纤维素是地球上最为丰富的生物聚合物。纳米纤维素是纤维素经纳米化后所形成的产物,具有强度高、生物相容性好、可再生、可降解等优异性能,应用前景广泛。由常规方式制备纳米纤维素存在能耗高、效率低、产物长径比小和易团聚等问题,限制了其在基体材料、储能材料、包装材料和增强材料等众多领域的应用。本文采用TEMPO氧化法制备了纳米纤维素,研究了碱预处理对纳米纤维素制备的影响,将纳米纤维素与聚乙烯醇(PVA)结合制备了高性能和环境友好型生物质基复合膜。具体研究内容如下:(1)以落叶松纸浆为原料,采用TEMPO-NaBr-NaClO催化氧化体系配合机械处理制备了纳米纤维素,所得纳米纤维素以纤维素纳米纤丝(TOCN)形式存在,直径为5-10 nm,长度可达几微米,分散性良好。该方法制备的TOCN得率为76.6%,羧基含量为0.91 mmol/g,仍然保持了纤维素Ⅰ型结晶结构。(2)采用单因素实验法研究NaOH预处理条件对纸浆纤维素形貌、结晶结构以及后续氧化程度的影响。研究得出最佳预处理条件为:NaOH浓度7%,预处理时间12 h,预处理温度23℃。XRD结果表明经过NaOH预处理的纸浆纤维素仍然保持了纤维素Ⅰ型结晶结构,结晶度有所下降。SEM和TEM结果表明适当的NaOH预处理可以促进纤维素表面分化形成细小的微纤丝,进而提高氧化效率,所得TOCN直径减小为3-5 nm,而长度仍能保持在微米级,分散性有所提高,TOCN的羧基含量由 0.91 mmol/g 提高到 1.20 mmol/g。(3)采用溶液浇铸法制备了 TOCN/PVA复合膜,复合膜的FTIR分析结果表明,TOCN与PVA之间为化学性质的结合。探究了 PVA与TOCN之间的配比对复合膜力学性能、氧气阻隔性能和亲水性能的影响。结果表明,复合膜中TOCN占比<10 wt%时,薄膜断裂形式为塑性断裂,当TOCN占比为5%时,复合膜的拉伸强度达到最大值为94 MPa,比纯PVA膜的拉伸强度(65 MPa)提高了 44.6%,氧气透过系数达到最低值为1.08 cm3.cm/m2.d.0.1MPa,较纯PVA膜降低了 89.8%,接触角达到最大值为57.7°,比纯PVA膜(26.2°)提高了 54.6%;复合膜中TOCN占比>10 wt%时,薄膜断裂形式为脆性断裂,当TOCN占比为70%时,复合膜的拉伸强度达到最大值为159 MPa,较纯TOCN膜(145 MPa)提高了 9.7%,氧气透过系数为0.48 cm3·cm/m2·d·0.1MPa,较纯TOCN膜降低了 12.7%,接触角达到最大值为67.0°,较纯 TOCN 膜(41.0°)提高了 38.8%。