福建农林大学帅李教授团队 Prog. Polym. Sci.：木质纤维素基可降解塑料 - 从分子结构到多尺度功能设计

近期，福建农林大学帅李教授团队在国际顶级期刊《Progress in Polymer Science》上发表了一篇题为“Lignocellulose-Based Plastics: From Molecular Architecture to Multiscale Functional Design”的综述文章。该综述系统梳理了木质纤维素基可降解塑料（LCBPs）的研究进展，首次提出了基于“自上而下”结构拆解与化学组分协同的二维分类框架。该框架揭示了从宏观木材框架到微纳纤维素及分子级衍生物的多层级结构与性能之间的耦合机制，阐明了纤维素、半纤维素和木质素如何协同决定材料的力学强度、阻隔性、降解行为及功能特性。通过整合食品包装、农业地膜、电子器件和生物医学等应用场景及全生命周期评估，该综述为LCBPs从碎片化探索走向系统化设计和工业化应用提供了理论框架与战略指引。

全球塑料年产量已超4亿吨，回收率不足10%，微塑料已渗透至海洋、土壤甚至人体(Nat., 2024, 631, 884-890)，而传统可降解塑料（如PLA、PBAT）在自然环境中降解条件苛刻，甚至可能释放有害寡聚物(Nat., 2023, 619, 311-316)。在此背景下，木质纤维素基可降解塑料（LCBPs）凭借其独特的资源优势和多尺度结构设计能力，成为破解塑料污染的重要突破口。如图1a所示，近十年来涉及wood”或“lignocellulose”或“plastic”且包含“biodegradable”的关键词的年度发文量呈现稳步上升趋势，尤其在近五年增长显著，反映出该领域在全球范围内的学术关注度与研发投入正在快速提升。具体包括以木材、秸秆、果皮等农林废弃物为原料，通过多级结构拆解与化学组分协同，可制备出力学性能、阻隔性和降解性高度可调的绿色LCBPs，并可以覆盖可降解食品包装、农业地膜、饮料吸管、柔性电子和医疗健康等多元场景（图1d）。

图1.LCBPs领域研究进展概览。（a）Web of Science近十年LCBPs相关年度发文量统计（截至2026年1月）；（b-c）“自上而下”层级结构示意图；（d）近十年LCBPs发展历程与关键设计策略总结。

然而，现有综述多局限于纤维素衍生物改性、纸塑替代或降解机制等单一维度，缺乏一个能够解释LCBPs多尺度结构特征、化学功能与宏观性能之间内在耦合关系的全面框架。这种碎片化现状既限制了科学认知，也阻碍了技术发展。为此，该综述系统分析了近五年来的研究进展，首次提出了一个基于“自上而下”分层拆解与化学组成协同的二维分类框架（图1b-1c）。该框架清晰地界定了LCBPs的原料谱系、结构特征与系统边界，揭示了从宏观木材框架到介观纸浆纤维、再到微纳纤维素和分子级衍生物这一完整层级链条中，各组分之间如何通过协同作用决定材料的力学强度、阻隔性能和降解行为。在夯实理论基础的同时，综述还整合了LCBPs在食品包装、农业地膜、饮料吸管、电子绝缘和生物医学等领域的应用进展（图2），并从全生命周期视角评估了能源消耗、化学品投入、规模化可行性与环境影响。与既往综述不同，该研究将零散的成果整合为连贯的知识体系，并提出一种连接材料分类、性能调控与可持续应用的多维视角，旨在推动LCBPs研究从碎片化探索走向系统化发展，为下一代高性能可降解塑料的设计与工业化提供理论支撑和战略指引。

图2. LCBPs的合成机理、制备路线及应用的概览图。