作为自然界中含量仅次于纤维素的可再生天然高分子，木质素在橡胶中的应用可减少造浆造纸过程中的环境污染，提高其附加值。木质素在极性橡胶如丁腈橡胶中，已部分实现工业化生产。然而，木质素与非极性橡胶的相容性差、分散不匀及生产效率低等问题，制约了其在非极性橡胶中的应用。为解决这一问题，本论文采用多种途径制备纳米级木质素，并研究其对非极性橡胶——天然橡胶(NR)及丁苯橡胶(SBR)性能的影响，系统研究了纳米级木质素在非极性橡胶中的分散性、相容性、补强作用及机理。论文首先通过静电自组装方法，将阴离子的木质素与聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)作用，形成胶体的木质素-PDDA复合物(简称LPCs)，并与NR胶乳共沉制备了NR/LPCs纳米复合材料。研究结果发现，PDDA与木质素之间具有强烈的阳离子-π、π-π作用，这些作用使得LPCs在酸性pH条件下稳定，导致木质素粒子在NR基体中以纳米级分散。硫化行为表明，木质素阻碍橡胶的硫化并破坏橡胶的交联网络，而LPCs则能促进橡胶硫化并提高交联密度。动态力学分析(DMA)表明， LPCs与NR具有良好的相容性，可限制NR橡胶分子链的运动，提高复合材料的玻璃化转变温度(Tg)。力学性能和热重分析(TGA)表明，均匀分散的LPCs可提高NR/LPCs复合材料的力学性能和热稳定性。在碱溶液中，木质素被认为是球形的微凝胶，而吸附于表面上时是厚度均为2nm的盘状分子。基于此原理，论文采用蒙脱土(MMT)薄片层作为平面模版，锚固阳离子木质素(CL)，制备出CL-MMT杂化材料(CLM)，并研究了材料的等温吸附行为和结构特性。结果表明，当CL与MMT质量比大于2：1且pH为中性或酸性条件时，CLM是可稳定分散于水中的5nm厚的纳米片，且具有可调节的表面电荷状态。将CLM与SBR胶乳共沉制备了CLM/SBR复合材料。由于MMT对CL分子的限制作用，其表面活性减小，CLM可明显加快共沉物的絮凝速率。并且，CLM在SBR基体中以纳米级分散，能明显提高CLM/SBR复合材料的力学性能。当加入10份CLM，以腰果酚缩水甘油醚(CGE)作相容剂时，复合材料的拉伸强度可提高到14.1MPa。DMA结果表明，随着CLM份数的增加，复合材料的Tg逐渐降低。在此基础上，提出了一种新型的界面结构。木质素作为热塑性的聚合物，可发生塑化变形。将木质素与环氧化天然橡胶(ENR)在高温剪切作用下混炼，可使木质素充分细化，起到补强作用。因此，论文考察了木质素含量、温度、水份含量、热处理时间、环氧化程度及咪唑改性等因素对木质素与ENR之间开环反应、木质素粒子细化及复合材料性能的影响。研究发现，木质素与ENR之间的反应不仅对温度具有依赖性，而且木质素含量、环氧化程度均能影响开环反应的活性及程度。尤其是水份的加入可大幅降低木质素的Tg，从而加快反应速率，使木质素更加细化。木质素与ENR之间的反应可提高两者的相容性，但过强的化学结合，会限制ENR分子链的运动，从而降低其应变诱导结晶能力。而咪唑的加入可改变木质素与ENR之间的反应机理，控制其反应程度，进而控制复合材料的性能。基于木质素与ENR之间的开环反应，将木质素同时作为ENR的交联剂和增强填料，制备了一种新型的自交联木质素/ENR复合材料(SLE)。硫化行为表明，木质素与ENR之间的反应级数偏离于1。DMA分析表明，木质素的含量增加使得SLE的Tg升高，并在填充10-20份木质素之间存在着“逾渗阈值”，使得SLE的Tg陡然增加。同时，采用聚合物粘弹性行为的物理模型，分析了木质素与ENR之间的相互作用。应力-应变及X-射线衍射(XRD)表明，SLE的强度主要来源于木质素粒子自身而非应变诱导结晶。最后，论文系统研究了混炼方式及木质素化学改性对SBR的补强作用及机理。研究发现，母胶法制备的木质素/SBR/ENR复合材料中，木质素以亚微米级粒子分散且与基体相容性良好，能明显提高复合材料的力学性能。透射电镜(TEM)表明，未改性的木质素(UL)无固定形貌，且团聚严重；而甲醛改性木质素(LF)、乙二醛改性木质素(LG)、戊二醛改性木质素(LGD)均为缩合固化型的球形木质素粒子，但它们的分散性逐渐降低；羟丙基化木质素(HL)为支化阻碍型的超分子聚集体，能减弱木质素分子的聚集。采用共沉方法，UL能部分与SBR界面互容，并伴随有强烈的π-π作用；而HL能明显加快共沉速率，并在ENR作相容剂的情况下，以100nm左右的尺寸均匀分散于SBR中；LF能以纳米级尺寸在SBR中均匀分散，并与SBR分子发生化学结合，相容性较好；而LG、LGD分散尺寸较大。它们对SBR的补强作用强弱顺序如下：UL> HL> LF> LG、LGD。采用直接混炼法制备的木质素/SBR复合材料中，只有LF能以亚微米尺寸分散于SBR基体中，具有一定的补强作用，但性能低于共沉法制备的复合材料。