随着环境污染问题的日益严重和石油资源的枯竭,研究开发可生物降解、资源丰富、可回收利用的新型泡沫缓冲材料替代传统泡沫塑料已成为社会上亟需解决的重大问题。目前,纳米纤维素基泡沫材料被认为是极具开发前景的可生物降解泡沫材料之一,研究其制备工艺与微观泡孔结构及性能的关系,开发泡孔结构调控技术,对获取不同结构和应用性能的纳米纤维素基缓冲材料具有重要的意义。因此,本文重点研究了纳米纤维素基泡沫材料泡孔结构的调控技术,主要内容如下:首先,对纳米原纤化纤维素(NFC)的物化特性进行表征。在此基础上,通过改变NFC浓度和冷冻温度对NFC泡沫材料的泡孔结构进行调控。NFC浓度增大使其泡孔分布变均匀,孔径尺寸减小,但局部会出现大孔或致密结构;低温冷冻使泡孔分布变得更加均匀,孔径尺寸减小。其次,采用醇类有机溶剂对NFC泡沫材料的结构进行调控。研究发现:添加乙醇、异丙醇和正丁醇后泡沫材料的泡孔结构近似于蜂窝多孔材料,泡孔排列有规则,分布均匀且呈层状结构,但孔径尺寸较大;添加甲醇后孔径尺寸变均匀,但泡孔分布杂乱无章;添加叔丁醇后泡孔分布均匀,孔径尺寸较小,但形状无规则。此外,添加有机溶剂后泡沫材料的密度减小,孔隙率增加,收缩率减小,但导热系数和热稳定性基本没有变化。综合分析确定乙醇的调控效果最佳。然后,研究了乙醇浓度、冷冻温度和NFC浓度对NFC泡沫材料结构与性能的影响。乙醇浓度增大使泡沫材料的泡孔分布和孔径尺寸变均匀,形状趋于圆形;冷冻温度降低和NFC浓度增加使泡孔呈现层状结构排列,层与层之间出现柱状纤维结构,泡孔分布变均匀,形状趋于矩形;但冷冻温度较低,NFC浓度较高时,层状结构和柱状结构消失,孔径尺寸减小。最佳制备工艺为:乙醇浓度为5wt%,NFC浓度为3wt%,冷冻温度为-55℃。此条件下,泡沫材料的平均孔面积为3231.44μm2,平均孔壁厚度为2.46μm,泡孔密度为4.89×106个/cm3;密度为35.90kg/m3,孔隙率为97.66%,导热系数为0.0384W/(m·K)。最后,探讨了支链淀粉含量、冷冻温度和固含量对NFC基复合泡沫材料结构与性能的影响。随着支链淀粉含量的增加,泡沫材料的泡孔分布变均匀,孔径尺寸增大,出现孔壁结构,但含量超过70%时,泡孔尺寸变小且分布不均匀。固含量增加使泡孔形状变得不规则,分布不均匀,孔径尺寸减小。冷冻温度的降低使泡孔分布变均匀,泡孔大小变小,出现闭孔结构,但孔壁较薄,强度提高较少。支链淀粉与NFC混合均匀后可形成类似“钢筋混凝土”结构,使支链淀粉/NFC复合泡沫材料的强度提高。最佳制备工艺为:支链淀粉含量为30%,固含量为3wt%,冷冻温度为-55℃。此条件下,泡沫材料的平均孔面积为195.99μm2,平均孔壁厚度为1.04μm,泡孔密度为4.68×108个/cm3;杨氏模量为713.14KPa,屈服强度为92.28KPa,能量吸收值为13.24kJ/m3。综上,通过调节NFC浓度和冷冻温度,以及醇类有机相介入和支链淀粉增强等技术手段,可实现纳米纤维素基泡沫材料泡孔结构的有效调控。原料资源丰富、工艺过程清洁,为制备高性能、可生物降解的纳米纤维素基复合泡沫材料提供了可能。