植物纤维是世界上蓄积量最为丰富的可再生资源,其中玉米芯具有产量大、成本低廉的优点,但现阶段对其的利用存在工业附加值低,且容易造成环境的污染等问题。本文以玉米芯为原材料,采用较为清洁、环保的闪爆预处理,破除其顽抗特性,降低后续处理难度,进一步制备纤维素纳米纤维和实现其微纤维化,这对于玉米芯的高值化利用,具有重要的工业意义和经济价值。本文首先对玉米芯原料分别采用间歇式闪爆和连续式闪爆预处理,发现预处理后的玉米芯样品均呈现出较高的热稳定性,间歇式闪爆预处理的样品中的半纤维素组分部分降解作用,而连续式闪爆预处理过的样品可以认为全组分得到保留。间歇式闪爆预处理能够撕裂玉米芯的植物细胞壁,暴露出微纤维,降低后续化学处理难度。连续式闪爆预处理能够使玉米芯微纤维化,增大其比表面积,处理效率和生产能力较高。因此,根据间歇式和连续式闪爆预处理的特点,可以将两者分别应用于纤维素纳米纤维的制备和聚合物的直接填充。以间歇式闪爆预处理的样品为原料进行碱处理和漂白,在低浓度、室温等温和条件下即可实现非纤维素组分的去除,而以玉米芯为原料进行同样的化学处理则无法达到相同的效果。去除非纤维素组分后进行高速分散能够减少纤维间的缠结,使纤维素微纤维的尺寸均一化,最后通过超声的空化作用能够实现纤维素纳米纤维化,制备出平均直径约8 nm的纤维素纳米纤维。以相同的制备工艺路线,将分散介质替换为聚乙二醇水溶液,探究聚乙二醇浓度对纤维素纳米纤维尺寸和纤维素纳米纤维悬浮液稳定性的影响。发现聚乙二醇分子既消耗了部分空化能量,同时也增大了纤维素纤维间距离,两种相反作用共同决定了纤维素纳米纤维的尺寸。当聚乙二醇浓度较低时,其浓度的提高有利于提高纤维素纳米纤维悬浮液的稳定性,而当其浓度超过5 wt%后,所制备出的纤维素纳米纤维的尺寸较大,悬浮液的稳定性反而随着聚乙二醇浓度的提高而下降。对不同聚乙二醇浓度的纤维素纳米纤维悬浮液进行冷冻干燥,所得纤维素纳米纤维/聚乙二醇母粒热稳定性随着聚乙二醇含量的提高而提高。聚乙二醇浓度为5 wt%的纤维素纳米纤维悬浮液经冷冻干燥后所得的纤维素纳米纤维/聚乙二醇母粒具有较高的再分散性和热稳定性,可用于热加工制备聚乙烯醇复合材料。以牌号为1788的聚乙烯醇作为改性基体,不同含量的纤维素纳米纤维/聚乙二醇母粒和聚乙二醇为填充剂作对比,配合水的增塑作用,热加工制备聚乙烯醇复合材料。由于纤维素纳米纤维/聚乙二醇母粒中的纤维素纳米纤维和聚乙二醇破坏了聚乙烯醇原有的氢键结构,造成熔点下降、熔程变宽、结晶度下降,同时纤维素纳米纤维/聚乙二醇母粒含量的提高也有利于聚乙烯醇/母粒复合材料的热稳定性的提高。随着纤维素纳米纤维/聚乙二醇母粒或聚乙二醇含量的提高,聚乙烯醇/母粒和聚乙烯醇/聚乙二醇复合材料的缺口抗冲击强度均逐渐提高,当填充材料含量相同时,聚乙烯醇/母粒复合材料的缺口冲击强度略高,这是因为在复合材料受到外力冲击时纤维素纳米纤维能够吸收部分能量、传递能量和延缓材料裂纹的延展。随着纤维素纳米纤维/聚乙二醇母粒含量的提高,聚乙烯醇/母粒复合材料的拉伸强度和断裂伸长率逐渐提高,而拉伸模量则先提高后下降,当纤维素纳米纤维/聚乙二醇母粒含量为20份时达到最大值108.2 MPa,这是由于含量过高时纤维素纳米纤维在基体中的团聚造成的。以牌号为1799的聚乙烯醇作为改性基体,以不同含量微纤维化的连续式闪爆预处理过的样品和未经处理的玉米芯为填充剂作对比,水和甘油作为复合增塑剂,对聚乙烯醇复合材料进行热加工。结果发现随着连续式闪爆预处理过的样品或玉米芯含量的增加聚乙烯醇复合材料的热稳定性逐渐提高,熔点逐渐下降,热加工窗口扩大。连续式闪爆预处理过的样品具有相对高的比表面积和微纤维化结构,在聚乙烯醇基体中的分散性和结合强度均优于玉米芯,对聚乙烯醇复合材料力学性能的提升作用明显。当连续式闪爆预处理过的样品含量为1-5份时,其对聚乙烯醇能同时起到增强和增韧的效果。相对于只经过水和甘油增塑而未添加填充材料的聚乙烯醇样品,当连续式闪爆预处理过的样品含量为5份时,样品的缺口冲击强度由27.3 kJ/m~2提高到了39.7 kJ/m~2,而拉伸强度、拉伸模量和断裂伸长率则由28.5 MPa、129.2 MPa和402.2%分别提高到了36.0 MPa、170.3MPa和482.1%。当连续式闪爆预处理过的样品含量超过5份后,聚乙烯醇复合材料的拉伸强度和断裂伸长率逐渐下降,这是由于连续式闪爆预处理过的样品发生团聚、在基体中分散不均所造成的力学缺陷引起的。填充了连续式闪爆预处理过的样品的聚乙烯醇复合材料的生物降解性能略强于填充玉米芯的聚乙烯醇复合材料,当填料含量为10份时,两者在土壤中掩埋一个月后的质量损失率分别为9.2%和7.4%。