摘要
纤维素作为自然界中储量最为丰富的天然高分子，具有生物相容性好、可再生和
生物可降解性等特点，可以被改性修饰用于合成/制备接枝聚合物。纤维素接枝聚合
物可以结合生物基单体制备性能可调的材料，从而提升生物质原料的附加值。然而，
生物基聚合物的机械性能往往低于石油基聚合物，一般需要引入填料、化学键、设计
复杂的拓扑结构等对其增强。本文以可再生的纤维素为聚合物的刚性骨架，然后接枝
生物基单体和其它单体作为侧链制备了一系列生物基纤维素接枝聚合物。通过控制侧
链组成、分子量和接枝密度等参数调控力学性能以及微观形貌，并细致地探究体系纤
维素含量、单体比例、网络结构和拓扑结构等对聚合物的影响，具体的研究内容如下：
（1）选择以纤维素作为聚合物的刚性骨架，合成纤维素大分子链引发剂（Cell-
Br）和纤维素大分子链转移剂（Cell-CTA），采用可逆加成-断裂链转移自由基（RAFT）
聚合，将生物基单体7-丙烯酰氧基-4-甲基香豆素（AMC）和丙烯酸月桂酯（LA）接
枝到纤维素主链上，获得了一系列由不同单体配比和不同纤维素纤维素含量的接枝聚
合物Cell-g-P(AMC-co-LA)。此外，还合成了线性的P(AMC-co-LA)聚合物，以便与接
枝聚合物进行对比。通过研究发现纤维素接枝聚合物的力学性能优于线性的P(AMC-
co-LA)聚合物，由此可以说明刷状的拓扑结构可以显著提高此类生物基弹性体的机械
性能。
（2）相较于石油基聚合物，合成的生物基纤维素接枝聚合物在强度和延展性方
面略显逊色。然而，Cell-g-P(AMC-co-LA)课题的研究揭示了刷状聚合物的拓扑结构对
提升聚合物机械性能的巨大潜力。因此，采用纤维素作为刚性主链，结合木质素衍生
的丙烯酸香草醛酯和半纤维素衍生的丙烯酸四氢呋喃酯作为侧链，成功合成了全生物
基纤维素接枝聚合物。研究结果表明，增加纤维素含量和单体中丙烯酸香草醛酯的比
例均能有效提升全生物基纤维素接枝聚合物的机械性能。此外，利用席夫碱反应引入
动态网络交联结构，在保持纤维素接枝聚合物良好可加工性的同时，显著增强了其强
度。同时，源于木质素的丙烯酸香草醛酯聚合物还具备出色的紫外屏蔽功能。值得一
提的是，这些纤维素接枝聚合物因其独特的刷状拓扑结构而展现出优异的粘附性。
（3）在前两章中，利用RAFT聚合技术成功合成了侧链为无规共聚物的纤维素
接枝聚合物。为了进一步研究拓扑结构对此类接枝弹性体材料的影响，本章通过
RAFT聚合在纤维素主链上接枝聚丙烯酸正丁酯嵌段-聚丙烯酸异冰片酯（PBA-b-
PIBOA）侧链，由此获得了一系列纤维素接枝-两嵌段共聚物（Cell-g-PBA-b-PIBOA）。
通过多种测试方法确定其化学组成、热稳定性、玻璃化转变温度和力学性能。此外，
通过小角X射线散射（SAXS）研究了其微相分离结构以及在拉伸过程中的结构演化，
II
从而揭示其结构与性能之间的相互联系。
本文将纤维素作为刚性主链，通过RAFT聚合接枝无规聚合物或嵌段聚合物侧
链。通过结合不同生物质来源的单体，包括木质素衍生物、半纤维素衍生物、植物油
脂衍生物以及其他单体，成功制备了具有出独特性质的生物基纤维素接枝聚合物。通
过对其侧链组成、分子量、接枝密度以及侧链结构的精心调控，实现了对材料的性能
以及结构的优化。由于采用了香豆素和木质素衍生物作为侧链的硬段单体，这些纤维
素接枝聚合物还具有荧光特性和紫外屏蔽效应，为其在多个领域的应用提供了可能性。
关键词：生物基聚合物；接枝共聚物；纤维素；机械性能
III
目录
第一章绪论1
1.1引言1
1.2生物基高分子材料1
1.2.1纤维素基材料的研究进展2
1.2.2木质素基材料的研究进展5
1.2.3半纤维素基材料的研究进展6
1.2.4植物油基材料的研究进展8
1.3接枝聚合物9
1.3.1接枝聚合物的