通過(guò)細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)定向調(diào)控制備全竹熱固性塑料示意圖

近日，國(guó)家林業(yè)和草原局竹子研究開(kāi)發(fā)中心（簡(jiǎn)稱(chēng)竹子中心）以竹代塑創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在“以竹代塑”新技術(shù)研究方面取得重要突破。研究團(tuán)隊(duì)利用竹材細(xì)胞壁定向活化與模壓技術(shù)，成功將竹材直接加工成高強(qiáng)度、耐水以及可降解的全竹熱固性塑料異形產(chǎn)品。該研究成果以“Conversion of Bamboo into Strong, Waterproof, and Biodegradable Thermosetting Plastic through Cell Wall Structure Directed Manipulation”為題在材料科學(xué)領(lǐng)域一區(qū)Top期刊《ACS Nano》（IF=15.8）上發(fā)表。

目前，“以竹代塑”領(lǐng)域缺乏將竹材直接轉(zhuǎn)化為塑料制品的新技術(shù)與新方法。竹子因具有快速生長(zhǎng)、可再生、生物降解和環(huán)境友好等特性，被視為石油基塑料的潛在替代品。然而，竹材固有自結(jié)合能力較弱，通常需與膠黏劑或其他材料進(jìn)行復(fù)合，從而導(dǎo)致潛在的塑料和空氣污染問(wèn)題，尤其是使用石油基高分子膠黏劑時(shí)；此外，相對(duì)于石油基塑料而言，竹材天然可塑性不足，在成型工藝中需依賴(lài)水熱處理軟化和成型，從而限制了其應(yīng)用范圍。鑒于此，研究團(tuán)隊(duì)從竹材固有自結(jié)合性弱與可塑性差的根本原因——細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)與組分出發(fā)，通過(guò)亞氯酸鈉/醋酸選擇性去除部分木質(zhì)素以及高碘酸鈉定向進(jìn)行醛基化糖單元策略，實(shí)現(xiàn)了對(duì)竹材細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)與組分的定向重構(gòu)，并同時(shí)提高了竹材單元反應(yīng)活性和可塑性。通過(guò)簡(jiǎn)單的熱壓致密化工藝，將竹材直接轉(zhuǎn)化為熱固性塑料產(chǎn)品。創(chuàng)制的全竹熱固性塑料抗拉強(qiáng)度為50 MPa，彎曲強(qiáng)度為80 MPa，彎曲模量為5 GPa，邵氏硬度接近90，與聚苯乙烯（PS）、酚醛樹(shù)脂（PF）和聚氯乙烯（PVC）等硬質(zhì)塑料相當(dāng)。此外，其還表現(xiàn)出卓越的耐溶劑性和耐水性，在多種溶劑包括水中浸泡一個(gè)月后仍能保持其原始形態(tài)，并且濕強(qiáng)度依然超過(guò)40 MPa。更重要的是，這種全竹熱固性塑料具備可重復(fù)成型和可降解特點(diǎn)，在替代傳統(tǒng)石油基塑料方面表現(xiàn)出巨大的潛力。該研究為我國(guó)實(shí)現(xiàn)“以竹代塑”戰(zhàn)略目標(biāo)提供了有力支持，為竹產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展奠定了新的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

竹子中心郭登康助理研究員為本論文第一作者，竹子中心李景鵬副研究員、福建農(nóng)林大學(xué)余雁教授為本論文的共同通訊作者，中國(guó)林科院儲(chǔ)富祥研究員對(duì)本論文進(jìn)行了寶貴指導(dǎo)。該工作得到了中國(guó)林科院優(yōu)秀青年創(chuàng)新人才項(xiàng)目、中國(guó)工程院戰(zhàn)略研究與咨詢(xún)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目等經(jīng)費(fèi)的資助。