纳米纤维素基材料是当前材料界研究最热的生物质基材料之一,具有可再生、环境友好、来源广泛等优点。在其性能方面,纳米纤维素基材料的高生物相容性、强机械性、良好的化学反应活性等优点亦使其备受重视。因此纳米纤维素基材料的制备和应用,成为生物质材料领域的研究热点。其中2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物(TEMPO)氧化结合机械处理制备纳米纤维素的方法具有化学药品用量小,易于操作,制备的纳米纤维素具有高长径比等优点而被科研工作者们广泛采用。由于制备纳米纤维素时,在纤维素C6上引入了羧基。本论文探讨引入的羧基对纤维素接枝PCL有何影响。首先,探索羧基的存在形式(H型和Na型)对接枝PCL的接枝率的影响。本文将两种羧基纤维素(H型和Na型)接枝聚己内酯(PCL),通过FT-IR、13C-NMR、XRD、元素分析、XPS和动态接触角等手段,对改性后的羧基纤维素进行检测。结果显示,接枝前两种羧基纤维素样品均具有很强的亲水性(H型和Na型羧基纤维素的接触角分别是22.6°和31.4°);接枝后,因接枝到两种羧基纤维素表面的PCL具有较强的疏水性,因此使得两种羧基纤维素的疏水性均有所增强。因为H型羧基纤维素的接枝率较高,接枝产物中PCL含量较高,因此具有较大的接触角79.4°。Na型羧基纤维素接枝率稍低,接触角为54.9°,疏水性稍差。其次,以棉短绒为原料,采用TEMPO/NaBr/NaClO氧化体系制备一系列羧基含量不同的纳米纤维素。通过改变NaClO的用量,结合超声处理,制备了不同羧基含量(0.35mmol/g、0.47 mmol/g、0.71 mmol/g、0.83 mmol/g、1.14 mmol/g)的TEMPO氧化纳米纤维素(TOCNs)。并使用TEM,XRD,FT-IR,TG等表征手段,对得到的纳米纤维素进行了表观形貌、尺寸大小、晶体结构、化学结构以及热稳定性等性能的研究。结果发现,随着NaClO用量的增大,制得的纳米纤维素羧基含量相应增加。而纳米纤维素羧基含量越大,其在水中的分散性越好。用TEM对TOCNs表征,发现得到的纳米纤维素均为棒状晶体,平均直径为6 nm,平均长度为160 nm。XRD结果显示,随着NaClO用量增大,制得的纳米纤维素结晶度指数略有增加。热性能分析表明,制得的TOCNs热稳定性较天然纤维素有所降低。最后,将不同羧基含量的纳米纤维素进行接枝改性,探索不同含量的羧基对于接枝PCL产生的影响。然后将改性得到的PTOCNs与SMPU复合,制备出一种力学性能及形变性稳定的复合材料,进一步研究羧基含量不同、改性效果不同的PTOCNs对PTONC/SMPU复合材料性能的影响。研究结果表明,羧基含量增大,接枝率下降,从24.6%下降到10.7%,与未接枝PCL的TOCNs相比,接枝产物PTOCNs的热稳定性有所降低。主要体现在初始降解温度明显下降,且羧基含量低的纳米纤维素,初始降解温度的下降幅度,比羧基含量高的下降的幅度要大。羧基含量为0.35mmol/g、0.47mmol/g、0.71mmol/g、0.83mmol/g、1.14mmol/g的纳米纤维素对应的改性产物PTOCNs的接触角分别为110.5°、99.1°、94.3°、91.6°和74.2°,即随着羧基含量增大,接枝产物(PTOCNs)的疏水性下降。对于形状记忆聚氨酯和纳米纤维素复合材料,PTOCNs对复合材料强度的增强效果要比TOCNs的增强效果更好,且对材料断裂伸长率的影响较小。当PTOCNs的添加量为10%时,羧基含量低(0.35 mmol/g、0.47mmol/g、0.71mmol/g)时,PTOCN/SMPU复合膜的弹性模量和拉伸应力,均比纯SMPU膜的高,增幅可分别达到54.4%和67.3%。随着羧基含量的继续增加,弹性模量有所增加,而拉伸强度和断裂伸长率却降低。另外,当PTOCNs的添加量为10%时,复合材料的形状固定率和形状回复率都没有发生大的改变。通过改性,提高了复合材料的机械性能,而且维持了形状聚氨酯的弹性形变性能。