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纳米微晶纤维素(CNC)不仅具有质轻、可降解、绿色可再生等环保特点,同时又具备一些纳米特性,如强度高、比表面积大,小尺寸效应明显,因此,经常作为增强剂应用于各种聚合物中。虽然水性聚氨酯(WPU)的分散介质是水,突出了材料的环境优势,但是同时也牺牲了材料的力学性能。通过硅烷偶联剂改性CNC后,可使其与水性聚氨酯基体发生作用,从而能够有效解决纳米纤维素相容性差的问题,并达到改善水性聚氨酯复合材料性能的目的。采用硫酸水解法制备了CNC,通过硫酸的浓度、酸解时间、酸解温度的单因素实验,CNC产率作为评价指标,对酸解工艺进行了优化分析,从而得出最佳酸解条件。使用硅烷偶联剂KH550对制备的CNC进行表面接枝改性后,制备了KH550-CNC,利用傅里叶红外光谱、XRD、热重分析对其进行了表征,获得最佳改性条件。以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚丙二醇(PPG)和2,2-羟甲基丙酸为原料,合成了水性聚氨酯(WPU)。分别采用机械共混法与原位聚合法将KH550-CNC掺杂于WPU基体中,得到两种类型的KH550-CNC/WPU复合膜材料。通过多种手段对复合膜进行表征测试,深入地讨论了影响复合材料综合性能的各种因素。虽然相较于纯WPU膜,两种方法制备的KH550-CNC/WPU复合膜的综合性能都得到了提升,但是多方面的性能测试都显示出原位聚合法的优越性。利用扫描电镜观察了复合膜断面形貌,结果表明,与机械共混法制备的薄膜相比,采用原位聚合法制备的薄膜中KH550-CNC与WPU具有更好的相容性。力学性能分析显示原位聚合法制备的复合膜的拉伸强度和断裂伸长率随KH550-CNC含量的增加而提升显著,当KH550-CNC的添加量为5%时,拉伸强度达到了15.645 MPa,断裂伸长率为418.15%,同时,其耐水性也大幅增强。以KH550-CNC/WPU/PVAL复合纺丝液为原料,采用静电纺丝法制备KH550-CNC/WPU/PVAL复合纳米纤维,并通过正交实验法探究获得该复合纤维的最佳制备方案。采用SEM、FT-IR、TG等方法对复合纤维膜的形貌、化学结构以及热稳定性进行了表征,并应用图像算法对纳米纤维膜进行了孔隙率测试。正交实验结果表明,当纺丝电压为19 kV,固化距离为15 cm,推进速度为0.0003 mm/s时,纺丝效果最好。KH550-CNC的添加对复合纤维的热稳定性及孔隙率都有积极的影响,其添加量为1%时,复合纤维膜的热稳定性及孔隙率达到最佳效果,因此,该复合材料具备作为过滤材料的潜在应用价值。