LPRFRs含有较低的游离甲醛和游离苯酚,分别为0.29%和2.08%,黏度适中(5 800 mPa·s)。BR替代苯酚量为30%时,LPRFFs的力学性能较好,压缩强度和弯曲强度分别为181.6和261.6 kPa,比未添加木质素的酚醛泡沫强度提高了41.8%和24.3%。5.非酸固化体系下PEG-PF材料的制备与表征以聚乙二醇、苯酚和多聚甲醛为原料合成了聚乙二醇、苯酚和甲醛质量比(PEG/P/F)不同的聚乙二醇-苯酚-甲醛(PEG-PF)树脂,并以PEG-PF树脂和异氰酸酯为原料制备了PEG-PF树脂材料和泡沫材料,研究了PEG/P/F对PEG-PF树脂材料的力学性能、热稳定性能、玻璃化转变温度和微观结构以及对PEG-PF泡沫材料力学性能和阻燃性能的影响,并初步探索了PEG-PF树脂在非酸固化体系下的反应机理。研究结果表明,当PEG/P/F为60/25.42/14.58时,PEG-PF树脂材料的拉伸强度为28.08 MPa,比聚乙二醇树脂材料(FM-1)的强度提高了128%。随着苯酚和甲醛质量分数的增大,PEG-PF树脂材料的玻璃化转变温度升高直至消失,损耗因子峰值对应的温度升高,且损耗峰变宽。当PEG/P/F为50/31.77/18.23时,PEG-PF泡沫材料的压缩强度和LOI分别为0.259 MPa和25.9%。非酸性固化体系下可以制备性能较优的PEG-PF树脂材料和泡沫材料。