木材衍生功能高分子材料

木材是世界上最大的可再生資源，在制備功能性材料時引起了極大的關注。它們展示了可用于生物能源、柔性電子、儲能設備等領域的巨大潛力。最近，直接利用木材獨特的分層結構化，它已被用作多種規(guī)模功能化的大規(guī)模模板，包括其與聚合物和納米顆粒的組合。因此，功能性木質材料已經(jīng)找到了許多應用，例如用作透明窗戶、油水分離、水處理和導電材料。然而，在將組合轉化為木材結構的高效和大規(guī)模擴散以及木材結構的自然缺陷方面，仍然需要解決一些挑戰(zhàn)。此外，宏觀工程的應用主要集中在木材的宏觀規(guī)模上。很難進一步用于合成復合結構和組裝成復雜的形態(tài)。在此，從宏觀分子工程的角度總結了具有主要木材成分（纖維素和木質素）獨特形態(tài)的功能聚合物材料的制備。報告的范圍分為三個部分。（1）它首先展示了纖維素和木質素的結構和特性。（2）討論了如何通過受控/活聚合、點擊化學、動態(tài)鍵化學等來調整結構的自我組裝和修改。（3）給出了通過大分子工程的功能性聚合物材料的例子，特別是包括彈性體、水凝膠、氣凝膠和納米顆粒。到目前為止，關于木材及其成分衍生的功能材料主題有一些很好的評論。本文側重于木源材料實現(xiàn)功能的大分子工程概念。它主要強調天然纖維損失和木質素或其衍生物的明確結構特征，而材料的目標功能顯著受益于精確的結構、修改及其相應的自組裝過程。期望強調結構-組裝-功能關系的重要性，為未來木材功能性聚合物材料的更好設計做出貢獻。功能化的結構特征木材是一種天然的生物聚合物復合材料，而纖維素和木質素在干重中約占木材的70-80%，這使得它們可以作為制備聚合物材料的足夠原料。纖維素作為木材的主要成分是地球上最豐富的天然聚合物。目前，工業(yè)用纖維素部分來自木漿。雖然這是一個有爭議的話題，但描述纖維素超分子結構的一個公認模型是，在纖維素纖維中，纖維素鏈被排列成高度有序的結構，作為結晶區(qū)域，而非晶區(qū)域由無序的纖維素鏈組成。當然，纖維素I是自然界中發(fā)現(xiàn)的形式，它存在于Iα和Iβ兩種同種形態(tài)中。Iα/Iβ比取決于纖維素的起源，Iβ形式在木本植物中占主導地位。此外，纖維素I可以在再生或汞化過程后轉化為纖維素II，這表明纖維素I是甲穩(wěn)定的，纖維素II是穩(wěn)定的。[17]兩種纖維素的主要區(qū)別是原子的布局。O6的鏈間氫鍵在纖維素I中占主導地位，導致平行的方向，而O6的鏈間氫鍵是纖維素II中具有反平行包裝的主要鏈間氫鍵。大分子工程策略大分子工程強調精確設計具有受控成分和結構的清晰聚合物，以便為特定功能組裝。從天然纖維素和木質素到其衍生物，結構和成分對于組裝成不同的形態(tài)和功能至關重要。從軟到硬以及從1D到3D結構的各種木衍生材料的應用范圍從納米到大分子科學，如上所述，纖維素和木質素可以被視為自然界大分子工程的產品。如圖所示在圖2中，它可以直接用于制備功能性聚合物材料。對于纖維素來說，由羥基相互作用生成的氫鍵可以作為物理交聯(lián)點，這有利于不同形態(tài)的形成。此外，在某些情況下，由于其非共價相互作用，形態(tài)可以響應刺激，提供材料功能。對于木質素，它還能夠通過各種力自行組裝成功能材料，如疏水相互作用、π-π相互作用和范德瓦爾力，這些力源于其結構和組成。來自木材組件的功能性聚合物材料彈性體水凝膠總結木材成分是可再生、可生物降解和可生物兼容的。更重要的是，它們自然地設計了定義的結構。在各種功能材料的解決方案中解溶液后，它們可以直接自我組裝。對于木質素來說，其在溶液中自組裝的能力是制備納米顆粒的重要特征，及其熒光和抗氧化特性使其能夠用于生物醫(yī)學領域。與石油基聚合物相比，工藝的優(yōu)勢在于其高可再生成分和簡單性。因此，除了直接利用木材的分層結構作為功能化的大規(guī)模模板外，它仍然需要進一步研究