随着可生物降解的绿色生物复合材料的兴起和发展,造纸工业主要原料的植物天然纤维素作为环氧树脂填充剂受到了极大的关注,但是亲水的纤维素颗粒在疏水的环氧树脂基质中界面不相容。当前主流的解决方式主要是对纤维素颗粒进行表面化学改性,但研究表明这种方式存在很多缺陷使得纤维素颗粒无法真正发挥应有功能,比如化学改性可能会对纤维素颗粒造成表面损伤、因化学反应产生了一定的潜在的安全性问题、改性后复合材料的防水性能下降等。考虑到这些不利方面,本研究从物理的角度出发,分别采用超声处理和微胶囊化两种方式改进微晶纤维素(MCC)的团聚及其在树脂基质中的分散。并采用TG、DSC、FT-IR和自制的可高效测定吸湿性的吸湿仪等设备对改性后复合材料的性能进行了系统的研究。首先采用石蜡和表面活性剂为壁材,以物理方法对MCC颗粒进行微胶囊化,尝试将其表面的高亲水性转为疏水性并降低其表面能,目的是控制团聚并能均匀分散于树脂基质中。然后对EMC颗粒形态和改性后的环氧树脂复合材料的断面形态(SEM图)、FT-IR光谱、吸湿性能、热稳定性和不同环境下长期吸湿行为机理进行系统探索和分析,最后分别用Coats-Redfern、Flynne-Walle-Ozawa和Kinssiger理论模型对环氧树脂复合材料的热降解动力学和固化动力学进行研究。作为对照,对超声处理MCC改性环氧树脂复合材料的上述性能做了同样的研究。基于表面活性剂的HLB值理论的研究结果表明,吐温20和司盘60以8:2的质量比例复合对石蜡乳化后作为壁材可以对MCC颗粒完成很好的微胶囊化。所得的微胶囊颗粒(EMC)长径方向没有太大变化,同时也可以很好的解决MCC因表面性质而造成的自身团聚问题,而EMC颗粒也可以均匀的分散在环氧树脂基质中。而以未乳化的石蜡为壁材对MCC进行微胶囊化,则所得的EMC颗粒的粒径较大,同时在环氧树脂中的分散不均匀,改性后复合材料内部也有相对更多的气泡存在。超声处理MCC颗粒也可以实现在树脂基质中的均匀分散。Coats-Redfern和Flynn-Wall-Ozawa两种理论模型对EMC和超声MCC改性环氧树脂复合材料的热降解动力学的研究结果表明,添加1~5%的EMC对环氧树脂复合材料的热稳定性几乎没有影响。由热降解动力学所得出的活化能和指前因子的变化几乎一致也说明了这两种模型对EMC和超声处理MCC改性环氧树脂复合材料的热分析都是准确且精确的。Kissinger理论模型对改性后复合体系的固化动力学的研究显示复合体系的固化反应热大约在40~50 KJ/mol,这也与伯胺基与环氧基的固化过程中的活化能的理论值相吻合。EMC的引入使得固化过程中产生的固化热降低,四种不同体系的固化活化能依次是纯环氧树脂体系>超声MCC改性树脂体系>乳化石蜡EMC树脂体系>石蜡EMC树脂体系,这也说明该理论模型对环氧树脂固化动力学的分析是准确且精确的。不同环境下长期吸湿性研究结果表明两种方式改性后环氧树脂复合材料的吸湿行为都符合菲克(Fickian)线性吸湿行为模型,也即初始阶段的吸湿量与时间的平方根呈线性关系,随着时间的延长,吸湿逐渐达到饱和平衡。但是超声处理MCC/环氧树脂复合材料样品的吸湿性均大于EMC改性环氧树脂复合材料样品的吸湿性,且在超声处理120 min之后,复合材料的吸湿性显著增大。