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石油基的塑料,包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚乙烯醇（PVA）等,成本低,且具有良好的机械性能和阻隔性能,是目前市场上最常使用的包装原料。但是由于石油基塑料的生物降解性极差,人们在日常生活中对这些石油基包装材料的大量使用已经对环境产生了严重影响,探索开发具备生物降解性、可再生的生物基塑料及包装材料被认为是解决这一环境问题最有前景的方法。纤维素,尤其是纤维素纳米纤维（CNF）具有高刚度和低密度,而且它可完全生物降解,是制备聚合物复合膜材料中增强填料的理想材料。并且CNF固有的羟基又有利于对其进行酯化、乙酰化和聚合物接枝等表面改性,在调节其与高分子基体界面相容性的同时可以赋予复合膜材料新的功能。本论文研究针对上述问题,旨在开发具有实际应用价值的纤维素基薄膜材料,利用纤维素表面改性制备了一系列多功能纤维素基薄膜并详细研究了它们的各项理化及力学性能。此外也评估了这些薄膜作为功能性包装材料的应用潜力。具体研究内容及结果如下:1.纤维素纳米纤维（CNF）经松香改性后用作聚乳酸（PLA）基体中的增强填料;用壳聚糖（CHT）涂覆所得PLA薄膜制备了具备抗菌性的双层复合薄膜。R-CNF的红外光谱在1730cm-1处明显的特征峰,是松香对CNF的成功酯化生成的酯羰基吸收峰。R-CNF在PLA基体中显示出比未改性CNF更好的分散性,并且R-CNF的加入对所得复合膜的机械性能具有显著提升。当负载量为8%时,可以在基体中形成网络结构,此时复合膜显示出最佳的机械性能。抗菌试验表明,R-CNF/PLA/CHT复合膜对大肠杆菌和枯草芽孢杆菌具有良好的抗菌性能,其中CHT和松香显示出协同抗菌作用。2.利用苯甲酮（BP）衍生物接枝改性纤维素纳米纤维并与聚乙烯醇（PVA）复合制得具有紫外光吸收功能的复合薄膜。首先,TEMPO氧化制备的CNF在非均相体系中分别与二苯甲酮、二异氰酸酯或环氧化大豆油进行酯化反应制得改性CNF,并通过元素分析、FT-IR、X射线光电子能谱和固体NMR对改性CNF进行了全面分析和表征。结果表明,经过表面改性的CNF与PVA基体混合可以制备具有紫外线（UV）吸收能力并保持高透光率的复合膜。与纯PVA薄膜相比,添加CNF增强相后薄膜的拉伸强度、杨氏模量和伸长率都显著增加（最大值分别为96 MPa,714 MPa和350%）,且只要加入低负载量（5%）的改性CNF就可以观察到复合膜具备高UV阻挡性能,尤其是在UVB区域（290-320 nm）。3.受到木材细胞壁组分和结构启发,利用酚酸改性将芳香族结构引入纤维素纤维以提高所得纤维素薄膜的疏水性及力学性能。首先将纤维素溶解于离子液体（IL）介质(四丁基乙酸铵([N4444][OAc]):二甲基亚砜),并在此均相体系中对其进行酚酸改性。所用的三种酚酸（对羟基苯甲酸,香草酸和丁香酸）在改性反应中呈现出不同的反应活性。通过傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱、元素分析和核磁共振光谱(13C CP-MAS、扩散编辑的1H NMR和多重编辑的HSQC)等表征方法全面研究了酚酸与纤维素的自催化Fischer酯化反应。XRD结果表明纤维素纤维在IL介质中经过溶解和再生以及离子液体“焊接”和增塑过程后,形成了纤维素II结晶态,同时这些过程影响了纤维的分散状态并对最终的复合膜性质起到控制作用。经过酚酸改性及离子液体增塑后的纤维素膜显示出与商用塑料薄膜包装材料相当的理化性能。尽管纤维素酯化程度低（DS<0.25）,但改性后的纤维素薄膜表现出高强度（3.5 GPa）、良好柔韧性（高达35%的应变）、高光学透明度（>90%）和耐水性（WCA90°）等优良性能。此外,其水蒸气阻隔性也与纤维素/PLA复合膜相似。综上所述,本研究通过对纤维素进行改性,使其接枝上不同的官能团,并将改性后的纤维素与基体材料混合或仅用改性纤维素制备了一系列多功能性纤维素复合膜。这些功能性纤维素基薄膜具有可生物降解性,在各项性能上显示出替代石油基塑料品的潜力,在包装领域具有广泛的应用前景。