JACS：纤维素基超分子塑料

原创 C 超分子体相材料 2025年11月26日 11:38 湖南

在环保与可持续发展成为全球共识的今天，传统石油基塑料带来的环境污染问题日益严峻。微塑料污染、难以降解的塑料废弃物，正威胁着我们的生态系统和人类健康。然而，一项来自前沿科学的突破，为我们指明了绿色塑料的新方向——纤维素基超分子塑料（CMC SP），它不仅机械性能优异，更实现了对环境的友好与可持续。

 从自然到创新：纤维素的华丽转身

纤维素，作为地球上最丰富的生物质资源，每年产量高达约1.5×10¹²吨，以其低成本、优异的生物降解性和碳中性生命周期，成为制造绿色塑料的理想原料。然而，传统的纤维素及其衍生物因难溶于大多数溶剂而加工困难。科学家们通过创新，将纤维素转化为水溶性、FDA批准的生物降解材料——羧甲基纤维素（CMC），开启了纤维素基塑料的新篇章。

 超分子“离子”聚合：科学的力量

研究团队利用超分子“离子”聚合技术，将CMC作为氧阴离子单体，与多价阳离子单体——超支化聚胍盐离子（PEI Gu）结合，成功合成了机械性能强劲的纤维素基超分子塑料CMC SP。这一过程无需加热、催化剂或有害溶剂，在水中即可完成，且产物无需复杂提纯即可直接使用，展现了科学的力量与环保理念的完美结合。

克服脆性，增强韧性：巧妙的塑料化策略

尽管CMC SP具有高强度（杨氏模量达10.0GPa）和优异的拉伸强度（127MPa），但其固有脆性限制了应用。

科学家们意外发现，氯化胆碱（ChCl）——一种FDA批准的生物降解营养剂，作为塑料化剂能显著改善CMC SP的韧性。通过调节ChCl的含量，CMC SP可从硬质玻璃态转变为柔韧、甚至弹性材料，且保持了其光学透明性、加工性和海水可降解性。

环保新标杆：海水可降解，零微塑料污染

CMC SP ChCl不仅机械性能卓越，更在环保领域树立了新标杆。

未经疏水保护的塑料化CMC SP在海水环境中能完全解聚为可代谢的单体成分，彻底消除了微塑料的形成风险。这一特性使其在包装、海洋应用等领域展现出巨大潜力，为解决塑料污染问题提供了创新方案。

闭环回收：资源循环再利用

研究还展示了CMC SP的闭环回收能力。通过简单的溶液处理，即可从混合塑料废弃物中选择性解聚CMC SP，回收高纯度的CMC和PEI Gu单体，用于重新制备CMC SP，实现了资源的循环再利用，进一步提升了其环境友好性。

未来展望：绿色塑料的新篇章

纤维素基超分子塑料CMC SP及其塑料化变体的成功开发，标志着我们在替代石油基塑料、消除微塑料污染的道路上迈出了重要一步。这项研究不仅展示了科学创新在解决环境问题上的巨大潜力，更为我们描绘了一个更加绿色、可持续的未来。随着技术的不断进步和应用的拓展，CMC SP有望成为推动塑料行业绿色转型的关键力量。

原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c16680