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半纤维素由多种单糖聚合而成的复合型多聚糖，具备优异的生物兼容性、较高的官能度和化学活性高等特点。利用化学改性方法可拓展半纤维素用途，酯化、醚化或者磺化等改性方法可制得甜味剂、增塑剂、表面活性剂以及抗血凝剂或特定靶向药物等医疗制剂，对半纤维素进行改性以及功能化研究具有重要意义。本论文研究了半纤维素酯化改性物和超支化聚合物的合成以及其在色浆分散、阻燃剂微囊化和染料吸附中应用。
利用马来酸酐对半纤维素进行酯化改性，得到末端含大量羧基的半纤维素马来酸酯HCMA。探讨反应条件对HCMA取代度的影响，确定最佳制备条件，其最大取代度达到0.97。通过FT-IR、13C-NMR和TG对HCMA的结构和性能进行分析表征。结果表明，在FT-IR和13C-NMR谱图中会出现-COOH和-C=C-吸收峰强度的明显转变。相比于半纤维素，HCMA末端的羧基和较多的支链结构对热分解温度影响较大，故具有更好的热稳定性。
以HCMA作为分散剂制备炭黑色浆。探讨HCMA添加量对炭黑色浆离心稳定性、温度稳定性和储藏稳定性的影响，当HCMA添加量为10%时，炭黑色浆离心稳定性、温度稳定性和储藏稳定性最佳。通过SEM对炭黑色浆性能进行分析表征。结果表明，HCMA用作分散剂制备炭黑色浆显示出更好的均匀性、更小的粒度和优异的稳定性。利用炭黑色浆对粘胶短纤维进行染色：考察炭黑色浆添加量对黑色短粘胶纤维干断裂强度、湿断裂强度、干断裂伸长率、干强度变化指数和白度等性能的影响。结果表明，当炭黑色浆添加量为4%时，黑色短粘胶纤维性能最为优异。
以HCMA、尿素、甲醛和磷系阻燃剂DPS为原料，通过原位聚合法制备阻燃剂微囊MDPS。探究反应条件对MDPS包埋率和粒径的影响，确定最佳制备条件，MDPS的粒径为33μm，其包埋率最高可达66.7%。通过FT-IR、EM、SEM、EDS和TG对MDPS结构和性能进行分析表征。结果表明，在FT-IR谱图中会出现-C=O、-C=C-和-NH吸收峰强度的明显转变，包埋率越高，这些吸收峰变化就越明显。MDPS具有明显的核壳结构，并且表现出较好的分散性；MDPS的表面相对粗糙，并附有一定数目的颗粒物。EDS光谱图中C、N、O元素峰的显著增强和P元素峰的显著减弱。随着包埋率的增加，MDPS的热稳定性先增强后减小。包埋率为60.9%时，MDPS的热稳定性最佳。将MDPS用于纤维膜的阻燃改性中，通过极限氧指数仪和垂直燃烧测试仪对其进行阻燃性能测试，探究阻燃改性纤维膜的阻燃性能随MDPS添加量的变化，结果表明，当MDPS添加量为15%时，阻燃改性纤维膜展现出优异的阻燃效果。其LOI值达到29.1%，UL-94级别的达到了V-0级。
利用二羟甲基丙酸和HCMA，通过逐步酯化反应，得到结构精确、末端含大量羟基、羧基的1-2代半纤维素超支化聚合物HPP。探究反应条件对HPP取代度的影响，确定最佳制备条件，HPP1、HPP2最大取代度分别达到0.89和0.83。通过FT-IR、13C-NMR、旋转黏度计和TG对HPP的结构和性能进行分析表征。结果表明，在FT-IR和13C-NMR谱图中会出现-COOH、-OH、-COO和-CH3吸收峰强度的明显转变。由于二羟甲基丙酸不断接枝到HCMA分子结构当中，HPP的分子结构当中有大量支链结构，并且末端的羧基、羟基等基团的数目也逐渐增加。较HCMA粘度有所增加，随代数增加，HPP的黏度逐渐增大。相比于HCMA，HPP分子结构当中含有支链酯结构线性单元，能过相互交联形成网络结构，故具有更好的热稳定性，随代数增加，HPP的热稳定性逐渐增强。
以HPP2作为吸附剂，对甲基红、溴甲酚绿和溴酚蓝染料进行吸附研究。探究吸附条件对HPP2吸附能力的影响，确定HPP2吸附能力最佳的使用条件。其吸附能力分别达到了810mg/g、680mg/g和905mg/g。通过Uv-vis和Bet比表面积测试仪对HPP2吸附机理进行分析表征。结果表明，HPP2吸附染料过程的吸附动力学符合准二级动力学方程；吸附热力学符合Langumir模型，为吸热过程；扩散方式为内扩散和膜扩散两种方式，其中内扩散为主要方式。在较高的相对压力下，HPP2解吸率超过80%。HPP2可以成功再生重复用于N2吸附。
