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  塑料污染已成為全球性環境難題，尋找可降解、高性能的生物基替代材料迫在眉睫。近日，武漢大學陳朝吉教授、高恩來教授、中國林業科學研究院林產化學工業研究所劉鶴研究員團隊合作，通過松香固定CO₂并與纖維素紙復合，成功制備出兼具高強度、阻燃性、耐水性和可降解性的纖維素基復合材料。這一成果為“以紙代塑”提供了切實可行的解決方案，同時助力碳中和目標實現。相關研究成果以題為“A Multifunctionalized CO₂-Fixing Resin Transforms Paper to High-Strength and Flame-Retardant Plastic Substitutes”發表在《Advanced Functional Materials》上，武漢大學博士生陳俊青、副研究員余樂、碩士生汪永珩和中國林業科學研究院林產化學工業研究所楊欣欣博士（現工作單位洛陽理工學院）為共同第一作者，武漢大學陳朝吉教授、高恩來教授和中國林業科學研究院林產化學工業研究所劉鶴研究員為共同通訊作者。

研究亮點：

1、CO₂變廢為寶

  研究團隊設計了一種非異氰酸酯聚氨酯（F-NIPU），其核心原料之一為松香衍生物與CO₂反應生成的環狀碳酸酯。通過化學固定CO₂，不僅降低了碳排放，還在材料聚合物網絡中引入獨特的氫化菲環結構，顯著提升熱穩定性（圖1）。

圖1. 纖維素基復合材料的制備、降解和回收的示意圖

2、高強度與多功能協同

  力學性能飛躍：纖維素基復合材料的拉伸強度高達57.9 MPa，是原始纖維素紙的5.3倍，超越聚丙烯（PP）等商用塑料（圖2）。動態鍵交換機制：全原子結合粗粒化模擬證實，纖維素羥基與F-NIPU中氨基甲酸酯鍵的動態共價交聯是性能提升的關鍵。阻燃與耐水：通過引入氨基硅油和DOPO阻燃基團，材料極限氧指數（LOI）提升至27.5%，吸水率降低至35%（對比纖維素紙的210%）（圖3）。

圖2. 纖維素基復合材料的力學性能及模擬。

圖3. 纖維素基復合材料的穩定性和阻燃性

3、綠色閉環設計

  可降解性：材料在150天內完全降解，遠快于聚乙烯（PE）的10年。可回收性：通過堿水解或熱壓修復，材料可實現化學或物理回收，減少環境負擔（圖4）。

圖4. 纖維素基復合材料的自愈合，回收性和可降解性

  該材料在包裝、建材、高溫高濕環境用品等領域潛力巨大。團隊已成功將其與牛皮紙、印刷紙等多種纖維素基材復合，驗證了工藝的普適性。此外，材料表面可通過油染形成彩色圖案，滿足多樣化需求。

  原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202419554