如今,世界各国均而临着石化资源日益匮乏和环境问题日益恶化的问题,因此可持续发展成为当前世界发展的主流趋势。纤维素作为地球上含量最丰富的天然高聚物,具有环境友好性、可再生性、生物降解性和优良机械性能等多种优良性能,受到越来越多地重视和研究。然而,由于纤维素中存在很强的分子内和分子间氢键,以及部分结晶结构,故而既不熔融也不能溶解在一般溶剂中,从而使得其应用受到了很大地限制。通过化学改性的方法,将纤维素功能化,对其综合利用具有非常重要的作用。通过引入取代基团来破坏纤维素中的氢键,改善其溶解性能,可以拓展其应用范围,纤维素醚化反应是纤维素化学改性的重要方法之一。现在商业化纤维素醚主要是通过非均相反应制备的,但该方法主要存在反应过程难控制及取代基分布不均匀等问题。而均相反应可以克服以上问题,因此均相反应对于纤维素功能化具有非常重要的研究意义。为此,本论文进行如下工作：(1)以NaOH-urea-H2O为溶剂,制备纤维素溶液,并在该体系中将3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(CHPTAC)作为醚化剂与纤维素反应,均相合成了季铵化纤维素醚(QC)。(2)制备了光致变色小分子4-(1,2-环氧丙氧基)偶氮苯(EA),并将其在LiC1/DMAc体系中接枝到纤维素分子上,制备出具有光致变色性能的纤维素醚类衍生物。(3)研究了两种纤维素衍生物的结构、性质和应用。创新点：(1)首次研究了QC的抗霉菌性能；(2)首次研究了QC的环保型湿度敏感性能；(3)在LiC1/DMAc体系中,采用醚化反应将生色小分子(EA)接枝到纤维素分子上,制备出新型光致变色纤维素衍生物。主要实验和结论：(1)以NaOH-urea-H2O为纤维素溶剂和醚化反应介质,CHPTAC为醚化剂,对纤维素进行化学改性,制备了QC。采用元素分析、红外光谱、核磁共振和热失重等分析方法对QC试样的结构和热稳定性进行表征。通过改变CHPTAC与纤维素葡萄糖单元(AGU)的摩尔比(1-10),得到了取代度为0.08～0.38的QC系列产品。将QC (DS=0.37)作为抗霉菌剂,研究了它的抗霉菌活性,结果表明：QC样品对根霉菌、青霉菌和曲霉菌均表现出有效的抑菌作用,且对根霉菌、青霉菌和曲霉菌的最低抑菌浓度(MIC)依次为5,10和7.5mg/mL。以戊二醛为交联试剂,对QC膜进行交联,制备出交联季铵化纤维素膜(c-QCM),通过吸水率测试,研究了其在中性和碱性溶液中的稳定性。实验结果表明：在中性和碱性溶液中c-QCM的外观形态可以保持稳定,但是这些膜的吸水率达到自身原始重量的166%到198%。交联季铵化纤维素膜的平衡吸水率主要取决于季铵盐基团的取代度和水溶液的pH值。c-QCM在不同的湿度环境中表现很稳定,并且具有很高的灵敏度。比如：当环境相对湿度从20%增加到99%时,取代度为0.25的c-QCM的电阻率从695.7降到5.2Ω·m。(2)首先制备了偶氮小分子4-(1,2-环氧丙氧基)偶氮苯(EA),并在LiCl/DMAc体系中将其接枝到纤维素分子上,得到了一种新型含光致变色基团的纤维素醚类衍生物(AC)。采用元素分析、红外光谱、核磁共振和热失重等分析方法对EA和ACs的结构和热稳定性进行了表征。采用紫外-可见光吸收光谱仪,分析了ACs的光学性能。结果表明：ACs在350nm处有一个较强吸收峰,在440nm处有一个较弱吸收峰,分别归属于偶氮苯化合物的反式结构的π-π*跃迁和其顺式结构的n-π*跃迁。通过光致变色性能实验测试了ACs的光致变色性能,发现AC溶液在紫外光照射下,随着照射时间延长,350nm处的吸收峰强度逐渐减弱,而在440nm处的吸收峰强度逐渐增强。待AC溶液吸光曲线基本稳定后,将其用可见光照射,随着照射时间延长,350nm处的吸收峰强度逐渐增强,而在440nm处的吸收峰强度逐渐减弱。该结果表明AC具有可逆光致变色行为。上述研究结果表明,纤维素经过化学改性可以制备出具有不同功能的纤维素衍生物,并可以应用于不同应用领域。这些研究成果为纤维素这一绿色可再生资源的功能化和综合利用提供了方法和理论基础,本工作符合我国可持续发展战略,具有重要的基础科学价值和应用潜力。