《Nature Communications》：A strategy for biomass-derived matrix with facile moulding and closed-loop recycling capabilities
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本研究旨在解决传统多相复合材料因不可回收带来的可持续性问题。研究人员开发了一种从可再生资源（丝素蛋白）出发，构建具有闭环回收能力聚合物基体的新策略。该策略摒弃了从生物质中先提取单体再聚合的传统“聚合物-单体-基体”模式，转而采用“聚合物-大分子-基体”路径，成功制备了具有自发室温成型固化能力、无需任何添加剂的丝基体及其纤维增强复合材料。所得材料机械性能高、环境耐久性好，并能通过简易室温溶解过程实现多周期无损回收，分离出可重复使用的丝蛋白和增强纤维，为可持续复合材料的发展提供了创新方案。
当今世界，塑料和复合材料制品无处不在，从手机外壳到汽车部件，再到风力涡轮机的叶片，它们为现代生活提供了轻量化、高强度的解决方案。然而，一个巨大的阴影笼罩着这些材料的辉煌成就：在其使用寿命终结后，它们往往难以回收，最终沦为填埋场或自然环境中的长期污染物。传统的多相复合材料，尤其是那些由热固性树脂（一种一旦固化就无法再次熔融重塑的塑料）作为基体、与纤维增强相结合的材料，由于其稳定的三维交联网络结构，回收处理极为困难，通常只能进行降级回收或焚烧处理，这不仅浪费资源，也对环境构成了严峻挑战。因此，开发具有“闭环回收”能力，即能够无损地回收原始组分并重新用于制造高品质新材料的高分子基体，成为材料科学领域迫在眉睫的课题。
另一方面，对可持续性的追求推动着研究者将目光从石油化工产品转向可再生资源。利用生物质（如植物、动物来源的物质）作为原料来制造聚合物，可以减少对化石燃料的依赖并降低碳足迹。然而，现有的主流策略通常是先从复杂的生物质原料中费力地提取出结构简单的“单体”分子，然后再将这些单体进行聚合反应来合成高分子。这个过程被研究者概括为“聚合物-单体-基体”模式。这一路径存在明显短板：它剥离了生物质原料中固有的丰富官能团和复杂结构（“功能移除”），增加了生产工艺的复杂性（“复杂性增加”），并且需要额外的能量输入（“能量输入”）。有没有一条更直接、更高效、更能保留生物质精华的路径呢？
针对上述双重挑战——即传统复合材料不可回收的困境，以及现有生物质利用策略低效的问题——一项发表在《自然·通讯》（Nature Communications）上的研究给出了一个颇具巧思的答案。研究人员独辟蹊径，将目光投向了一种古老而卓越的天然生物材料：蚕丝蛋白。蚕丝纤维本身具有优异的机械性能、生物相容性和环境友好性。这项研究的核心创新在于，它跳出了“先分解再重建”的思维定式，提出并演示了一种从“聚合物-单体-基体”模式向“聚合物-大分子-基体”模式的战略转变。简单来说，他们不再试图将复杂的蚕丝蛋白拆解成基础零件，而是直接利用蚕丝蛋白本身作为一种现成的、功能完整的大分子“乐高积木”，来构建复合材料所需的基体。这样做最大程度地保留了丝蛋白天然的优异特性。
为了验证这一策略，研究人员主要运用了材料制备与加工、力学性能测试、微观结构表征以及闭环回收实验等方法。研究涉及将丝蛋白原料转化为可加工的基体材料，并制备纤维增强复合材料。
研究结果
自发室温成型与固化能力
研究人员发现，基于丝蛋白的基质及其纤维增强复合材料展现出令人惊讶的“自发”室温成型和固化能力。这意味着，在制备过程中完全不需要添加任何额外的化学交联剂、催化剂或施加高温高压条件。材料在室温下即可完成从可塑形态到坚固固体的转变，这极大地简化了生产工艺，降低了能耗，并避免了因使用添加剂而可能引入的毒性或回收难题。
优异的机械性能与环境耐久性
尽管制备过程温和，但所获得的丝蛋白基复合材料却表现出了出色的机械性能，具备作为结构材料应用所需的强度。此外，材料还显示出良好的环境耐久性，能够在一定程度上抵抗外界环境因素（如湿度、温度变化）的影响，保持性能稳定。
高效闭环回收与组分无损分离
本研究最突出的成果之一是实现了复合材料的闭环回收。研究人员设计了一种简单的室温溶解程序，用于处理使用寿命结束的复合材料制品。通过该程序，复合材料的丝蛋白基体可以被选择性地溶解，而作为增强体的纤维（例如碳纤维、玻璃纤维等）则得以完整地、无损地分离出来。分离后的纤维表面清洁，力学性能未受损失，可以直接重新用于制造新的复合材料。同时，溶解回收的丝蛋白大分子也保持了其结构和功能完整性，可以被再次利用。这一过程可以多次循环进行，实现了真正的“多周期回收”，为复合材料赋予了一种近乎“永生”的潜力。
本研究成功演示了一种基于丝素蛋白的、面向可持续复合材料的创新策略。该策略的核心在于模式转变：从依赖提取单体的“聚合物-单体-基体”路径，转向直接利用天然大分子的“聚合物-大分子-基体”路径。由此开发出的丝蛋白基体及其复合材料，兼具易加工性（自发室温成型固化）、高性能（高机械性能与耐久性）和可持续性（简易、无损的闭环回收）三大优势。这项工作不仅为解决不可回收复合材料带来的环境问题提供了切实可行的方案，也为高效利用生物质资源、设计下一代绿色高分子材料开辟了新的方向。它表明，充分理解和利用天然大分子固有的复杂性与功能性，可能是实现高性能与可持续性兼得的关键。
