Page 21 - 《精细化工》2021年第9期

第 9 期 孙 楠，等: 植物基生物质资源在自修复材料中的应用研究进展 ·1735·

木质素在聚合物材料中可以用作原料或助剂， 自修复材料过程中不容忽视的问题。
当木质素用作原料时，可替代石油基化合物用作硬 （2）在利用纤维素和木质素制备自修复材料的
段，缓解资源紧缺的危机。但随着木质素含量的增 过程中，还可以利用许多方法如在材料中引入离子
加，大量的氢键会限制聚合物分子链的自由迁移率， 键、二硒键等其他动态共价键和动态非共价键来赋
导致材料的储能模量和伸长率下降。因此,木质素的 予材料自修复性能。建议在未来的研究中，可以扩
用量受到限制，且氢键键能相对较低，愈合能力相 大自修复方法的研究范围，并且可以多种方式配合
对较差。另外氢键体系对蠕变相对敏感，难以在需 使用，从而提高材料的自修复性能。
要高玻璃化转变温度的体系中使用，所以若制备性 （3）近几年的研究显示，自修复材料多为凝胶
能优异的自修复材料，氢键一般配合聚合物中的动 材料，在弹性体、涂料等其他材料中的应用还较少，
态共价键或动态非共价键起辅助修复作用。 未来可以扩大复合材料的范围，从而扩大生物质材
2.2.3 二硫键 料的资源利用率，实现材料绿色、环保以及可再生
为赋予材料较好的自修复性能，在聚合物合成 的目标。
过程中引入二硫键可以合成含二硫键的木质素基自 （4）目前制备的生物质基自修复材料的力学性
修复材料。LIU 等 [48] 利用聚醚胺接枝木质素取代部 能并不十分优异，建议在未来的工作中，保持材料
分聚醚胺，并引入含有动态二硫键的扩链剂，成功 自修复性能不变的基础上，提高材料的机械性能，
地合成了可重复使用、可自愈、可拆卸的强生物基 进而提高材料的综合性能使其可以应用在更多的领
聚脲胶黏剂，结构式如图 2 所示。结果表明，聚醚 域，扩大生物质基自愈合材料的应用领域，提高纤
胺接枝木质素构建的强烈氢键作用使聚氨酯胶黏剂 维素和木质素等生物质材料的使用价值。
在金属或木材基体上的粘接强度显著提高，而动态
参考文献：
二硫键对聚氨酯胶黏剂优异的自愈和重复使用性能
[1] ZHANG W B (张文博), LI S C (李思纯), MA J Z (马建中), et al.
起着关键作用，同时木质素的引入也提高了聚脲胶 Graphene oxide/natural polymer composite adsorbents in water
黏剂的热稳定性。 treatment[J]. Fine Chemicals (精细化工), 2020, 38(4): 683-693.
[2] BAI Y L (白毓黎), ZHANG T (张通), BAI F D (白富栋), et al.
3 结语与展望 Extraction and application of lignin from corn stalks residue by
enzymatic hydrolysis[J]. Fine Chemicals (精细化工), 2020, 37(3):
479-485.
自修复材料因可以自我修复裂纹、延长材料使 [3] WANG H, WANG P P, FENG Y P, et al. Recent advances on
用寿命以及减少资源浪费等特性而备受关注。目前， self-healing materials and batteries[J]. ChemElectroChem, 2019,
6(6): 1605-1622.
自修复材料已在凝胶、弹性体、医用材料和电池等
[4] JE P C, SULTAN M T, SELVAN C P, et al. Manufacturing challenges
方面取得显著进展，但由于其原料大多来源于石油 in self-healing technology for polymer composites—A review[J].
及其衍生物，限制了其发展。生物质材料因其可再 Journal of Materials Research and Technology, 2020, 9(4): 7370-7379.
[5] CHEN S S, HAN T, ZHAO Y, et al. A facile strategy to prepare smart
生、无污染，已成为替代石油基原材料的首选。纤 coatings with autonomous self-healing and self-reporting functions[J].
维素和木质素作为第一大和第二大植物基生物质资 ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12(4): 4870-4877.
源成为了研究的重点。纤维素和木质素因其自身的 [6] QU J, ZHAO X, LIANG Y P, et al. Antibacterial adhesive injectable
hydrogels with rapid self-healing, extensibility and compressibility as
特性，可参与制备自修复材料，并且能增强材料的 wound dressing for joints skin wound healing[J]. Biomaterials, 2018,
力学性能。利用纤维素和木质素制备自愈合材料也 183: 185-199.
[7] CAO Y, MORRISSEY T G, ACOME E, et al. A transparent, self-healing,
已取得了一定的研究进展，主要集中在微胶囊技术、
highly stretchable ionic conductor[J]. Advanced Materials, 2017, 29(10):
氢键、二硫键、金属-配位键和 D-A 反应等方法。但 1605099
是仍存在一些问题： [8] HUYNH T P, SONAR P, HAICK H. Advanced materials for use in
soft self-healing devices[J]. Advanced Materials, 2017, 29(19): 1604973.
（1）生物质材料因含有羟基、羧基等极性基团， [9] ALINEJAD M, HENRY C, NIKAFSHAR S, et al. Lignin-based
与聚合物材料存在界面相容性差等问题。尽管已报 polyurethanes: Opportunities for bio-based foams, elastomers, coatings
and adhesives[J]. Polymers, 2019, 11(7): 1202.
道的方法可以在一定程度上改善木质素与非极性聚
[10] AN H, BO Y Y, CHEN D Y, et al. Cellulose-based self-healing
合物之间的相容性，但仍存在加工复杂、成本不具 hydrogel through boronic ester bonds with excellent biocompatibility
竞争力等缺点，特别是在较高负荷时不能有效地抑 and conductivity[J]. RSC Advances, 2020, 10(19): 11300-11310.
[11] LEE M. Prospects and future directions of self-healing fiber-reinforced
制纤维素或木质素的聚集，使得生物质材料在复合 composite materials[J]. Polymers, 2020, 12(2): 379.
材料中的含量相对较低。因此，增加生物质材料在 [12] BAI L J, JIANG X Y, SUN Z X, et al. Self-healing nanocomposite
hydrogels based on modified cellulose nanocrystals by surface-initiated
复合材料中的含量、提高生物质材料利用率等问题
photoinduced electron transfer ATRP[J]. Cellulose, 2019, 26(9):
亟待解决；同时，生物质材料的变异性也是在制备 5305-5319.