木材衍生功能高分子材料

木材是世界上最大的可再生资源，在制备功能性材料时引起了极大的关注。它们展示了可用于生物能源、柔性电子、储能设备等领域的巨大潜力。最近，直接利用木材独特的分层结构化，它已被用作多种规模功能化的大规模模板，包括其与聚合物和纳米颗粒的组合。因此，功能性木质材料已经找到了许多应用，例如用作透明窗户、油水分离、水处理和导电材料。然而，在将组合转化为木材结构的高效和大规模扩散以及木材结构的自然缺陷方面，仍然需要解决一些挑战。此外，宏观工程的应用主要集中在木材的宏观规模上。很难进一步用于合成复合结构和组装成复杂的形态。在此，从宏观分子工程的角度总结了具有主要木材成分（纤维素和木质素）独特形态的功能聚合物材料的制备。报告的范围分为三个部分。（1）它首先展示了纤维素和木质素的结构和特性。（2）讨论了如何通过受控/活聚合、点击化学、动态键化学等来调整结构的自我组装和修改。（3）给出了通过大分子工程的功能性聚合物材料的例子，特别是包括弹性体、水凝胶、气凝胶和纳米颗粒。到目前为止，关于木材及其成分衍生的功能材料主题有一些很好的评论。本文侧重于木源材料实现功能的大分子工程概念。它主要强调天然纤维损失和木质素或其衍生物的明确结构特征，而材料的目标功能显著受益于精确的结构、修改及其相应的自组装过程。期望强调结构-组装-功能关系的重要性，为未来木材功能性聚合物材料的更好设计做出贡献。功能化的结构特征木材是一种天然的生物聚合物复合材料，而纤维素和木质素在干重中约占木材的70-80%，这使得它们可以作为制备聚合物材料的足够原料。纤维素作为木材的主要成分是地球上最丰富的天然聚合物。目前，工业用纤维素部分来自木浆。虽然这是一个有争议的话题，但描述纤维素超分子结构的一个公认模型是，在纤维素纤维中，纤维素链被排列成高度有序的结构，作为结晶区域，而非晶区域由无序的纤维素链组成。当然，纤维素I是自然界中发现的形式，它存在于Iα和Iβ两种同种形态中。Iα/Iβ比取决于纤维素的起源，Iβ形式在木本植物中占主导地位。此外，纤维素I可以在再生或汞化过程后转化为纤维素II，这表明纤维素I是甲稳定的，纤维素II是稳定的。[17]两种纤维素的主要区别是原子的布局。O6的链间氢键在纤维素I中占主导地位，导致平行的方向，而O6的链间氢键是纤维素II中具有反平行包装的主要链间氢键。大分子工程策略大分子工程强调精确设计具有受控成分和结构的清晰聚合物，以便为特定功能组装。从天然纤维素和木质素到其衍生物，结构和成分对于组装成不同的形态和功能至关重要。从软到硬以及从1D到3D结构的各种木衍生材料的应用范围从纳米到大分子科学，如上所述，纤维素和木质素可以被视为自然界大分子工程的产品。如图所示在图2中，它可以直接用于制备功能性聚合物材料。对于纤维素来说，由羟基相互作用生成的氢键可以作为物理交联点，这有利于不同形态的形成。此外，在某些情况下，由于其非共价相互作用，形态可以响应刺激，提供材料功能。对于木质素，它还能够通过各种力自行组装成功能材料，如疏水相互作用、π-π相互作用和范德瓦尔力，这些力源于其结构和组成。来自木材组件的功能性聚合物材料弹性体水凝胶总结木材成分是可再生、可生物降解和可生物兼容的。更重要的是，它们自然地设计了定义的结构。在各种功能材料的解决方案中解溶液后，它们可以直接自我组装。对于木质素来说，其在溶液中自组装的能力是制备纳米颗粒的重要特征，及其荧光和抗氧化特性使其能够用于生物医学领域。与石油基聚合物相比，工艺的优势在于其高可再生成分和简单性。因此，除了直接利用木材的分层结构作为功能化的大规模模板外，它仍然需要进一步研究