Advanced Functional Materials｜木头也能像塑料一样塑形，250 MPa高强还能反复回收
1.研究背景用可再生生物质替代石油基塑料，是缓解塑料污染和降低化石资源依赖的重要路径。纤维素虽然储量丰富、强度高且可降解，但传统纤维素塑料往往需要先将木材解离成纳米纤维，再重新组装，过程复杂、耗能高；而直接使用木粉、竹粉等宏观生物质，又容易因界面不连续和分子链活动受限而难以获得高强度与良好成型性。天然木材本身具有高度取向的纤维骨架和连续细胞壁结构，是理想的天然增强框架，但密集氢键和高度有序的纤维素晶区又使其“太硬、太稳”，难以像热塑性塑料一样流动和塑形。本文提出一种水介导的自上而下塑化策略，通过脱木素、醛基功能化和热压协同破坏纤维素晶体结构，再利用水调控链段运动和氢键重构，将天然木材直接转化为高性能塑化木。
2.本文要点
1. 先“解锁”纤维素晶体，再让木材真正具备塑性。脱木素和高碘酸氧化共同削弱原有氢键与晶体结构，并引入高达6.53 mmol g⁻¹的醛基，使原本高度有序的纤维素微纤丝发生明显晶体畸变和取向下降。链段由此获得更高活动能力，为后续热压流动、界面融合和复杂塑形创造条件。
2. 水不只是增塑剂，更是网络重构的“开关”。约30%含水率下，水分子竞争性破坏原有氢键，并促进醛基水合，使纤维素链更容易滑移和重排；热压后水分逐渐移除，分子间氢键重新建立，并可能伴随醛基—羟基相关键合作用。所得塑化木纵向拉伸强度达到249.67 ± 10.02 MPa，约为天然木材的11倍。
3. 高强、可塑、耐环境和可回收被集成到同一种材料。0°/90°/0°交叉层压后，材料径向拉伸强度达到156.49 ± 32.11 MPa，弯曲强度达到85.48 ± 7.88 MPa，同时可加工成螺旋、波浪、圆柱和锥形等结构。材料还能经历5次“粉碎—加水—再热压”循环，并表现出良好的耐水、耐酸、有机溶剂和高温稳定性。
图1. 展示天然木材经脱木素、醛基功能化、水介导塑化和热压转变为塑化木的总体路线，并证明材料兼具透明、高强和复杂形状成型能力
图2. 通过SEM、XRD、XPS、FTIR、Raman和SAXS/WAXS揭示塑化过程中木材细胞壁致密化、纤维素晶体结构破坏以及醛基相关化学状态变化
图3. 揭示水介导塑化和定形机制，说明水通过削弱氢键、促进醛基水合和提升纤维素链扩散能力，使材料湿态易变形、干燥后通过氢键重构实现形状固定
图4. 比较天然木材、单层塑化木和交叉层压塑化木的拉伸与弯曲性能，证明正交层压能够削弱天然各向异性并通过裂纹偏转和界面协同进一步增强材料
图5. 展示塑化木的耐水、耐酸、有机溶剂、耐热、循环再加工及环境表现，证明其在保持高性能的同时具有较好的可持续塑料替代潜力
3.研究结论
本文开发了一种水介导的纤维素晶体结构变形与双键网络重构策略，将天然木材直接转化为高性能塑化木。碱处理和高碘酸氧化破坏原有氢键主导的晶体框架，提高纤维素链段活动性和反应性；热压过程中，水促进醛基水合并提升分子链迁移能力，而水分去除后氢键网络重新建立，光谱变化则间接支持可能存在的醛基介导网络强化。所得材料纵向拉伸强度达到249.67 ± 10.02 MPa，弯曲强度达到85.48 ± 7.88 MPa，并兼具透明、可塑、耐水、耐酸、有机溶剂和耐热性能。材料能够连续进行5次粉碎—加水—再热压循环，并在土壤掩埋180天过程中表现出明显降解。该工作为天然木材直接加工成可持续塑料替代材料提供了一条新的自上而下路径。
4.文章信息
Lanxin Xue, Xianxian Lin, Zhulin Li, Shuaiming He*, Yiqiang Wu*. A High-Strength, Moldable, and Sustainable Bioplastic Enabled by Water-Mediated Dual-Bond Reconstruction and Crystal Structure Deformation. Advanced Functional Materials, e77695 (2026).