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关于木质素

木质纤维结构示意图（图片来自网络）

木质素与纤维素、半纤维素一起组成植物的木质结构，主要存在细胞壁中，起支撑和保护的作用。木质素是自然界中唯一含芳环的天然高分子，结构中的官能团种类丰富，也是植物中仅次于纤维素的第二大生物质资源，来源广泛。从全世界来看，每年产生1.5亿～1.8亿吨工业木质素，其中只有不到２%被利用，绝大部分被作为廉价燃料焚烧掉或任意排放。我国每年造纸和生物乙醇工业会产生超过2000万吨的工业木质素，但98%以上被直接燃烧，资源的有效利用率极低。

关于生物降解高分子材料

生物降解高分子材料是一类在自然条件下能完全降解成CO2、水以及对环境无害物质的高分子材料，包括木质素、纤维素、淀粉、蛋白质、壳聚糖、聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚乙烯醇（PVA）、聚羟基脂肪酸酯（PHA）等。

生物降解高分子材料的分类

根据生物降解高分子材料的原料来源，可将其分为天然生物降解高分子材料、微生物合成生物降解高分子材料、化学合成生物降解高分子材料和掺混型生物降解高分子材料４种。

关于降解机理

生物降解主要是指在酶及微生物的作用下塑料材料发生分裂或分解，产生新物质或遭到机械性破坏。木质素在自然界中的完全降解是真菌、细菌及相应微生物菌落共同作用的结果，涉及的酶主要有木质素过氧化氢酶与漆酶。研究表明木质素生物降解过程主要包括化学结构变化：侧链氧化、去甲基化／去甲氧基化（简称去甲基化）和芳香环的断裂。

木质素基生物全降解材料的优势

木质素是热塑性高分子，具有高抗冲击强度、良好的耐热性、耐水性和廉价易得等优点。而其他的生物降解高分子材料都有的不足就是成本高，用木质素作为填料与其他生物降解高分子材料共混制备出生物全降解材料，在降低生物全降解材料的成本同时能提高复合材料耐水性、阻隔性、热稳定性等性质以及加工性能。

木质素基生物全降解材料目前存在的问题

木质素基生物降解材料已具备产业化基础，但仍存在以下问题有待解决。集中表现在：

1. 在复合材料领域，填料的纯度、粒径及其单分散性都会对复合材料的性能有影响，而目前并未对作为填料的木质素进行此方面的探究和认识；

2. 木质素基生物降解高分子材料可工业化配方很少，产品开发力度有待提高，这需要做大量与应用相关的工作；

3. 作为一种生物降解材料，其降解周期与条件必须实现可控，产品应用领域和使用环境与相应的降解性要求研究有待深入；

4. 人们对木质素的结构以及其在加工过程中的形态变化还没有真正地认识清楚。对于来源如此广泛的木质素原料应该将其分门别类，研究各种木质素及其衍生物之间的差别及其导致的材料加工与使用性能差异。

 

参考内容：[1]王毕魁,盛丽萍,舒友,苏胜培.木质素基生物降解高分子材料的研究进展[J].邵阳学院学报(自然科学版),2020,17(01):73-80.

 

为了更好的了解木质素基生物全降解材料， “2021绿色复合材料论坛”特诚邀 湖南师范大学苏胜培教授 莅临本次大会，分享《木质素基生物全降解材料》的主题报告。

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