随着化石能源的日益紧缺和环境污染的日趋严重,生物质和再生塑料的资源化利用引起了全世界的关注。研究开发生物质和塑料洁净高值化利用技术,建立废弃资源综合利用系统,对促进发展社会经济、改善生态环境、保护森林资源具有重大意义。基于国内外在生物质/塑料复合材料关键制备技术的研究进展及不足,本文以中国四种典型的生物质稻壳、棉秆、麦秸和花生壳为研究对象,深入研究了生物质／塑料复合材料的关键制备技术,该技术以生物质和再生塑料为主要原料,制品广泛应用于建材、包装运输、装饰材料、市政园林等领域,可循环利用,无次生污染,避免了农林废弃物及废旧塑料所带来的环境问题,并能同时保护我国的森林资源,经济和社会效益显著。首先采用FTTR、DSC、SEM、元素分析等现代测试技术研究生物质的基本特性,获得了生物质的特征参数,定量描述了改性处理对生物质表面自由能的影响。结果表明,四种生物质热特性基本相似,在200℃以下热性能稳定,添加超细碳酸钙,能提高生物质粉稳定性；生物质的微观形貌比较复杂,有碎片状、束状和颗粒状结构；生物质中存在处于缔合状态的羟基、烷基、羰基、缩醛基等主要官能团,亲水性强；生物质改性引起生物质表面官能团发生变化,这种变化对生物质表面能产生影响,其极性分量和非极性分量都有所改变,表面能下降,亲水性变弱。采用高效混炼机、锥形双螺杆挤出机等进行了实验研究,考察了各组分对复合材料物理力学性能的影响。结果表明：生物质粉用量增加,复合材料力学性能变差,其冲击强度,拉伸强度急剧下降,当生物质粉用量增加到20%～40%时,冲击强度下降了59%～65%,拉伸强度下降了60%～72%,当生物质粉用量继续增加时,冲击和拉伸强度下降趋势逐渐变缓。随着生物质粉用量的增加,弯曲强度呈先升后降趋势,四种生物质制成的复合材料,其力学性能由大到小依次是棉秆>稻壳>麦秸>花生壳。复合材料的密度和吸水率随着生物质用量的增加呈上升趋势。其密度由大到小依次是稻壳>棉秆>麦秸>花生壳。其吸水率由大到小依次是花生壳>麦秸>稻壳>棉秆。随着偶联剂或相容剂用量的不断增加,复合材料的力学性能先升后降,当硅烷偶联剂用量为3%、相容剂用量为9%～12%时,复合材料的力学性能达到最大值。生物质/塑料复合材料的密度基本不受硅烷偶联剂或相容剂用量的影响。加入硅烷偶联剂或相容剂,复合材料的吸水率都有所降低。利用DSC研究了生物质/塑料复合材料熔融体系的结晶性能,描述了稻壳/HDPE复合材料的非等温结晶行为和等温结晶行为。结果表明：非等温结晶条件下,稻壳粉/HDPE复合材料冷却速率增加,结晶时间缩短,结晶热焓增加,相对结晶度增加,稻壳粉的加入对复合材料的结晶行为具有促进作用。采用莫志深法对数据进行处理,得到了较好的线性关系,相同冷却速率下,结晶速率的关系为MS46>MS28>HDPE。等温结晶条件下,稻壳粉／HDPE复合材料结晶温度升高,不容易形成晶核或形成的晶核不够稳定,使得结晶速率下降,结晶所需时间越长。稻壳粉的加入使得复合材料的结晶速率更快,表明稻壳粉具有明显的异相成核作用。利用Avrami方程对数据进行处理,纯HDPE及其复合材料的Avrami指数n值在1.12～1.28之间,可以认为稻壳粉的加入对复合材料的结晶具有促进作用,但并未改变其成核方式。利用转矩流变仪开展了生物质/塑料复合材料流变性能的实验研究。稻壳粉用量增加,扭矩增加,流动性变差。当稻壳粉用量达到60%时,扭矩达到最大值,稻壳粉用量继续增加,则混合物料在混炼室中出现“打滑”现象,平衡扭矩急剧下降,达不到均匀混炼的目的。稻壳粉用量一定时,随着温度的升高,扭矩逐渐减小,复合材料的流动性能增强,但是温度过高,会使稻壳粉产生轻微烧焦变糊现象,从而影响了稻壳粉与聚乙烯的复合。润滑剂604和613的作用效果基本一致,所以润滑剂604或613均可选择。实验表明,当润滑剂用量为2%时,既可以满足复合材料的流动性要求,又能保证较好的综合性能。最后对生物质／塑料复合材料老化性能和耐磨性能进行了实验研究。经老化实验后,复合材料显著褪色,褪色程度与老化时间呈非线性比例关系。在相同的老化时间内,生物质用量增加,复合材料的色差变化增大。相同的生物质用量下,褪色程度由大到小依次是：棉秆>麦秸>花生壳>稻壳。生物质粉用量增加,复合材料的磨损率先将后升的趋势。四种生物质粉复合材料的磨损率由小到大依次是：棉秆>稻壳>麦秸>花生壳。当复合材料添加了CaCO3、Al2O3、SiO2等填料后,磨损率均有降低,复合材料的耐磨性能会增强。耐磨性能由大到小依次是：CaCO3>A2O3>SiO2。