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  塑料污染已成為全球性環(huán)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(xué)陳朝吉教授、高恩來(lái)教授、中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所劉鶴研究員團(tuán)隊(duì)合作，通過(guò)松香固定CO₂并與纖維素紙復(fù)合，成功制備出兼具高強(qiáng)度、阻燃性、耐水性和可降解性的纖維素基復(fù)合材料。這一成果為“以紙代塑”提供了切實(shí)可行的解決方案，同時(shí)助力碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。相關(guān)研究成果以題為“A Multifunctionalized CO₂-Fixing Resin Transforms Paper to High-Strength and Flame-Retardant Plastic Substitutes”發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上，武漢大學(xué)博士生陳俊青、副研究員余樂(lè)、碩士生汪永珩和中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所楊欣欣博士（現(xiàn)工作單位洛陽(yáng)理工學(xué)院）為共同第一作者，武漢大學(xué)陳朝吉教授、高恩來(lái)教授和中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所劉鶴研究員為共同通訊作者。

研究亮點(diǎn)：

1、CO₂變廢為寶

  研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)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(yīng)生成的環(huán)狀碳酸酯。通過(guò)化學(xué)固定CO₂，不僅降低了碳排放，還在材料聚合物網(wǎng)絡(luò)中引入獨(dú)特的氫化菲環(huán)結(jié)構(gòu)，顯著提升熱穩(wěn)定性（圖1）。

圖1. 纖維素基復(fù)合材料的制備、降解和回收的示意圖

2、高強(qiáng)度與多功能協(xié)同

  力學(xué)性能飛躍：纖維素基復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度高達(dá)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(dòng)態(tài)鍵交換機(jī)制：全原子結(jié)合粗粒化模擬證實(shí)，纖維素羥基與F-NIPU中氨基甲酸酯鍵的動(dòng)態(tài)共價(jià)交聯(lián)是性能提升的關(guān)鍵。阻燃與耐水：通過(guò)引入氨基硅油和DOPO阻燃基團(tuán)，材料極限氧指數(shù)（LOI）提升至27.5%，吸水率降低至35%（對(duì)比纖維素紙的210%）（圖3）。

圖2. 纖維素基復(fù)合材料的力學(xué)性能及模擬。

圖3. 纖維素基復(fù)合材料的穩(wěn)定性和阻燃性

3、綠色閉環(huán)設(shè)計(jì)

  可降解性：材料在150天內(nèi)完全降解，遠(yuǎn)快于聚乙烯（PE）的10年。可回收性：通過(guò)堿水解或熱壓修復(fù)，材料可實(shí)現(xiàn)化學(xué)或物理回收，減少環(huán)境負(fù)擔(dān)（圖4）。

圖4. 纖維素基復(fù)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(huán)境用品等領(lǐng)域潛力巨大。團(tuán)隊(duì)已成功將其與牛皮紙、印刷紙等多種纖維素基材復(fù)合，驗(yàn)證了工藝的普適性。此外，材料表面可通過(guò)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