石油基塑料高碳排和不可降解是其发展所面临的困境之一。木质纤维素生物质全球年产量超过170亿吨，可作为塑料生产取之不尽的低碳原料来源。目前，木质纤维生物质基塑料的开发面临多重技术瓶颈：直接由纤维素制备的塑料性能不足，难以满足实际应用需求；纤维素与聚酯共混复合材料的开发则面临高能耗加工、微观相分离、依赖石油基聚酯原料、聚合条件苛刻以及末端回收不足等困境，严重制约了木质纤维素基塑料的发展进程。

  针对以上挑战，北京林业大学彭锋教授和郝翔副教授团队在前期对D-木糖功能聚酯全面总结的前提下（Green Chem., 2025, 27, 4464-4488），受植物光合作用启发，通过“一锅法”从工业木聚糖中高产率获得二烯丙基乙醛酸木糖（DAGX）单体，并随后利用光诱导其在纤维素纤维内原位聚合，形成高强度可降解复合树脂材料。生命周期和经济技术分析结果显示其与常见的商业塑料如聚羟基脂肪酸酯和聚氟乙烯相比，拥有更低的环境影响值和更低的成本。此外，复合树脂材料还可以通过温和的热水环境完成木聚糖树脂与纤维之间的分离，且分离后的纤维素纤维能够转化循环利用进行造纸，其纸张性能与原生纤维几乎没有差异。

图1 植物光合作用启发制备可扩展、可回收、可生物降解和高强度生物塑料的设计示意图

  该工作以结晶木聚糖为原料，一锅法获得高产率的二烯丙基乙醛酸木糖（DAGX）单体，并与多巯基单体点击聚合制备出木聚糖基可降解生物聚酯（图2a）。随后，将表面改性的市售纤维素浆板浸渍在预聚体溶液中，快速原位光聚合制备具有可降解聚酯/纤维素纤维交织结构的生物复合材料（图2b）。纤维复合聚酯材料具备良好的组分相容性，同时相较于表面未改性的浆板其力学性能得到增强，说明其互穿网络中氢键和共价化学键相互作用共同增强了复合材料性能（图2c）。此外，纤维复合聚酯材料具备比常见商业塑料更优异的力学性能，比同类型纤维/聚酯共混材料具有更高的低碳纤维含量和抗拉强度，同时展现出可生物降解性和荧光示踪性。

图2 木聚糖基复合生物塑料的制备及性能示意图

  以上的研究成果以“Photosynthesis-inspired Enhancement of Cellulose Bioplastics Using Hemicellulose-derived Biodegradable Polyesters”为题发表于《Advanced Functional Materials》期刊。北京林业大学硕士研究生夏强为第一作者，郝翔副教授和彭锋教授为共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划（2023YFD2201904）、国家杰出青年科学基金（32225034）、国家自然科学基金（2220822）和中央高校基本科研业务费专项资金资助（QNTD202302）等项目的支持。

  论文链接地址：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202417076