近年来,有机—无机杂化纳米复合材料因其组分的协同效应所赋予材料的优异性能(机械性能、耐久性、光电磁响应等功能或智能特性)而备受关注。本研究受该类材料启发,基于木材天然的双重复杂毛细管系统结构,提出利用有机体与无机体在木材的‘微/纳容器’内原位杂化复合制备新型木材—有机—无机杂化纳米复合材料,并通过控制有机体与无机体的均匀杂化和界面复合,协同优化赋予木材高强力学性能和优异耐久性的思路,以期克服传统有机聚合物改性木材的热稳定性差和无机(纳米)化合物难以有效改性木材力学性能的缺点,对木材尤其低质木材的高附加值利用具有积极的探索意义和研究价值。为此,本研究从分子结构角度首先设计合成了一种功能性单体,并构建功能性单体体系对木材实施性能改良,进而探明了单体体系的构建规律并优选确定了后续研究的通用有机单体；在此基础上,利用掺杂法、溶胶—凝胶法和两步复合法分别制备了系列的细胞腔型和腔壁复合型木材—有机—无机杂化纳米复合材料。通过对各种木质基杂化纳米复合材料的结构表征及性能测试,分析了有机体与无机体的杂化反应机理,以及它们在木材内的可能复合方式,并概括归纳评价了各类木质基杂化纳米复合材料的综合性能。主要研究内容和结论如下：1)①基于分子结构设计,利用甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)和聚乙二醇—400(PEG-400)合成了一种功能性单体,并使之与GMA联合制备木材—聚合物复合材料；通过对其进行结构表征(SEM和FTIR)与性能分析可知,具有立体交联结构的聚合物与木材组分接枝化学键合,使两相界面相互作用力得以增强,进而使其力学性能较木材素材显著提高。②在此基础上,扩展构建功能性单体组合类型制备四种木材—聚合物复合材料,并通过结构表征与性能分析验证了所有四种体系下的聚合物均与木材组分形成了良好的化学界面复合,力学性能也得到明显改善,进而归纳总结出制备优良综合性能的木材—聚合物复合材料所需的单体体系构建规律为：具有不饱和双键的环氧基单体和/或环酐类单体,与具有柔性醚链的双端烯基单体通过一定比例复配可构建理想的功能性单体体系。③基于上述构建规律,选配MAN(马来酸酐)、GMA和PEG200DMA(聚乙二醇—200—二甲基丙烯酸酯)构成目标单体体系,并依据该体系制备的基于单板贴面的木材—聚合物复合材料的表面胶合强度确定三者的优化配比为GMA：PEG200DMA=20：1(摩尔比),MAN含量为6wt%(占GMA和PEG200DMA总质量的百分比)。④对进一步在此优化体系下制备的基于单板贴面和实木的两类木材—聚合物复合材料进行结构表征与性能分析可知,聚合物以无定形态均匀填充于木材细胞腔,并均与木材基质形成化学界面复合,明显改善了木材的力学性能,基本达到了东北优质树种木材的力学性能值,热稳定性、尺寸稳定性和防腐性能亦获明显改善,初步验证了功能性单体体系构建与优选的有效性及合理性。2)基于确定的优化功能性单体(体系),利用纳米二氧化硅(SiO2)、纳米层状粘土(Clay)和纳米多面低聚倍半硅氧烷(POSS)通过掺杂法分别制备了聚合物—无机杂化纳米复合材料和对应的木材—有机—无机杂化纳米复合材料,并对其进行结构表征、杂化机理分析及性能测试的结果表明,①纳米SiO2、Clay和POSS在功能性单体(体系)中的优化添加量分别为0.5wt%、0.1wt%和5wt%(占单体总质量的百分比),此时杂化聚合物的最大热解温度均较纯聚合物提高了10～12℃；纳米SiO2以<30nm的尺寸均匀分散在聚合物基体中,Clay以插层/剥离形式与聚合物杂化复合,POSS以<10nm尺寸与聚合物基体均匀杂化复合,无机体与有机体彼此通过化学键连接,形成的杂化聚合物相结构为无定形聚集态(纳米SiO2和Clay)和结晶与非结晶的两相复合聚集态结构(纳米POSS)。