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随着人们的环保意识提高，越来越注重绿色产品的开发与应用。聚乳酸以其优良的生物相容性、生物降解性、资源可再生性受到人们的广泛关注，但存在强度低、热稳定性差、脆性等缺陷，限制了其应用。本文将高强度、高比表面积、天然可再生等特性的纳米纤维素作为增强相与聚乳酸制备纳米纤维素/聚乳酸复合材料。为了改善纳米纤维素与聚乳酸之间相容性，采用了对纳米纤维素进行接枝改性和添加增容剂两种方法，研究了不同改性方法对复合材料的结构、物理力学性能和降解性能的影响。论文的主要研究内容如下:
首先采用64％的硫酸酸解脱脂棉制备纳米纤维素(NCC)，使用透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、广角X射线衍射仪(WAXD)、热重分析仪(TG)对制备的NCC进行测试表征，研究了溶胀处理时间和酸解时间对NCC产率、形貌和结构的影响。TEM测试表明，制备的NCC均为棒状，横截面尺寸约为5～20nm，长度为40～400nm，长径比为10～100;在酸解前对脱脂棉的溶胀处理提高了NCC的产率，当脱脂棉在90℃水中溶胀处理4小时后，再用64％硫酸在50℃条件下酸解1.5小时得到了75.88％的高产率;与未经溶胀处理制备的NCC相比，通过溶胀处理制备的NCC具有更高的结晶度。
以马来酸酐(MAH)为酯化剂，吡啶为催化剂，对NCC进行表面酯化改性，制备了酯化纳米纤维素(ENCC)，然后以过氧化二苯甲酰(BPO)为引发剂，丙烯酸丁酯(BA)与丙烯酸甲酯(MA)为单体，进一步对ENCC进行表面接枝改性。使用FTIR、WAXD、TG对接枝产物的结构和性能进行了测试表征。先酯化后接枝改性的纳米纤维素成功接枝上了丙烯酸酯单体;与未改性的纳米纤维素相比，接枝改性纳米纤维素的热稳定性与结晶度都有所下降。
以PLA为原料，BPO为引发剂，MAH和BA为单体，通过溶液接枝法制备了mPLA共聚物。使用FTIR、WAXD、TG、差示扫描量热仪(DSC)对接枝共聚物结构和性能进行了分析表征。随着单体比BA/MAH的增加，单体在PLA上的接枝率均出现先增大后减小的趋势，当MAH∶BA质量比为1∶1，MAH∶PLA质量比为3∶100时，制备的mPLA接枝率最高为1.96％;mPLA共聚物的热稳定性和结晶度较纯PLA有所下降。
采用溶液浇铸法制备了改性纳米纤维素/聚乳酸(ENCC-g/PLA)复合材料和纳米纤维素/改性聚乳酸/聚乳酸(NCC/mPLA/PLA)复合材料。通过WAXD、TG、DSC、SEM、拉伸实验机测试表征了材料的结构与性能。ENCC-g/PLA复合材料的拉伸强度随着ENCC-g含量的增加呈现先增大后减小趋势，当ENCC-g含量为2％时，ENCC-g/PLA复合材料的拉伸强度达到最大值，与使用未改性NCC制备的同样配比的NCC/PLA复合材料相比提高了32.02％;同时ENCC-g/PLA复合材料比NCC/PLA复合材料表现出更高的结晶度。NCC/mPLA/PLA复合材料的拉伸强度随着mPLA含量的增加先增大而后减小，当mPLA含量为8％时，NCC/mPLA/PLA复合材料的拉伸强度最高，比NCC/PLA复合材料提高了30.20％;同时mPLA的加入提高了复合材料的结晶度。土埋降解和磷酸缓冲液降解实验结果表明，mPLA和ENCC-g的加入使复合材料的降解速率加快。
首先采用64％的硫酸酸解脱脂棉制备纳米纤维素(NCC)，使用透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、广角X射线衍射仪(WAXD)、热重分析仪(TG)对制备的NCC进行测试表征，研究了溶胀处理时间和酸解时间对NCC产率、形貌和结构的影响。TEM测试表明，制备的NCC均为棒状，横截面尺寸约为5～20nm，长度为40～400nm，长径比为10～100;在酸解前对脱脂棉的溶胀处理提高了NCC的产率，当脱脂棉在90℃水中溶胀处理4小时后，再用64％硫酸在50℃条件下酸解1.5小时得到了75.88％的高产率;与未经溶胀处理制备的NCC相比，通过溶胀处理制备的NCC具有更高的结晶度。
以马来酸酐(MAH)为酯化剂，吡啶为催化剂，对NCC进行表面酯化改性，制备了酯化纳米纤维素(ENCC)，然后以过氧化二苯甲酰(BPO)为引发剂，丙烯酸丁酯(BA)与丙烯酸甲酯(MA)为单体，进一步对ENCC进行表面接枝改性。使用FTIR、WAXD、TG对接枝产物的结构和性能进行了测试表征。先酯化后接枝改性的纳米纤维素成功接枝上了丙烯酸酯单体;与未改性的纳米纤维素相比，接枝改性纳米纤维素的热稳定性与结晶度都有所下降。
以PLA为原料，BPO为引发剂，MAH和BA为单体，通过溶液接枝法制备了mPLA共聚物。使用FTIR、WAXD、TG、差示扫描量热仪(DSC)对接枝共聚物结构和性能进行了分析表征。随着单体比BA/MAH的增加，单体在PLA上的接枝率均出现先增大后减小的趋势，当MAH∶BA质量比为1∶1，MAH∶PLA质量比为3∶100时，制备的mPLA接枝率最高为1.96％;mPLA共聚物的热稳定性和结晶度较纯PLA有所下降。
采用溶液浇铸法制备了改性纳米纤维素/聚乳酸(ENCC-g/PLA)复合材料和纳米纤维素/改性聚乳酸/聚乳酸(NCC/mPLA/PLA)复合材料。通过WAXD、TG、DSC、SEM、拉伸实验机测试表征了材料的结构与性能。ENCC-g/PLA复合材料的拉伸强度随着ENCC-g含量的增加呈现先增大后减小趋势，当ENCC-g含量为2％时，ENCC-g/PLA复合材料的拉伸强度达到最大值，与使用未改性NCC制备的同样配比的NCC/PLA复合材料相比提高了32.02％;同时ENCC-g/PLA复合材料比NCC/PLA复合材料表现出更高的结晶度。NCC/mPLA/PLA复合材料的拉伸强度随着mPLA含量的增加先增大而后减小，当mPLA含量为8％时，NCC/mPLA/PLA复合材料的拉伸强度最高，比NCC/PLA复合材料提高了30.20％;同时mPLA的加入提高了复合材料的结晶度。土埋降解和磷酸缓冲液降解实验结果表明，mPLA和ENCC-g的加入使复合材料的降解速率加快。