Science Advances | 基于纤维素重构的透明纸板：兼具循环利用与深海降解性能

闪思科技ScienceK 2025年11月6日 11:01 广东

Science Advances | 基于纤维素重构的透明纸板：

兼具循环利用与深海降解性能

在塑料污染不断侵蚀海洋生态的今天，每年有超过八百万吨塑料流入海洋，部分沉积在深海地层。即使严格的废弃物管理，也难避免强风暴雨带来的塑料外泄。日本JAMSTEC与东京大学的研究团队在 ScienceAdvances 发表成果，提出一种由纯纤维素制成的透明纸板（transparent paperboard, tPB），可回收、可再利用，并能在深海环境中被完全生物降解，为下一代海洋友好材料提供了新方向。

研究者以棉短绒为原料，在水溶性LiBr体系中溶解并凝胶化纤维素，经干燥得到毫米级透明纸板。tPB具备传统纸板的硬度与塑料的延展性，可盛装刚煮沸的水而不渗漏。其表面光滑、内部纤维网络连续，湿态下仍保持高拉伸强度。团队进一步展示了tPB的三维成型能力，可加工为杯、吸管等器具，涂覆植物脂肪酸盐后可长期保持防水与隔热性能，完全无需塑料膜层。

tPB的再生体系兼顾溶剂与材料循环。废弃tPB经粉碎可重新溶解成型，透明度与力学性能几乎不变。LiBr溶液通过蒸馏与活性炭净化实现回收，洗涤水亦可循环使用。废纸、旧纺织物同样可作为原料转化为tPB，形成可持续闭环。

为验证其环境适应性，研究者在日本相模湾及西太平洋多深度海域布放样品，深度从2米到5552米。结果显示tPB在深海的降解速率虽为浅海的十分之一，但仍可在约300天内完全分解。表面形成富含Fibrobacteres的微生物群落，代谢分析揭示其分泌纤维素酶与β-葡萄糖苷酶分解tPB结构，并伴随硫酸盐还原与固氮过程，维持深海生态循环。即便材料意外进入海洋，也能在生态系统中被自然降解而不积累。

生命周期分析（LCA）显示，在工业化条件下，tPB生产能耗约为11.2 GJ/t，仅为塑料包装材料的一半。若采用纸浆工厂余热和大规模溶剂回收系统，碳排放可进一步降低至传统纸板的三倍以下。研究者认为，这一全纤维素体系展示了生物基透明材料在循环经济中的新潜力。

Figure 1 | 制备与循环流程

通过纤维素溶解、凝胶与干燥获得毫米级透明纸板。

Figure 2 | 结构与性能关系

tPB结合纸板的硬度与塑料的韧性，湿态下仍具优异抗拉强度与透光性。

Figure 3 | 成型与应用

杯与吸管状tPB透明防水，可盛热饮；涂层后防渗与隔热性能增强。

Figure 4 | 闭环再生

溶剂与材料均可回收再用，循环后仍保持透明度与力学强度。

Figure 5 | 深海生物降解

tPB在浅海与深海均被分解，表面形成活跃的纤维素降解菌群。

该研究展示了纤维素材料在结构设计、环境降解与循环制造之间的系统性整合，为构建“全生命周期闭环”的生物基材料提供了新范式。未来，若将其与真菌纤维、藻类多糖或生物涂层体系结合，可进一步实现生物基包装、柔性电子基底、光学窗口等领域的拓展。tPB的三维成型与可控降解特性，也为“海洋环境下的绿色制造”与“可自净材料体系”提供了模型思路。其理念不仅在于替代塑料，更指向材料科学的核心命题之一，比如如何让物质循环重新融入自然循环。

 https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ads2426