A High‐Strength, Moldable, and Sustainable Bioplastic Enabled by Water‐Mediated Dual‐Bond Reconstruction and Crystal Structure Deformation

生物塑料 材料科学 石油化工 极限抗拉强度 复合材料 变形(气象学) 抗弯强度 环境友好型 工作(物理) 晶体结构 反应性(心理学) 拉伸试验 制作 降级(电信) 原材料 聚合物 Crystal(编程语言) 生物降解 氢键 异氰酸酯 石墨烯
作者
Lanxin Xue,Xianxian Lin,Zhulin Li,Shuaiming He,Yiqiang Wu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.77695
摘要

ABSTRACT Environmental pressures from petrochemical plastics have accelerated the search for sustainable, biomass‐derived materials. However, current research predominantly relies on energy‐intensive, complex bottom‐up fabrication processes, often yielding bioplastics with insufficient mechanical properties, poor processability, and limited thermal stability. This study reports a water‐mediated strategy based on crystal structure deformation and a proposed dual‐bond network comprising reconstructed hydrogen bonds and possible aldehyde‐mediated covalent or hemiacetal/acetal‐type interactions to transform natural wood into a lightweight, high‐strength, acid‐resistant, organic solvent‐resistant, thermally stable, transparent, and recyclable bioplastic (referred to as plasticized wood). This strategy employs alkaline treatment and oxidant activation to disrupt crystalline cellulose, while water enhances chain mobility and reactivity and may facilitate aldehyde‐hydroxyl bonding interactions during hot pressing. Subsequent water removal reconstructs the hydrogen‐bond network, while spectroscopic changes indirectly support possible aldehyde‐mediated network strengthening. The resulting plasticized wood exhibits exceptional mechanical properties, achieving a longitudinal tensile strength of ∼250 MPa and a flexural strength of ∼85 MPa, together with stability, recyclability, chemical degradability, and clear degradation behavior under soil‐burial conditions. This work provides a sustainable pathway for biomass valorization and highlights plasticized wood as a viable and environmentally friendly alternative to conventional plastics.
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