一种具有便捷成型与闭环回收能力的生物质衍生基体策略

将丝绸废料变成有用材料

大多数让汽车、飞机和风力涡轮更轻更坚固的塑料与高性能复合材料几乎无法回收。本研究展示了一种用蚕丝——与蚕茧相同的物质——构建这些耐用材料的新方法，使零部件可以在室温下成型、在苛刻条件下使用，并几乎无损地被拆解回收。对于关心塑料废弃物和制造新材料能源消耗的人来说，这项工作展示了更清洁、循环的未来一瞥。

为何当今复合材料难以回收

现代纤维增强复合材料的构造类似钢筋混凝土：刚性纤维（如碳纤维或玻璃纤维）被锁定在一种称为基体的硬聚合物“胶”内。这种组合带来优异的强度和刚性，因此产量已跃升到每年数千万吨。但这种“胶”通常是高度交联的塑料，无法熔融或易于降解。切割或磨碎会破坏长纤维，而高温化学方法会烧掉聚合物，甚至削弱纤维。因此，这类复合材料的回收率不到1%，大多数最终被填埋或焚烧，浪费了珍贵的碳纤维并产生污染。

新途径：以蚕丝本身作为“胶”

作者提出改变我们对生物基塑料的思路。不是把天然聚合物分解成小的构件再用额外添加剂和热量重新聚合，他们尽量保持原有的大分子结构。在本案例中，研究者从不可直接加工的蚕茧和废弃丝织物入手。将丝绸清洗、溶解并干燥成称为再生丝素的蛋白粉末。当这种粉末溶解在一种特殊有机溶剂中并在室温下蒸发干燥时，丝分子会自发重排形成稳定的网络。这便在没有任何额外交联剂、固化剂或催化剂、且无需高于室温加热的情况下，生成了固体基体。

构建强韧耐用的复合材料

为将丝基体转变为真正的结构材料，团队将机织碳纤维布浸入丝素溶液中，并让溶剂自然挥发。丝素流入纤维之间并在干燥时“锁定”成更有序的结构。通过调整加入的丝素溶液量，他们制得具有不同纤维含量的复合板。在约三分之二碳纤维（按重量计）时，板材的抗拉强度超过1.1吉帕，刚度超过30吉帕——这些参数可与许多由传统石油基或生物基树脂制成且可回收的复合材料相匹敌或优于之。该材料在高温潮湿空气和强紫外光下仅有轻微性能下降，表明丝基体在现实苛刻环境中具有良好的稳定性。

通过温和回收实现闭环

该体系最引人注目的方面或许是它的拆解难度极低。研究者将用过的复合板浸入室温下由钙盐、乙醇和水组成的温和混合液中。该液体能选择性溶解丝基体，而碳纤维则保持不受影响。纤维随后可以作为完整织物被拉出，几乎保留全部原始强度，即使经过三轮回收亦然。与此同时，溶解的丝蛋白被回收、清洗并干燥回粉末，准备重新溶解用于制造新复合材料。同样的方法也适用于芳纶和玻璃纤维。此外，在回收过程中收集的丝素溶液铸造成薄膜，表现出对活细胞的良好相容性，并在小鼠试验中显示出潜在的生物医学应用前景，这为再生蛋白的未来用途提供了线索。

对更清洁材料未来的意义

通过展示丝蛋白可作为室温成型且完全可回收的高性能纤维复合材料“胶”，这项工作勾勒出一条不同的可持续材料路径。此过程并非依赖需要加热与多重添加剂的复杂化学，而是利用丝分子自然组装成强结构及其在温和条件下可再溶解的特性。其结果是使用可再生原料、具备适用于高要求应用的力学性能，并能反复分解回原始纤维与蛋白成分的复合材料。对于非专业读者来说，关键信息很简单：废弃的蚕丝与先进纤维可以组合成坚固部件，不再需要被丢弃——它们可以一次又一次地被重生。

引用: He, F., Ying, S., Liu, H. et al. A strategy for biomass-derived matrix with facile moulding and closed-loop recycling capabilities. Nat Commun 17, 3013 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69813-2

关键词: 蚕丝复合材料, 闭环回收, 生物质材料, 碳纤维, 可持续聚合物