本论文根据当前“绿色轮胎”的发展需求,利用具有优异的自由基清除和抗氧化活性的生物质化合物茶多酚（TP）和可可碱（TB）作为改性原料,对不同维度的纳米填料进行表面改性。通过“一步法”表面化学修饰制备了负载型生物质橡胶防老silica-s-TP,采用真空抽灌及表面修饰“两步法”制备了具有缓释效应的生物质橡胶防老HNTs-s-TP。采用“SN2亲核反应”化学修饰制备了负载型生物质橡胶防老剂G-TB。较为系统的研究了不同生物质防老剂体系对橡胶复合材料的抗热氧老化性能、抗紫外老化性能、物理机械性能、耐迁移和耐挥发性能,并对材料热老化寿命进行预测。主要研究内容和结果如下:（1）利用白炭黑（silica）表面的硅羟基在催化剂的作用下与具有抗氧化功能的绿色环保生物质化合物茶多酚（TP）进行反应,通过高效、安全和环保的“一步法”制备出几种不同负载率的新型多功能生物质橡胶防老剂silica-s-TP-1、silica-s-TP-2和silica-s-TP-3。将其添加到丁苯橡胶（SBR）中,研究表明添加silica-s-TP可以有效地改善纳米填料在SBR基体中的分散效果,提高橡胶助剂的耐迁移性和耐挥发性,且负载率越高效果越明显。SBR/silica-s-TP-3复合材料具有优异的拉伸强度和扯断伸长率保持率,并有效地提高材料的交联密度。（2）当silica-s-TP中TP的负载率达到7%时,材料具有最为优异的拉伸强度和扯断伸长率,材料的交联密度、耐迁移性和耐挥发性也得到了显著提高。通过与橡胶工业中常用的防老剂4020、RD、2246和264进行对比,SBR/silica-s-TP复合材料具有较好的抗热氧老化性能且效果优于防老剂4020。在长时间热氧空气的催化下（100oC,9天）,SBR/silica-s-TP复合材料拉伸强度保持率和扯断伸长率保持率分别高达62%和68%。此外,silica-s-TP具有较好的热稳定性,有效地提高SBR复合材料的耐热老化性能。在相同的失效温度下,SBR/silica-s-TP复合材料具有优异的热老化寿命。同时,对silica-s-TP在材料中的抗热氧老化机理进行了深入的研究。TP通过负载在silica表面,提高了silica-s-TP的耐热性能,且与橡胶分子链产生了氢键作用,改善了与橡胶基体间界面结合作用。此外,由于silica-s-TP能够有效捕获在热氧老化过程中橡胶分子链产生的活性自由基R·和ROO·,可有效抑制橡胶分子链的自催化反应,有利于减缓橡胶分子链在热氧条件下的断裂速度,提高复合材料的抗热氧老化性能。（3）采用真空抽灌及表面修饰“两步法”制备了具有缓释效应的生物质橡胶防老剂HNTs-s-TP,与天然橡胶（NR）共混得到NR/HNTs复合材料,与工业中常用防老剂进行对比。研究生物质橡胶防老剂HNTs-s-TP的抗热氧老化性能,在热氧老化九天后,NR/HNTs-s-TP复合材料具有最低的交联密度值,力学性能保持率最高,且性能高于工业中常用的胺类防老剂和酚类防老剂。通过缓释作用,延长NR/HNTs-s-TP复合材料的抗热老化寿命,具有优异的抗热降解能力,防护效果远高于其他防老剂体系。（4）采用一种环保、低成本生物质化合物可可碱（TB）作为亲核试剂,采用一步法“SN2亲核反应”还原氧化石墨烯,制备出新型多功能生物质橡胶防老剂G-TB。该制备方法具有工艺简单、价格低廉、环保无毒并且可以大量生产等优点。研究表明,G-TB可以有效提高NR复合材料的物理机械性能,提高橡胶助剂的耐迁移、耐挥发性,从而改善NR复合材料表面的“喷霜”现象。系统地研究NR/G-TB复合材料的抗热氧老化性能,热氧老化九天后NR/G-TB复合材料任保持着较高的拉伸强度保持率和较低的交联密度,抗热氧老化效果强于防老剂2246和防老剂4020,但效果上稍差于防老剂RD。