塑料污染已成为全球性环境难题，寻找可降解、高性能的生物基替代材料迫在眉睫。近日，武汉大学陈朝吉教授、高恩来教授、中国林业科学研究院林产化学工业研究所刘鹤研究员团队合作，通过松香固定CO₂并与纤维素纸复合，成功制备出兼具高强度、阻燃性、耐水性和可降解性的纤维素基复合材料。这一成果为“以纸代塑”提供了切实可行的解决方案，同时助力碳中和目标实现。相关研究成果以题为“A Multifunctionalized CO₂-Fixing Resin Transforms Paper to High-Strength and Flame-Retardant Plastic Substitutes”发表在《Advanced Functional Materials》上，武汉大学博士生陈俊青、副研究员余乐、硕士生汪永珩和中国林业科学研究院林产化学工业研究所杨欣欣博士（现工作单位洛阳理工学院）为共同第一作者，武汉大学陈朝吉教授、高恩来教授和中国林业科学研究院林产化学工业研究所刘鹤研究员为共同通讯作者。

研究亮点：

1、CO₂变废为宝

  研究团队设计了一种非异氰酸酯聚氨酯（F-NIPU），其核心原料之一为松香衍生物与CO₂反应生成的环状碳酸酯。通过化学固定CO₂，不仅降低了碳排放，还在材料聚合物网络中引入独特的氢化菲环结构，显著提升热稳定性（图1）。

图1. 纤维素基复合材料的制备、降解和回收的示意图

2、高强度与多功能协同

  力学性能飞跃：纤维素基复合材料的拉伸强度高达57.9 MPa，是原始纤维素纸的5.3倍，超越聚丙烯（PP）等商用塑料（图2）。动态键交换机制：全原子结合粗粒化模拟证实，纤维素羟基与F-NIPU中氨基甲酸酯键的动态共价交联是性能提升的关键。阻燃与耐水：通过引入氨基硅油和DOPO阻燃基团，材料极限氧指数（LOI）提升至27.5%，吸水率降低至35%（对比纤维素纸的210%）（图3）。

图2. 纤维素基复合材料的力学性能及模拟。

图3. 纤维素基复合材料的稳定性和阻燃性

3、绿色闭环设计

  可降解性：材料在150天内完全降解，远快于聚乙烯（PE）的10年。可回收性：通过碱水解或热压修复，材料可实现化学或物理回收，减少环境负担（图4）。

图4. 纤维素基复合材料的自愈合，回收性和可降解性

  该材料在包装、建材、高温高湿环境用品等领域潜力巨大。团队已成功将其与牛皮纸、印刷纸等多种纤维素基材复合，验证了工艺的普适性。此外，材料表面可通过油染形成彩色图案，满足多样化需求。

  原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202419554