【绿色可持续】南京林业大学Science China Materials:基于活性低共熔网络构筑可回收、可再加工和可生物降解的纤维素基生物塑料

本研究开发了一种基于乙基纤维素/百里香酚低共熔体系的活性绿色策略，通过动态网络构建出高性能、热可加工、闭环可回收且可完全生物降解的纤维素基生物塑料，并成功应用于可回收的柔性电子器件。

南京林业大学的李仁爱开发了一种基于乙基纤维素/百里香酚低共熔体系的活性绿色介质策略，无需外加催化剂即可实现低共熔组分的原位化学改性，并构建动态自适应网络。通过分子设计将动态硼氧六环与丙烯酸酯交联网络协同整合到纤维素基生物塑料（CBP）中，所得CBP‑A₂B₈材料具有约85%的光学透明度、约30 MPa的拉伸强度、良好的热加工性与闭环可回收性，经历20次热压循环后仍保持结构与性能稳定，并在约100天内可完全生物降解。此外，该材料可与银纳米线复合制成柔性透明导电薄膜，用于可定制化电致发光器件，且器件废弃后可通过简单溶剂法实现银纳米线与CBP的高效分离回收。这一低共熔体系为开发具有全生命周期可持续性的高性能生物塑料提供了新途径。

相关成果以“Recyclable, reprocessable, and biodegradable cellulosic bioplastics enabled by a reactive eutectic network” 为题发表在《Science China Materials》上。

01

背景介绍

随着全球对可持续高性能材料的需求不断增长，利用生物质替代石油基塑料成为研究热点。纤维素凭借低成本、来源丰富、可再生和可生物降解等优势，成为极具潜力的替代材料。但纤维素的多羟基结构使其具有强亲水性，天然纤维素纤维制成的材料存在孔隙率高、湿强度低、阻隔性能差等缺陷。尽管通过防水涂层、层压或添加纳米填料等改性方法可改善部分性能，但仍面临生产成本高、回收困难、制造周期长等问题。

近年来，研究人员致力于通过分子尺度的化学改性来定制纤维素结构，但纤维素内部强大的分子内和分子间氢键网络，需要大量溶剂且分离回收步骤复杂，限制了其工业化应用。深共熔溶剂（DES）作为绿色溶剂，虽具有制备简单、蒸气压低、易回收等优点，但对纤维素的溶解度低于传统溶剂，主要原因是 DES 内部的氢键网络与纤维素固有的氢键网络存在竞争，这成为制备高价值纤维素基材料的主要瓶颈。因此，如何通过分子设计和改性优化纤维素结构，提高其与 DES 的相容性，成为解决问题的关键。

02

文章摘要

本研究报道了一种基于乙基纤维素 / 百里香酚低共熔体系的创新 “活性” 绿色介质策略，无需外加催化剂或引发剂，即可实现低共熔组分的原位化学改性并构筑动态自适应网络。通过精确的分子设计，将动态硼氧六环网络和丙烯酸酯交联网络协同整合到纤维素基生物塑料（CBP）基体中，所得的 CBP-A₂B₈材料表现出约 85% 的优异光学透明度、约 30 MPa 的卓越拉伸强度、简便的热加工性以及闭环可回收性。即使经历 20 次热压循环回收，其化学结构和力学性能仍保持高度稳定，且在自然环境下约 100 天内可完全生物降解。此外，该生物塑料与银纳米线复合可制备高性能柔性透明导电薄膜，并成功应用于可定制化电致发光器件，器件生命周期结束后，通过简单的溶剂法即可实现银纳米线与 CBP 基体的高效分离与回收。该低共熔体系介导的策略，为开发具有闭环生命周期的可持续、高性能生物塑料提供了新路径。

03

文章内容

图1. EC/Thy 低共熔体系制备及 CBP 合成设计。

图2. CBP 的合成与表征。

图 3.  CBP 的力学性能。

图 4. CBP 的热加工性、可回收性与生物降解性。

图 5.  CBP 在电致发光器件中的应用及回收。

04

总结展望

本研究基于低共熔策略和分子设计方法，成功建立了原位构筑动态自适应纤维素基生物塑料（CBP）的新方法。通过乙基纤维素 / 百里香酚（EC/Thy）均相体系，引入异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）分别接枝 3 - 氨基苯硼酸（3-ABBA）和羟乙基丙烯酸酯（HEA），制备出溶液 A 和溶液 B，经混合后得到的优化产物 CBP-A₂B₈兼具良好的光学透明度、优异的力学性能、出色的热加工性、闭环可回收性和生物降解性。该材料与银纳米线复合可制备高性能柔性透明导电薄膜，成功应用于可定制化电致发光器件，且器件组分可通过溶剂法高效分离回收。

这项研究为下一代可持续高性能材料的设计与开发提供了新范式，有望推动生物塑料在包装、柔性电子等领域的广泛应用。未来，可进一步优化材料的性能参数，拓展其在更多高端领域的应用场景，同时深化对材料结构与性能关系的理解，为绿色材料的规模化生产和实际应用奠定更坚实的基础。随着该类材料的不断发展，有望在缓解塑料污染、减少对不可再生资源依赖等方面发挥重要作用，助力实现环境可持续发展目标。

Huanhuan Wu and Ren’ai Li. Recyclable, reprocessable, and biodegradable cellulosic bioplastics enabled by a reactive eutectic network, Science China Materials, 2026.

https://doi.org/10.1007/s40843-025-3871-9

内容信息

封面：文章插图

本文内容素材仅作为行业信息传递与交流分享，用户请谨慎考虑和独立判断文中任何观点、意见和结论。欢迎参与投稿分享！如有问题，请联系我们：17306882590(微信)，Daria@flink.org.cn。