近日，我校木本油料资源利用全国重点实验室/生物质材料科学与技术教育部重点实验室夏芹芹教授、于海鹏教授团队取得研究突破。该团队提出了一种“三重互锁”策略，利用可再生生物质资源的纤维素和木质素组分成功制备出超强韧性和优异加工性能的生物塑料。相关研究成果以Ultratough,ProcessableBioplastics Enabled by Triple Interlocking of Lignin and Cellulose为题，发表于ACS Nano期刊。
生物质塑料可由资源丰富的木本油料、木质纤维等生物质资源制备，是一类极具发展前景的石油基塑料替代品，其应用受限于天然聚合物链高刚性所导致的韧性不足与加工性能差等问题。鉴于此，该研究团队开发出一种具有高强度、高韧性且易加工的CEL生物质塑料。通过简单地室温长链酯化反应，在纤维素和木质素组分之间构建了物理链缠结、共价酯键和致密氢键的三重互锁作用；其中，物理缠结通过分子链滑动有效缓解应力集中，酯键和氢键防止分子链解缠结并增强能量耗散。CEL生物塑料展现出卓越的力学性能：其拉伸强度达到约200MPa，断裂应变约为75%，韧性高达110MJ/m³。与未构筑三重互锁结构的纤维素—木质素生物塑料相比，这些性能分别提高了2.5倍、15倍和44倍，且显著优于传统石油基塑料及其他生物质塑料。此外，长链酯键的引入不仅实现了分子桥接作用，同时发挥内增塑效应，使CEL生物塑料能够通过热或水辅助成型工艺加工成复杂的3D结构。这项研究成功突破了生物质塑料机械性能与加工性能难以协同提升的技术瓶颈，为生产可持续的生物质基功能材料提供了新研究视角。
原文链接：https://pubs-acs-org-443.webvpn.nefu.edu.cn/doi/10.1021/acsnano.5c06221
