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  石油基塑料高碳排和不可降解是其發(fā)展所面臨的困境之一。木質(zhì)纖維素生物質(zhì)全球年產(chǎn)量超過170億噸，可作為塑料生產(chǎn)取之不盡的低碳原料來源。目前，木質(zhì)纖維生物質(zhì)基塑料的開發(fā)面臨多重技術(shù)瓶頸：直接由纖維素制備的塑料性能不足，難以滿足實(shí)際應(yīng)用需求；纖維素與聚酯共混復(fù)合材料的開發(fā)則面臨高能耗加工、微觀相分離、依賴石油基聚酯原料、聚合條件苛刻以及末端回收不足等困境，嚴(yán)重制約了木質(zhì)纖維素基塑料的發(fā)展進(jìn)程。

  針對(duì)以上挑戰(zhàn)，北京林業(yè)大學(xué)彭鋒教授和郝翔副教授團(tuán)隊(duì)在前期對(duì)D-木糖功能聚酯全面總結(jié)的前提下（Green Chem., 2025, 27, 4464-4488），受植物光合作用啟發(fā)，通過“一鍋法”從工業(yè)木聚糖中高產(chǎn)率獲得二烯丙基乙醛酸木糖（DAGX）單體，并隨后利用光誘導(dǎo)其在纖維素纖維內(nèi)原位聚合，形成高強(qiáng)度可降解復(fù)合樹脂材料。生命周期和經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析結(jié)果顯示其與常見的商業(yè)塑料如聚羥基脂肪酸酯和聚氟乙烯相比，擁有更低的環(huán)境影響值和更低的成本。此外，復(fù)合樹脂材料還可以通過溫和的熱水環(huán)境完成木聚糖樹脂與纖維之間的分離，且分離后的纖維素纖維能夠轉(zhuǎn)化循環(huán)利用進(jìn)行造紙，其紙張性能與原生纖維幾乎沒有差異。

圖1 植物光合作用啟發(fā)制備可擴(kuò)展、可回收、可生物降解和高強(qiáng)度生物塑料的設(shè)計(jì)示意圖

  該工作以結(jié)晶木聚糖為原料，一鍋法獲得高產(chǎn)率的二烯丙基乙醛酸木糖（DAGX）單體，并與多巰基單體點(diǎn)擊聚合制備出木聚糖基可降解生物聚酯（圖2a）。隨后，將表面改性的市售纖維素漿板浸漬在預(yù)聚體溶液中，快速原位光聚合制備具有可降解聚酯/纖維素纖維交織結(jié)構(gòu)的生物復(fù)合材料（圖2b）。纖維復(fù)合聚酯材料具備良好的組分相容性，同時(shí)相較于表面未改性的漿板其力學(xué)性能得到增強(qiáng)，說明其互穿網(wǎng)絡(luò)中氫鍵和共價(jià)化學(xué)鍵相互作用共同增強(qiáng)了復(fù)合材料性能（圖2c）。此外，纖維復(fù)合聚酯材料具備比常見商業(yè)塑料更優(yōu)異的力學(xué)性能，比同類型纖維/聚酯共混材料具有更高的低碳纖維含量和抗拉強(qiáng)度，同時(shí)展現(xiàn)出可生物降解性和熒光示蹤性。

圖2 木聚糖基復(fù)合生物塑料的制備及性能示意圖

  以上的研究成果以“Photosynthesis-inspired Enhancement of Cellulose Bioplastics Using Hemicellulose-derived Biodegradable Polyesters”為題發(fā)表于《Advanced Functional Materials》期刊。北京林業(yè)大學(xué)碩士研究生夏強(qiáng)為第一作者，郝翔副教授和彭鋒教授為共同通訊作者。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2023YFD2201904）、國家杰出青年科學(xué)基金（32225034）、國家自然科學(xué)基金（2220822）和中央高�；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助（QNTD202302）等項(xiàng)目的支持。

  論文鏈接地址：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202417076