武汉大学张俐娜院士团队《AM》综述：高强度再生纤维素材料的进展报告

来源：高分子科学前沿

石油基合成高分子已广泛用于生产日用品如织物、包装膜、购物袋、一次性餐具等，成为人类生活的必需物质。然而，这些材料难以生物降解，废弃后造成了严重的环境污染。此外，不可再生的石油、煤炭等资源总有一天会枯竭。因此，开发利用可再生的生物质资源已成为可持续发展的战略需求。纤维素是自然界储量最丰富的天然聚多糖，具有来源广、可再生、可生物降解、安全无毒等优点，可作为制备环境友好型功能材料的理想原料。纤维素的开发利用主要有两种方式：一种是“自上而下”，即直接利用它自身的纳米纤维结构，采用不同新技术制备纳米纤维和纳米晶须等加以利用；另一种是“自下而上”策略，即通过溶解纤维素，然后物理再生制备多功能纤维素材料。
图1 利用“自下而上”的方法以及诱导纳米纤维形成和双交联策略制备的高强度纤维素膜、丝、水凝胶、塑料等。
近日，武汉大学张俐娜院士团队发表关于高强度再生纤维素材料的进展报告。主要综述了纤维素溶解的绿色溶剂及溶解机理，同时系统汇总了多种成形方法（如诱导纤维素分子链平行聚集形成纳米纤维、化学交联、物理交联、双交联等）和加工处理（如牵伸取向、热压和加捻）等，制备出不同形态的高强度再生纤维素功能材料，如膜、水凝胶、丝、微球等（图1）。同时指出它们在纺织、生物医用、包装、光热响应、能源储存等领域的应用前景。其中强调: 通过化学交联、化学双交联、物理交联以及化学与物理双交联等不同策略可以得到所需要的高强度、高弹性、生物可降解性的不同再生纤维素材料（图2）。尤其，这些再生纤维素材料埋在土壤中或者丢弃于江河湖海可以生物降解，不造成环境污染，属于环境友好材料。图2 采用不同交联策略制备的的高强度再生纤维素材料。尽管目前对于再生纤维素材料的研究、开发以及应用取得了新进展，但要取代非生物降解塑料仍然存在一些问题亟待解决。首先，需要进一步完善纤维素的溶剂体系，使它兼具廉价、高溶解度、高稳定性、易回收。其次，需要开发廉价、安全、环境友好的物理加工工艺，寻找更简便和高效的再生条件和方法用于生产高强度、耐水性、易降解的再生纤维素材料，促使它们早日进入市场并逐步替代难降解的合成高分子，实现可持续发展战略目标。该综述以《Recent progress in high strength and robust regenerated cellulose materials》为题发表在国际著名期刊“Advanced Materials”上。论文第一作者是张俐娜院士的博士生涂虎，共同通讯作者为张俐娜院士和段博副研究员。