无处不在的石化塑料对生态系统构成潜在威胁。基于此，人们正开发生物衍生和可降解的聚合物材料。然而，这些材料的力学和热性能无法与现有的石化塑料竞争，特别是那些用作结构材料的塑料。
近日，中科大俞书宏院士报道了开发了一种可生物降解的植物纤维纳米纤维（CNF）衍生的聚合物结构材料，纳米纤维之间具有高密度的可逆相互作用网络，表现出比现有的石化塑料更好的力学和热性能。
文章要点
1）为了制备具有比现有石化基塑料更好的力学和热性能的可持续聚合物结构材料，研究人员开发了一种基于CNF的自下而上的化学调节方法。作为一种从木材中提取的天然聚合物，CNF是一种新兴的完全生物衍生和可降解的高分子纳米级构筑块。在钙离子（Ca2+）的辅助下，CNF水凝胶中可以形成特殊的高密度可逆相互作用网络，包括CNF表面羟基之间的高密度氢键网络，以及Ca2+与羧基的相互作用。由于高密度的可逆相互作用网络，可以通过健壮的定向变形组装工艺来制备高性能的全绿色材料。与这些塑料不同的是，全绿色材料是由直径从几nm到几十nm不等的高度结晶纳米纤维CNF组成。
2）研究发现，与现有的石化塑料相比，这种全绿色材料具有显著提高的弯曲强度（∼300 Mpa）和模量（∼16 GPa）。其平均热膨胀系数仅为7×10−6 K−1，比石化基塑料的热膨胀系数低10多倍，说明其受热时尺寸基本不变，具有比塑料更好的热尺寸稳定性。
作为一种完全生物衍生和可降解的材料，这种全绿色材料为石化塑料提供了一种更可持续的高性能替代品。
参考文献
Qing-Fang Guan, et al, Plant Cellulose Nanofiber-Derived Structural Material with High-Density Reversible Interaction Networks for Plastic Substitute, Nano Lett., 2021
DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02315
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c02315
