生物质纤维/热塑性塑料复合材料是一种绿色环保材料,已经被大规模的应用在家居和广场等领域,然而其热稳定性差、阻燃性差、强重比低等缺点大大制约了进一步的发展和应用。本研究以二癸基二甲基氯化铵(DDAC)、12-氨基十二酸(ALA)表面改性的纳米蒙脱土(MMT)作为插层剂,采用直接混合法和熔融共混法制备了两步有机改性纳米MMT/聚乳酸(PLA)/麦秸纤维复合材料,考察了有机改性纳米MMT作为插层剂对PLA/麦秸纤维复合材料物理力学性能和阻燃性能的增强效果。同时,通过多巴胺真空加压涂覆修饰麦秸纤维,探讨了麦秸纤维的涂覆效果及机理,分别用ALA、DDAC结合γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)对纳米MMT粒子进行两步有机改性,并制备纳米MMT插层PLA/麦秸纤维复合材料,揭示了纳米MMT的改性机理及有机改性纳米MMT对复合材料插层机理和界面相容增强机理。旨在增强PLA与麦秸纤维之间的界面结合强度,提高生物质复合材料的物理力学性能,赋予其阻燃性能,建立和完善生物质纤维改性体系,为废弃物生物资源的大规模利用和生物质纤维/热塑性塑料复合材料产品性能增强提供理论基础和技术支撑。主要研究内容及结论如下:(1)采用两步改性法对纳米MMT粒子进行有机改性;同时用多巴胺水解形成聚多巴胺涂层对麦秸纤维进行表面修饰。研究结果表明:经有机长链碳季铵盐和硅烷偶联剂联合两步改性后,纳米MMT粒子的粒径减小为4～6μm,相比未改性MMT粒径减小了360%,同时大小分布均匀,分散性提高。氨基硅烷KH550的有机硅官能团与MMT发生羟基反应,形成氢键之后缩合成-SiO-MMT共价键,同时XRD特征衍射峰角度变小,层间距变为1.76 nm,改性MMT的层间距增大到未改性MMT层间距的76%。麦秸纤维经过多巴胺预处理后,1076 cm-1,1458 cm-1处红外特征吸收峰的出现说明纤维被成功涂覆修饰,纤维表面粗糙度提高,增大了与聚合物基体的接触面积。(2)通过直接混合溶液插层复合法制备了不同改性方法MMT插层PLA/麦秸纤维复合材料,主要考察了不同改性方法MMT在PLA基体中的分散,MMT在复合材料中的插层机理以及对复合材料阻燃、机械性能的影响。研究发现,有机改性剂DDAC两步改性MMT相比钠基MMT能在PLA基体中更好的分散,并以插层结构存在。与未添加MMT的复合材相比,两步改性MMT制备复合材的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度为12.98 MPa、32.24 MPa、3.87 KJ/m2,分别提高了 267%、189%、173%,力学性能得到明显改善。改性MMT对复合材料的热稳定性也有一定的影响,但不明显。从复合材料的阻燃性能分析得出,经两步改性MMT处理的复合材料PHRR为247.4 KW/m2,相比对照组下降了 42.1%,说明有机改性MMT能有效抑烟,阻碍氧气通过,复合材料的阻燃性能得到改善。(3)通过熔融插层法制备MMT/PLA/麦秸纤维插层复合材料,考察了未改性MMT、ALA一步改性MMT和ALA、KH550协同作用两步改性MMT对复合材料的力学性能和热分解动力学的影响。结果显示:与对照组相比,有机MMT粒子处理PLA有助于提高复合材料的机械性能,ALA、KH550两步改性纳米MMT粒子处理的复合材其力学性能得到明显改善。测试两步改性的MMT复合材料后发现,其弯曲强度、拉伸强度和冲击强度比未添加时分别增加了 72.5%、119.5%和98.1%。两步改性MMT的有机处理可以提高复合材料的热稳定性,同时提高其初始的降解温度T0和终止的降解温度Tf。此外两步改性MMT层具有良好的阻隔性能,可以阻碍产物的热分解和减缓热降解速度,同时增强其耐热性,这也间接表明PLA和两步改性MMT形成嵌入型纳米复合材料。从热分解动力学得出,热分解过程分为两个阶段,即表面活性剂的分解和PLA/麦秸纤维复合材料的分解,但是有机MMT改性在第二阶段对复合材料的热性能影响不大。与直接混合插层法相比,熔融插层法利用有机MMT与PLA高温插层的优势,使得制备的复合材料力学性能大大提升,但热稳定性变化不明显。