当今环境问题日益严重,尤其是塑料包装物导致的白色污染已蔓延各地。壳聚糖(CS)和聚乳酸(PLA)作为天然和合成生物可降解高分子材料的典型代表,它们的开发和应用是保护环境的有效途径之一。然而,CS强度低和PLA脆性大的不足严重限制了它们的应用。纤维素纳米晶体(CNCs)是一种来源丰富的生物基纳米材料,因具有高结晶度、高强度、高杨氏模量、高比表面积比等优势,非常适合作为高性能聚合物的改性材料。因此,本文利用CNCs改性聚合物,研究CS纳米复合材料、PLA纳米复合材料的制备和性能。CNCs的热稳定性差、在聚合物基体中的分散性差是限制其在聚合物改性应用中的巨大障碍,所以对CNCs进行表面修饰是提高聚合物/CNCs复合材料性能的关键。为此在改性CS高分子材料时,先采用了同样是生物可降解材料的聚乙烯醇(PVA)对CNCs进行表面修饰。然后采用溶液混合的方法将改性后的CNCs和CS结合制备纳米复合材料,讨论了不同方法对CNCs在基体中分散性的影响,进而对CS/CNCs复合材料进行了力学性能和抗菌性能的评价。结果表明,改性后的CNCs在CS基体中有着良好的分散性。改性CNCs的添加量在5%时,CS复合材料的拉伸强度增加了约26%、断裂伸长率增加了 42%、杨氏模量增加了 12%。而且,纳米复合材料可以使大肠杆菌的代谢活动减少,抗菌率提高了 41%,抗菌效果明显。PLA的结晶速率慢是限制其广泛应用的原因之一,而PLA的成核剂能够明显改善其结晶性能,所以选择采用自组装成核剂癸二酸二苯甲酰肼(TMC300)对CNCs进行物理吸附改性,改善CNCs与PLA相容性的同时提高其结晶速率。结果表明,TMC300吸附在CNCs表面,将CNCs上的磺酸盐屏蔽,使CNCs的热稳定性得到显著提高。然后,利用熔融共混的方法制备了 PLA/CNCs纳米复合材料。通过微观形貌的观察分析,改性后的CNCs在受限空间和自由空间中形成了不同的自组装形貌,改性后的CNCs改变了 PLA纳米复合材料的原有的球晶结构,形成了串晶结构。对复合材料结晶动力学的分析表明,改性CNCs能够提高PLA材料的结晶速度。成核剂的自组装行为诱导PLA生成的shish-kebab晶体结构,增强了 PLA和CNCs两相之间的界面结构,同时提高了纳米复合材料的拉伸强度和韧性。动态力学的结果表明改性CNCs提高了 PLA的储能模量,因此PLA纳米复合材料的耐热性能显著增强。对于这种物理和经济的CNCs改性方法有望成为充分利用CNCs对CS、PLA或其他聚合物进行改性的方法之一。