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  隨著環境問題日益嚴重，生物基塑料替代傳統石油基塑料成為未來發展的趨勢。然而，聚乳酸（PLA）和熱塑性淀粉（TPS）等生物基塑料因其機械性能和熱穩定性較差以及存在原料與人爭糧的潛在影響，難以與石油基塑料抗衡。纖維素作為自然界中儲量最豐富的天然聚合物之一，具有低成本和可降解等優點，但其高密度氫鍵網絡和結晶結構使其難以熱加工成型。目前，對纖維素羥基的高度化學改性是實現纖維素熱加工的主要方法，但這些方法改性后仍需要添加大量致癌的芳香物質作為增塑劑，嚴重削弱纖維素材料的性能、使用壽命以及可持續性。因此，亟需發展新的可持續有效的纖維素熱加工方法，以開發具有優異綜合性能的纖維素生物塑料。

圖1纖維素生物塑料的設計策略和關鍵特征。A） 纖維素生物塑料粉末的合成和纖維素生物塑料薄膜的制備示意圖。B） 透明的纖維素生物塑料薄膜。C）薄膜良好的柔韌性。D）與聚丙烯、聚乳酸和牛皮紙等產品進行比較的雷達圖。

[纖維素生物塑料的合成與表征]

圖2  合成與表征。A） 氨基纖維素（AC）的合成路線。B） 希夫堿反應合成AC-TPA。C） MCC、TC、AC和AC-TPA的FT-IR光譜。D） C1s的高分辨率XPS光譜表征。E） MCC和AC-TPA的固態13C-NMR光譜。G）纖維素和F）AC-TPA（1:1）的分子結構模型。H） MDS模擬的氫鍵和亞胺鍵的數量。

【動態力學分析和熱加工性能】

圖3 纖維素生物塑料的DMA分析和熱可再加工性。A）纖維素生物塑料的儲存/損失模量和tanδ曲線作為溫度的函數。B） 纖維素生物塑料在190、200和220°C下的應力松弛曲線。C） 將弛豫時間與Arrhenius方程和活化能（Ea）進行擬合。D） 纖維素生物塑料中亞胺鍵的動態交換。E） 再加熱15分鐘前后纖維素生物塑料表面的SEM圖像。F）原始、再加熱和重塑纖維素生物塑料的拉伸應力-應變曲線。G） 展示纖維素生物塑料再加工過程的照片。

【水穩定性和耐久性】

圖4 纖維素生物塑料的水穩定性和耐溶劑性。A）水接觸角B）纖維素生物塑料的吸水曲線。C） 纖維素生物塑料和纖維素膜的干和濕（在水中滲透30分鐘）拉伸強度。D） 纖維素生物塑料與傳統材料的力學性能比較。E） 纖維素生物塑料在水和有機溶劑中30天后的形狀穩定性。

【化學和生物降解性】

圖5 纖維素生物塑料的化學和生物降解。A）由于亞胺鍵的可逆性，纖維素生物塑料在5%乙酸溶液和1.6-己二胺中的化學降解。B） 化學降解機制包括酸催化水解和二胺單體破壞交聯網絡。C） PLA、牛皮紙和纖維素生物塑料在天然土壤中的降解實驗。D） PLA、牛皮紙和纖維素生物塑料在50天內的失重曲線。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202301398