近年来,纤维素纳米晶(CNC)由于特有的纳米尺寸、高比表面积、低密度和高强度等优点,已经引起了纳米科技和纳米材料领域的广泛关注,它被大量应用于粘合剂、增强材料、特种阻隔薄膜、药物载体等。作为新一代纳米填料,纤维素纳米晶越来越多的被用于增强聚合物材料,已被成功地引入到各种聚合物纳米复合材料体系。但纤维素纳米晶表面丰富的羟基极易形成分子内和分子间氢键,限制其在疏水性聚合物材料方面的应用。为了提高CNC在疏水性聚合物中的分散性,需要对其进行化学改性。现有的纤维素纳米晶改性工艺较为繁琐,所以建立高效节能的改性工艺路径显得意义深刻。聚合物/纤维素纳米晶复合材料的研究已有很多,其中涉及生物可降解复合材料的研究并不多见。现有的研究工作多为直接研究填充改性纤维素纳米晶的复合材料的结构及相关性能,而纤维素纳米晶的改性对材料性能影响的内在因素、界面评价、结构与性能的关系研究还不够深入。本论文围绕纤维素纳米晶的制备及改性新方法构建,以及纤维素纳米晶/聚合物复合材料的结构与性能方面展开研究,以明确纤维素纳米晶在聚合物复合材料体系结构与性能的影响和控制因素,具体内容如下:(1)通过硫酸水解法成功制备了纤维素纳米晶,并以产率和尺寸作为酸解条件的评判指标,优化水解工艺条件。进一步的创建了基于有机溶剂辅助离心连续制备-改性纤维素纳米晶的方法,将原本不连续的制备和改性的过程连续化,省去了传统的冷冻干燥步骤。红外光谱、核磁共振氢谱及分散性测试证明CNC被成功地改性,并计算乙酰化纤维素纳米晶的取代度。(2)通过溶液共混法制备聚乳酸(PLA)/纤维素纳米晶复合材料,详细研究了相界面结构、流变性能、力学性能。结果表明乙酰化改性能够明显提高CNC与PLA之间的亲和性。填充乙酰化纤维素纳米晶(aaCNC)体系界面层厚度增加,和填充未改性CNC的体系相比,PLA/aaCNC体系表现出更低的逾渗阈值。通过原子力显微镜的纳米力学性能分析,两相的界面粘附作用同样对复合体系的力学性能起到了关键的作用。CNC和aaCNC对PLA的冷结晶都起到了成核作用,同时玻璃态的聚合物链运动受到阻碍,纤维素纳米晶的物理阻隔作用占主导。在熔融结晶过程中,CNC和aaCNC促进聚乳酸的熔融结晶,成核作用占据主导地位。此外,乙酰化改性提高了纤维素纳米晶的成核能力,结果表明PLA/aCNC体系具有更大的成核密度。(3)以不同取代度的aCNC填充聚己内酯(PCL)制备复合材料,通过形貌观察、界面模量测试等研究聚合物与填料的相容性。在填充未改性CNC的复合材料中,由于CNC的成核作用,PCL的结晶温度(Tc)明显升高。而填充aCNC的复合材料中,rc随着aCNC取代度的增大而单调降低,高取代度aCNC的加入甚至会导致rc低于纯PCL。通过Flory-Huggins参数计算,这归因于基体和填料间的相容性提高。因此Tc的改变可以作为探针研究脂肪族聚酯/乙酰化纤维纳米晶复合材料的两相相容性。从另外一个角度看,不同取代度aaCNC的填充可以用来调控脂肪族聚酯的结晶。