机械化学-低共熔溶剂协同动态交联策略实现秸秆一步法制备可再加工热固性塑料

本研究针对秸秆资源高值化利用难题，创新性结合机械化学、低共熔溶剂(DES)和动态交联技术，实现玉米秸秆一步原位转化为具有优异机械强度(2658 kPa)、热稳定性(Tg 57.7°C)和再加工性能的生物塑料，无需预处理和催化剂，为农林废弃物绿色转化提供新范式。

　　

在全球每年产生近60亿吨农作物秸秆的背景下，如何高效转化这一可再生资源成为解决环境压力和石化资源替代的双重挑战。传统方法面临组分分离困难、工艺污染严重等瓶颈，特别是秸秆中纤维素、木质素和半纤维素构成的"钢筋混凝土"结构，使其理论熔融温度远高于分解温度。大连理工大学的研究团队在《Reactive and Functional Polymers》发表的研究中，开创性地将机械力化学、低共熔溶剂(DES)和动态共价键三大前沿技术融合，实现了玉米秸秆一步法直接转化为高性能生物塑料的突破。

研究采用机械研磨破坏晶体结构、DES（草酸/氯化胆碱）解离氢键网络、对苯二甲醛构建动态缩醛交联网络等关键技术。通过60目玉米秸秆与DES按特定比例在内混器中反应1小时，成功规避了传统工艺中预处理、分离纯化等复杂步骤。

【材料特性】
DES中的草酸质子断裂木质素-纤维素化学键，氯离子与羟基形成新氢键，显著削弱秸秆原始分子间作用力。转子机械力进一步破坏有序结构，使秸秆组分充分活化。

【性能表征】
所得塑料展现2658 kPa拉伸强度和57.7°C的T_g，动态缩醛键赋予材料142秒应力松弛时间和热压再加工能力。对比实验证实纤维素提供机械强度，木质素贡献疏水性和热稳定性。

【机制解析】
通过FTIR和¹³C NMR证实缩醛键形成，TGA显示300°C以下的热稳定性。DSC证明动态交联网络的可逆特性，实现材料循环利用。

该研究开创了农林废弃物直接高值化利用的新路径，其"非分离"策略突破传统组分分离的技术桎梏，动态交联设计为生物基热固性塑料的回收难题提供解决方案。研究获国家自然科学基金(22278062, 21878036)支持，由Tengfei Han、Shufen Zhang和Benzhi Ju合作完成，为生物基材料领域树立了绿色化学与循环经济的典范。