通过植物细胞衍生添加剂实现的多功能热塑性纸张：一种基于纸张的“现代炼金术”典范

《Advanced Science》：Multifunctional Thermoplastic Paper Enabled by Plant-Cell-Derived Additives: A Paradigm of Paper-Based “Modern Alchemy”

将传统纸张升级为多功能热塑性生物基材料，通过模仿工业表面施胶工艺，利用植物细胞环-opening工程制备的纤维素添加剂进行功能化处理。该技术赋予纸张优异的湿强度、液体阻隔性、抗静电性能及可热压成型性，同时保持良好的生物降解性和循环利用特性。

　　这是一项关于如何将传统纸张转化为多功能热塑性生物材料的研究。该研究聚焦于纸张制造过程中，如何通过化学手段提升纸张的功能性，使其能够替代非可再生资源和难以降解的塑料材料。纸张本质上是一种由植物细胞组成的氢键网络，而这些植物细胞通常以纤维的形式存在，具有天然的可再生性、可回收性和生物降解性。然而，传统纸张在热塑性、湿强度、气体和液体屏障性能等方面存在局限，限制了其在更多应用领域的使用。因此，本研究提出了一种简便的方法，通过使用来源于植物细胞的化学添加剂，使纸张获得更广泛的性能，从而拓展其应用范围。

研究的核心理念是利用纸张制造中的湿端化学工艺，将经过特定化学处理的植物细胞纤维转化为具有热塑性的添加剂。这些添加剂可以通过环状开环的异质化学工程制备，其特点是微结构中具有多孔的细胞壁，由纤维素微纤维构成。在溶解于一种“非衍生化”溶剂后，这些添加剂能够与纸张中的纤维结合，通过一系列过程（如表面封装、纤维间空隙的桥接、薄膜形成、孔隙减少、结构致密化、内部结合增强、表面光滑化等）改善纸张的性能。最终，这些添加剂能够赋予纸张以热塑性、湿强度、气体和液体屏障功能，以及抗静电特性，使纸张具备类似塑料的可塑性和加工性能。

这一方法的创新性在于其利用了植物细胞的天然特性，并通过化学处理使其具备可塑性。与传统的化石基添加剂相比，这种基于植物细胞的添加剂不仅减少了对不可再生资源的依赖，还增强了纸张的可持续性。通过环状开环反应，纤维素的分子结构被改变，从而降低了氢键网络的强度，提高了分子链的灵活性。这一过程使得纤维素纤维在纸张中能够更容易地被塑形和加工，从而实现纸张的热塑性。此外，该添加剂还可以通过溶解在细胞素溶液中，用于其他应用领域，为纸张的回收和再利用提供了新的途径。

研究中还探讨了这种热塑性纸张的机械性能和热力学行为。结果表明，经过处理的纸张在干燥和潮湿状态下均表现出显著增强的强度和韧性。在热处理条件下，其储能模量呈现出一个峰值，表明其在高温下具有更高的可塑性。此外，热塑性纸张在水中的吸收率和体积膨胀率都比传统纸张更高，这有助于其抗静电性能的提升。通过在纸张表面涂覆蜂蜡，研究人员进一步提高了其水阻性和溶剂稳定性，使其在某些应用中可以作为替代塑料的材料使用。

从环境角度来看，这种热塑性纸张具备良好的可回收性和生物降解性。通过溶解或热处理，可以将使用过的热塑性纸张重新加工成新的产品，形成一个闭环回收系统。同时，当纸张达到使用寿命后，其在自然土壤中的降解速度较快，能够在两个月内分解为碎片，并在五个月内完全降解。这种特性使得热塑性纸张比传统塑料更加环保，有助于减少环境污染。

该研究还探讨了热塑性纸张在不同应用场景中的潜力。例如，在包装材料、能量储存、健康诊断、环境监测、无墨打印和食品质量检测等领域，这种新型纸张可能具有广泛的应用前景。此外，热塑性纸张的结构可设计性使其能够通过热压成型等方式加工成复杂的三维结构，进一步拓展其在工业和商业中的应用。

综上所述，这项研究提出了一种基于植物细胞的热塑性纸张制造方法，不仅提高了纸张的性能，还增强了其可持续性。通过使用植物细胞来源的添加剂，可以将传统纸张转化为一种兼具热塑性和功能性的材料，从而为未来绿色材料的发展提供了一种新的思路和方法。该方法不仅符合当前可持续发展的趋势，也为减少对化石资源的依赖和降低环境污染提供了有效的解决方案。