②基于0.5wt%纳米SiO2、0.1wt%纳米Clay和5wt%纳米POSS的优化掺加量制备了三种木材—有机—无机杂化纳米复合材料,并对其进行结构表征与性能分析,结果表明,无机SiO2以一定的团簇体分散在细胞腔的聚合物基体中,分散相尺寸在几十纳米至几百纳米范围；纳米Clay与聚合物基体仍主要以插层复合形式存在于木材细胞腔中,但插层复合尚不够充分；纳米POSS以10nm左右尺寸与聚合物基体均匀杂化复合；它们的相结构均主要为无定形聚集态；木材、有机聚合物和纳米掺杂体三相可能主要以化学键结合,界面复合良好；它们的力学性能(抗弯强度、抗压强度、冲击韧性和硬度)均超过木材—聚合物复合材料的对应值,达到甚至超过了东北优质树种木材的力学性能；其连续浸水228h后的抗胀率和防腐失重率与木材—聚合物复合材料大致相当,优于典型无机硼类防腐剂和有机IPBC (3-iodo-2-propynyl-butyl-carbamate)防腐剂处理木材的防腐性能；其最大热解温度分别较木材、木材—聚合物复合材料对应提高21℃、6℃(纳米Si02)和25℃、10℃(纳米Clay),及较木材素材提高约20℃(POSS),一定程度上表明其具有较高的热稳定性。3)对基于溶胶—凝胶法的聚合物—无机杂化纳米复合材料和细胞腔型木材—有机—无机杂化纳米复合材料进行系统研究表明,①KH570的优化含量为20wt%(占单体总质量的百分比),此时杂化聚合物的最大热解温度较纯聚合物提高了43℃；木材—有机—无机杂化纳米复合材料的外延初始热解温度(330℃)和最大热解温度(418℃)较木材素材显著提高了55℃和53℃,且较基于掺杂法的木材—有机—无机杂化纳米复合材料对应提高了40℃、32℃(Si02)和40℃、28℃(Clay),呈优良的热稳定性。②无机体在木材细胞腔中以纳米(<50nm)甚至分子水平通过Si—O键与有机体均匀杂化,形成的杂化聚合物以无定形聚集态填充在细胞腔中,并与木材组分化学键连接。③木质基杂化纳米复合材料的抗弯强度、抗压强度和硬度较木材素材分别提高了83%、156%和208%；其中,抗压强度和硬度甚至高于掺杂法改性木材的对应力学性能；而其冲击韧性与木材素材大致相当,未得到积极改善。其浸水228h的抗胀率达47%,防腐失重率较木材素材提高了96%～97%,呈良好的尺寸稳定性和防腐性能。4)利用木材天然的双重毛细管系统结构,通过溶胶—凝胶法制得细胞壁型木材—SiO2纳米复合材料,并进一步基于优化功能性单体体系在细胞腔内原位聚合制得腔壁复合型木材—有机—无机杂化纳米复合材料。对其进行结构表征与性能分析的结果表明,①TEOS在酸/碱两种不同催化条件下,均通过水解—缩聚反应在细胞壁中较均匀地生成纳米Si02,并以无定形态与木材组分化学键合；含水率越高,细胞壁中的SiO2生成量越大。②基于KH570和KH550作偶联剂的两类细胞壁型木材—无机SiO2纳米复合材料的最大热解温度分别较木材素材提高了15℃和27℃；不同含水率下两类改性木材的水接触角分别达105°～132°(KH570)和113°～143°(KH550)；耐磨性和防腐性能均较木材素材显著提高,且随SiO2生成量的升高而增大；其耐候性有所改善,但力学性能无明显提高。③细胞腔中的聚合物以无定形态通过硅烷偶联剂(KH50和KH570)与细胞壁型木材—SiO2纳米复合材料实现化学键接枝。④两类腔壁复合型木材—有机—无机杂化纳米复合材料的最大热解温度分别为390℃(KH570)和396℃(KH550),较木材素材分别提高了25℃和31℃,且优于掺杂法改性木材的热稳定性；它们的抗弯强度、抗压强度、硬度和冲击韧性均较木材素材显著提高,达到甚至超过东北优质树种木材的对应力学性能值;浸水228h的抗胀率分别高达65%(KH570)和70%(KH550)；耐磨性较木材素材分别提高了85.5%(KH570)和87.8%(KH550),且显著高于木材—聚合物复合材料；防腐性能高于其他各种木质基杂化纳米复合材料和防腐剂处理木材。