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  石油基塑料高碳排和不可降解是其發展所面臨的困境之一。木質纖維素生物質全球年產量超過170億噸，可作為塑料生產取之不盡的低碳原料來源。目前，木質纖維生物質基塑料的開發面臨多重技術瓶頸：直接由纖維素制備的塑料性能不足，難以滿足實際應用需求；纖維素與聚酯共混復合材料的開發則面臨高能耗加工、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，嚴重制約了木質纖維素基塑料的發展進程。

  針對以上挑戰，北京林業大學彭鋒教授和郝翔副教授團隊在前期對D-木糖功能聚酯全面總結的前提下（Green Chem., 2025, 27, 4464-4488），受植物光合作用啟發，通過“一鍋法”從工業木聚糖中高產率獲得二烯丙基乙醛酸木糖（DAGX）單體，并隨后利用光誘導其在纖維素纖維內原位聚合，形成高強度可降解復合樹脂材料。生命周期和經濟技術分析結果顯示其與常見的商業塑料如聚羥基脂肪酸酯和聚氟乙烯相比，擁有更低的環境影響值和更低的成本。此外，復合樹脂材料還可以通過溫和的熱水環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化循環利用進行造紙，其紙張性能與原生纖維幾乎沒有差異。

圖1 植物光合作用啟發制備可擴展、可回收、可生物降解和高強度生物塑料的設計示意圖

  該工作以結晶木聚糖為原料，一鍋法獲得高產率的二烯丙基乙醛酸木糖（DAGX）單體，并與多巰基單體點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/纖維素纖維交織結構的生物復合材料（圖2b）。纖維復合聚酯材料具備良好的組分相容性，同時相較于表面未改性的漿板其力學性能得到增強，說明其互穿網絡中氫鍵和共價化學鍵相互作用共同增強了復合材料性能（圖2c）。此外，纖維復合聚酯材料具備比常見商業塑料更優異的力學性能，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度，同時展現出可生物降解性和熒光示蹤性。

圖2 木聚糖基復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”為題發表于《Advanced Functional Materials》期刊。北京林業大學碩士研究生夏強為第一作者，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研發計劃（2023YFD2201904）、國家杰出青年科學基金（32225034）、國家自然科學基金（2220822）和中央高校基本科研業務費專項資金資助（QNTD202302）等項目的支持。

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