利用马来酸酐对半纤维素进行酯化改性，得到末端含大量羧基的半纤维素马来酸酯HCMA。探讨反应条件对HCMA取代度的影响，确定最佳制备条件，其最大取代度达到0.97。通过FT-IR、13C-NMR和TG对HCMA的结构和性能进行分析表征。结果表明，在FT-IR和13C-NMR谱图中会出现-COOH和-C=C-吸收峰强度的明显转变。相比于半纤维素，HCMA末端的羧基和较多的支链结构对热分解温度影响较大，故具有更好的热稳定性。
以HCMA作为分散剂制备炭黑色浆。探讨HCMA添加量对炭黑色浆离心稳定性、温度稳定性和储藏稳定性的影响，当HCMA添加量为10%时，炭黑色浆离心稳定性、温度稳定性和储藏稳定性最佳。通过SEM对炭黑色浆性能进行分析表征。结果表明，HCMA用作分散剂制备炭黑色浆显示出更好的均匀性、更小的粒度和优异的稳定性。利用炭黑色浆对粘胶短纤维进行染色：考察炭黑色浆添加量对黑色短粘胶纤维干断裂强度、湿断裂强度、干断裂伸长率、干强度变化指数和白度等性能的影响。结果表明，当炭黑色浆添加量为4%时，黑色短粘胶纤维性能最为优异。
以HCMA、尿素、甲醛和磷系阻燃剂DPS为原料，通过原位聚合法制备阻燃剂微囊MDPS。探究反应条件对MDPS包埋率和粒径的影响，确定最佳制备条件，MDPS的粒径为33μm，其包埋率最高可达66.7%。通过FT-IR、EM、SEM、EDS和TG对MDPS结构和性能进行分析表征。结果表明，在FT-IR谱图中会出现-C=O、-C=C-和-NH吸收峰强度的明显转变，包埋率越高，这些吸收峰变化就越明显。MDPS具有明显的核壳结构，并且表现出较好的分散性；MDPS的表面相对粗糙，并附有一定数目的颗粒物。EDS光谱图中C、N、O元素峰的显著增强和P元素峰的显著减弱。随着包埋率的增加，MDPS的热稳定性先增强后减小。包埋率为60.9%时，MDPS的热稳定性最佳。将MDPS用于纤维膜的阻燃改性中，通过极限氧指数仪和垂直燃烧测试仪对其进行阻燃性能测试，探究阻燃改性纤维膜的阻燃性能随MDPS添加量的变化，结果表明，当MDPS添加量为15%时，阻燃改性纤维膜展现出优异的阻燃效果。其LOI值达到29.1%，UL-94级别的达到了V-0级。
利用二羟甲基丙酸和HCMA，通过逐步酯化反应，得到结构精确、末端含大量羟基、羧基的1-2代半纤维素超支化聚合物HPP。探究反应条件对HPP取代度的影响，确定最佳制备条件，HPP1、HPP2最大取代度分别达到0.89和0.83。通过FT-IR、13C-NMR、旋转黏度计和TG对HPP的结构和性能进行分析表征。结果表明，在FT-IR和13C-NMR谱图中会出现-COOH、-OH、-COO和-CH3吸收峰强度的明显转变。由于二羟甲基丙酸不断接枝到HCMA分子结构当中，HPP的分子结构当中有大量支链结构，并且末端的羧基、羟基等基团的数目也逐渐增加。较HCMA粘度有所增加，随代数增加，HPP的黏度逐渐增大。相比于HCMA，HPP分子结构当中含有支链酯结构线性单元，能过相互交联形成网络结构，故具有更好的热稳定性，随代数增加，HPP的热稳定性逐渐增强。
以HPP2作为吸附剂，对甲基红、溴甲酚绿和溴酚蓝染料进行吸附研究。探究吸附条件对HPP2吸附能力的影响，确定HPP2吸附能力最佳的使用条件。其吸附能力分别达到了810mg/g、680mg/g和905mg/g。通过Uv-vis和Bet比表面积测试仪对HPP2吸附机理进行分析表征。结果表明，HPP2吸附染料过程的吸附动力学符合准二级动力学方程；吸附热力学符合Langumir模型，为吸热过程；扩散方式为内扩散和膜扩散两种方式，其中内扩散为主要方式。在较高的相对压力下，HPP2解吸率超过80%。HPP2可以成功再生重复用于N2吸附。