由纤维增强体和高分子基质构成的复合材料被广泛应用于建筑、交通、能源、医疗、体育、航天等领域,全球产能已超1200万吨,但其回收利用率却不足1%。究其原因,一方面是石油基衍生物经化学合成的热固性基质本身不可回收且难以与纤维有效分离,另一方面是常规回收方法(热化学、机械法等)易导致纤维损伤和基质降解等问题。针对上述挑战,利用天然生物质材料制备可回收基质成为一种替代选择,但现有的“聚合物—单体—基质”通用策略需先提取单体再进行高温聚合,存在原生功能流失、工艺条件严苛、助剂添加繁杂等缺陷,与绿色可持续发展理念不甚相符。因此,开发组分少、成型易、能耗低的新策略将有助于进一步促进复合材料的可持续发展,并有望引发生物质资源利用的新范式。
近期,浙江大学杨明英教授和许宗溥副研究员提出“聚合物—大分子—基质”新策略,以废弃蚕丝中提取的再生丝素蛋白(RSF)为单一组分,制备出无需任何添加剂、室温即自发成型、完全可降解回收的基材。同时,以此为基质构筑的碳纤维复合材料实现了优异力学性能与多次闭环回收的集成,从而解决了传统复合材料可持续性差的核心痛点。
相关成果以“A strategy for biomass-derived matrix with facile moulding and closed-loop recycling capabilities”发表在《Nature Communications》上。浙江大学博士研究生何芳为第一作者,该研究得到了国家自然科学基金和浙江省自然科学基金等项目的资助。
图1研究示意图概述
研究发现,RSF粉末的β-折叠构象比例为26.4%,当溶解于六氟异丙醇(HFIP)后这一比例下降至3.1%,而其无规卷曲/α-螺旋构象的比例则由37.5%提升至84.6%。这种变化源于HFIP的强极性,因为它会进一步解聚丝蛋白中依赖于疏水相互作用的折叠结构,并保持由氢键稳定的螺旋结构。有趣的是,待HFIP在室温下挥发后,成型RSF固体中的构象又转变为以β-折叠为主(37.1%)。上述过程完全基于丝蛋白的自组装实现,无需添加任何催化剂、交联剂、固化剂。HFIP...
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