近日，木科系苏治平副教授课题组在国际知名期刊Chemical Engineering Journal（中科院一区TOP，IF2021=16.744，IF2022=15.1，N1级）和ACS Nano（自然指数期刊，中科院一区TOP，IF2022=17.1，N1级）上陆续发表论文3篇，为林木生物质的热塑性加工和高性能林木生物质基可降解塑料的开发提供了新方法。
随着塑料污染造成的环境问题日益加剧，开发可降解塑料已经成为全球关注的前沿科学问题和重大战略需求。来源丰富和可生物降解的林木生物质资源被认为是开发可降解塑料的理想原材料，然而，天然林木生物质复杂的多组分结构及自身的亲水特性，导致其存在热塑性加工性能差、抗水性低等缺点，严重制约着其被加工和应用为可降解塑料。基于此，苏治平副教授课题组近期通过动态共价化学方法对林木生物质进行分子结构改性，成功开发出了系列可热塑性加工的高性能林木生物质基可降解塑料。
利用动态亚胺化学对木质纤维素进行交联改性，以削弱纤维素分子间的氢键作用、增加纤维素的无定形区比例，从而提高纤维素分子链的热刺激应力松弛行为、自由运动能力和自由运动体积，最终合成了具有优异热塑性加工性能的纤维素基动态亚胺类玻璃高分子（Cel-PI vitrimer）。该Cel-PI vitrimer具有高强度（抗张强度为46 MPa，杨氏模量为2.9 GPa）、可自修复、抗水、可化学降解、可生物降解等优异特性，可应用为高性能可降解塑料。该成果以题为“Robust, waterproof, and degradable cellulose-based polyimine vitrimer for plastic replacement”发表在Chemical Engineering Journal上（中科院一区TOP，IF2021=16.744，N1级）。苏治平副教授为论文第一作者兼通讯作者，硕士研究生崔岚为共同第一作者，8040威尼斯为第一单位。该成果得到了四川省天府峨眉计划、四川省自然科学基金（2022NSFSC0995）、中国博士后科学基金（2021M702377）等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144501
图1 纤维素基动态亚胺类玻璃高分子的设计和制备示意图
基于动态亚胺化学机理，在室温和无需催化剂条件下合成了动态亚胺自适应网络聚合物（PI），利用热压法把竹粉（BP）复合在PI的动态网络中，并在PI和BP两相界面间构建氢键相互作用，开发出了可热塑性加工、高强度（抗张强度为45 MPa，弯曲强度为122 MPa，杨氏模量为1.5 GPa，弯曲模量为7.2 GPa）、可自修复、可生物降解、可化学降解和闭环回收利用的高性能竹基塑料替代膜（BP/PI）。该成果以题为“A strong, biodegradable, and closed-loop recyclable bamboo-based plastic substitute enabled by polyimine covalent adaptable networks”发表在Chemical Engineering Journal上（中科院一区TOP，IF2022=15.1，N1级）。硕士研究生崔岚为论文第一作者，苏治平副教授为通讯作者，8040威尼斯为第一单位。该成果得到了国家自然科学基金（32301537）、四川省天府峨眉计划、四川省自然科学基金（2022NSFSC0995）、中国博士后科学基金（2021M702377）等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.146952
图2 竹基可降解塑料替代膜的设计和制备示意图
基于动态共价交联网络的热刺激动态交换反应和网络拓扑结构重构机理，利用动态共价化学方法将木质纤维素分子链间的氢键相互作用重构为动态共价交联网络，赋予了纤维素优异的热塑性加工性能，并通过调控动态共价交联网络的交联密度和分子结构，实现了其力学强度和韧性的可控调节，最终开发出了可热塑性加工、强度和韧性可调控（抗张强度为3~34 MPa，杨氏模量为5~1320 MPa，断裂伸长率为3%~108%，韧性为43~321 kJ m-2）、抗水/有机溶剂、抗酸/碱溶液腐蚀、耐高温（热降解温度高达400 ℃）、可自修复、可化学降解、可生物降解的高性能纤维素基塑料。该成果以题为“Reconstruction of Cellulose Intermolecular Interactions from Hydrogen Bonds to Dynamic Covalent Networks Enables a Thermo-processable Cellulosic Plastic with Tunable Strength and Toughness”发表在ACS Nano上（自然指数期刊，中科院一区TOP，IF2022=17.1，N1级）。苏治平副教授为论文第一作者，合作者武汉大学陈朝吉教授和华南理工大学王小慧教授为通讯作者。该成果得到了国家自然科学基金（32301537）、四川省天府峨眉计划、四川省自然科学基金（2022NSFSC0995）、中国博士后科学基金（2021M702377）等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.3c06175
图3 通过动态共价化学重构纤维素分子间作用力构筑纤维素基塑料的示意图
