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生物质纤维/热塑性塑料复合材料作为新型环保材料,广泛应用于建筑和公园等场所,但其重量大、体积膨胀率高、易蠕变、耐候性差等问题严重制约了生物质新材料的发展。本研究采用直接混合法制备了 A171表面改性纳米TiO2/麦秸纤维/聚丙烯(PP)发泡复合材料,考察了表面改性纳米TiO2粒子对麦秸纤维/PP发泡复合材料物理力学性能和耐紫外老化性能的增强效果。在此基础之上,通过碱处理去除麦秸纤维表面蜡质层,分别用A171和Y-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)对纳米TiO2粒子进行表面改性,并采用真空加压浸渍的方式处理麦秸纤维,探讨了麦秸纤维的处理效果及性能,将表面改性纳米TiO2粒子转化为界面相容剂,并制备纳米TiO2改性麦秸纤维/PP发泡复合材料,揭示了纳米TiO2粒子的表面改性机理以及表面改性纳米TiO2粒子对复合材料界面相容性的增强机理,考察了表面改性纳米TiO2粒子及其用量对复合材料力学性能和耐紫外老化性能的影响。旨在增强麦秸纤维与PP之间的界面结合强度,提高生物质纤维/热塑性塑料发泡复合材料的物理力学性能,赋予其耐紫外老化性能,建立和完善生物质纤维改性体系,为生物质资源的大规模高效利用和生物质纤维/热塑性塑料复合材料产品性能优化提供理论基础和技术支撑。主要研究内容及结论如下:(1)通过直接混合法制备表面改性纳米TiO2/麦秸纤维/PP发泡复合材料的性能研究,研究结果表明,A171成功接枝于纳米TiO2粒子表面;表面改性纳米TiO2添加量为3%时,麦秸纤维的热稳定性、发泡复合材料的力学性能、耐紫外老化性能均达到最高值,与未添加时相比,麦秸纤维重量损失率仅降低8%,热稳定性略有提高;弯曲强度、拉伸强度和冲击强度分别提高了 64.52%、104.98%、518.87%,力学性能得到明显改善。紫外老化处理后,弯曲强度、拉伸强度和冲击强度损失率分别减少了 76.01%、65.1%、63.06%,表面颜色变化减少了 25.3%,耐紫外老化性能明显提高。由于添加量范围较小(0,1,1.5,2,2.5,3wt.%),A171表面改性纳米TiO2对麦秸纤维的热稳定性、复合材料的力学性能和耐紫外老化性能的影响较小。(2)通过两种不同硅烷偶联剂分别对纳米TiO2粒子表面改性及真空加压浸渍处理麦秸纤维性能的研究,结果表明,两种硅烷偶联剂分子均通过Ti-O-Si键接枝于纳米TiO2粒子表面,硅烷偶联剂KH550的接枝率略高于硅烷偶联剂A171,但没有改变纳米TiO2的结晶结构,经硅烷偶联剂KH550表面改性后,纳米TiO2粒子的粒径分布范围更小,为30-45 nm,分散性更好。在此基础之上,表面改性纳米TiO2粒子悬浮液(0,1,3,4,5 wt.%)真空加压浸渍处理去除表面蜡质层的麦秸纤维,结果表明,表面改性纳米TiO2粒子浸渍到麦秸纤维中,与麦秸纤维表面羟基氢键结合,成功转变为界面相容剂。过量的纳米粒子在麦秸纤维表面形成弱界面层。当表面改性纳米TiO2添加量为5%时,两种类型硅烷偶联剂表面改性纳米TiO2粒子使麦秸纤维的紫外线透光率降低约10%,麦秸纤维的紫外屏蔽能力略有提高。(3)通过不同硅烷偶联剂表面改性纳米TiO2真空加压浸渍处理麦秸纤维/PP发泡复合材料性能的研究,以硅烷偶联剂A171或KH550表面改性纳米Ti02粒子(0,1,3,4,5 wt.%)为界面相容剂,真空加压浸渍麦秸纤维后,制备了纳米TiO2粒子改性麦秸纤维/PP发泡复合材料。结果表明,未改性及硅烷偶联剂表面改性纳米TiO2粒子均提高了麦秸纤维/PP发泡复合材料的力学性能,硅烷偶联剂表面改性纳米TiO2对复合材料力学性能增强效果较好。力学强度随表面改性纳米TiO2添加量的增多呈先增大后减小趋势,而未表面改性纳米TiO2粒子添加量对复合材料力学强度影响无明显规律。当硅烷偶联剂KH550表面改性纳米TiO2粒子的添加量为4%时,复合材料的力学强度最高,弯曲强度、拉伸强度和冲击强度比未添加时分别提高了 83.05%,128.62%,490.91%。未改性及硅烷偶联剂表面改性纳米TiO2粒子均提高了复合材料的耐紫外老化性能,与未改性纳米TiO2相比,硅烷偶联剂表面改性纳米Ti02使复合材料的耐紫外老化性能增强更明显。紫外老化处理后,复合材料表面颜色变化和力学强度损失率均随表面改性纳米TiO2添加量的增加先减小后增大,硅烷偶联剂KH550表面改性纳米TiO2添加量为4%时,弯曲强度、拉伸强度和冲击强度损失百分率最低,比未添加时分别降低了84.36%、81.05%、86.83%。未改性纳米TiO2粒子添加量对复合材料的表面颜色变化和力学强度损失率的影响无明显规律。