关键词：碱木质素，硫辛酸，植酸，PLA-PLA，PLA-AL，PLA-PA，PA-AL
Lignin Powered Versatile Bioelastomer: A Universal Medium for Smart Photothermal Conversion
Adv. Funct. Mater.，Volume34, Issue45
https://doi.org/10.1002/adfm.202405130
一、研究思路
木质素作为农林废弃物中储量丰富的天然芳香族聚合物，其分子富含共轭芳香结构，可通过π-π堆叠作用赋予材料天然光热吸收能力；硫辛酸具有可逆动态二硫键，能为弹性体提供室温快速自修复与可重塑回收特性；植酸的多羟基多磷酸结构可构筑多层次氢键网络，从而强化材料的力学性能、疏水抗溶胀性与界面粘附能力。三者均为天然生物质原料，无需使用有毒交联剂与有机溶剂，仅通过熔融共聚即可成型，完美契合可持续材料的设计理念。
本文以碱木质素（AL）、硫辛酸（LA）、植酸（PA）为唯一原料，通过一步熔融共聚法制备全生物基自适应光热弹性体BPTE。研究系统表征了材料的分子交联网络与微观结构，测定了光热转化效率，并全面测试了其拉伸力学、自修复、粘附、耐溶胀、回收降解等综合性能；同时搭建多类功能原型器件验证其应用潜力，为零污染、全生命周期绿色的多功能智能光热柔性材料提供了全新构筑策略。
二、材料制备
1.全生物基光热弹性体BPTE的制备
将碱木质素、硫辛酸与植酸按预设配比均匀混合，加热至熔融状态引发共聚反应，冷却后原位成型得到块状BPTE弹性体。全程不添加催化剂、有机溶剂及石油基助剂，依靠原料自身官能团完成交联；通过调控三种生物质组分的配比，优化交联网络结构与综合性能。
2.分子与微观结构表征
采用拉曼光谱与X射线光电子能谱（XPS）验证动态二硫键的生成；利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）表征木质素、硫辛酸与植酸间的多重氢键相互作用；通过分子模拟计算不同组分间的氢键结合能，解析自适应网络的作用机理；结合示意图分析π-π共轭堆叠、二硫键与多级氢键协同交联形成的微观网络结构。
3.综合性能测试
A.力学与自修复性能：使用万能拉伸试验机测试拉伸强度与断裂伸长率；对材料进行切断-贴合处理后，测试修复前后的力学性能，以评价其快速自修复效率。
B.光热性能：在光源照射下实时记录材料表面温度变化，定量评估双模光热转换能力。
C.界面与环境稳定性：通过水接触角测试表征疏水性，采用浸泡实验验证抗溶胀性能；通过多种基材的剥离实验测试自粘附能力。
D.循环与降解性能：进行多次热压重塑循环测试以评估可回收性能；通过特定化学溶剂处理验证完全降解特性。
4.多场景功能器件搭建
分别制备BPTE基光热发电薄膜、光驱动柔性驱动器、创面光热抗菌敷料与可编织光热纤维，验证材料在能量转化、软体执行、医用伤口修复及智能纺织领域的实际应用效果。
三、结果与讨论
1.BPTE自适应生物交联网络的构筑机理
在熔融共聚过程中，硫辛酸开环聚合形成大量动态可逆二硫键，构成弹性体的共价交联骨架；碱木质素芳香环间发生π-π共轭堆叠，赋予材料天然广谱光热吸收特性；同时，木质素的羟基、硫辛酸的羧基与植酸的磷酸基团相互作用，形成PLA-PLA、PLA-AL、PLA-PA、PA-AL四类多层次氢键，氢键结合能跨度较大，共同构建动态自适应复合网络。动态二硫键与多重氢键协同互补：外力作用下，氢键可逆断裂以耗散能量，提升材料的拉伸韧性；受损断面贴合后，二硫键可重新成键，实现室温快速自修复；热刺激下，二硫键可逆解离，材料可反复熔融重塑，实现完全回收利用。
2.一体化多功能集成优势
传统光热材料通常仅单一具备光热功能，而BPTE依靠全生物质复合网络实现了多功能协同：
A.光热转换方面：木质素的共轭结构可高效捕获光能，实现双模光热响应，升温速率与饱和温度表现优异；
B.机械柔性方面：多级氢键提供高拉伸性与机械稳健性，可适配各类柔性形变场景；
C.自愈与回收方面：动态二硫键赋予材料快速自修复与热重塑循环再生能力；
D.环境适配方面：植酸赋予材料疏水表面，有效抵抗水环境溶胀；多羟基磷酸基团使其实现对金属、高分子、皮肤等多基材的自粘附；
E.绿色末端处理方面：材料不含石油基组分，可通过特定化学体系完全降解，无残留微塑料污染。
3.多领域应用拓展可行性
基于上述综合性能，BPTE可拓展为多类智能器件：利用其光照下快速升温特性，可开发光热发电薄膜与远程光驱动软体驱动器；其贴附皮肤的自粘附性与光热升温能力，适配创面光热抗菌敷料，结合仿生人体皮肤的弹性结构，可促进创面修复；通过熔融拉丝工艺，材料可制成光热纤维，进而编织为兼具温控与抗菌功能的智能纺织面料。全生物质原料不仅降低制备成本，且无生物毒性，在医用与可穿戴设备领域展现出突出的转化优势。
四、结论
以碱木质素、硫辛酸、植酸三种天然生物质为原料，通过无化学助剂的熔融共聚法制备出全生物基多功能光热弹性体BPTE。该材料借助动态可逆二硫键与多级氢键构筑自适应聚合物网络，集成了高效双模光热转换、高拉伸力学性能、快速自修复、疏水抗溶胀、多基材自粘附、完全可回收及化学可降解等多重功能，突破了传统石油基光热柔性材料不可持续、功能单一、难降解的局限。
BPTE可适配光热发电、光驱动软体机器人、医用抗菌敷料、智能光热纤维等多元应用场景，为绿色低碳、全生命周期可持续的新一代智能光热柔性材料提供了简便高效的制备路线，在能量转化、生物医疗、可穿戴智能装备领域具备巨大发展潜力。
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