林业科学

作者：陈佳星1,2,付宗营1,张永跃1,3,王喜明2,卢芸1,*

单位：1. 中国林业科学研究院木材工业研究所　北京1000912. 内蒙古农业大学材料科学与艺术设计学院　呼和浩特 0100183. 南京林业大学材料科学与工程学院　南京 210037

关键词：木材,水凝胶,水分,聚合物交联,应用

基金：中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目（CAFYBB2022XD004）。

水凝胶是一种由亲水性聚合物通过化学或物理交联而成的具有三维网络结构的聚合物材料，通常具备柔性、亲水性、弹性等特点，在生物医药、柔性电子、智能材料等领域应用广泛。传统水凝胶大多以化石基聚合物为原料，原料不可再生，且部分聚合物还有一定毒性，在使用和回收利用过程中会给人体和环境带来潜在威胁。大多数水凝胶是由均匀溶解在水介质中的分子组分聚合或组装而合成的，得到的聚合物网络往往具有各向同性，在长时间外力作用下容易产生机械破坏。近年来，研究者们致力于将具有层次化各向异性结构的材料与有机、无机相在纳米尺度上进行组合，制备具有显著机械性能和生物功能且兼备定向结构的水凝胶，然而制备这类水凝胶仍是一个挑战。木材是一种丰富的天然可再生生物质资源，具备独特的多尺度分级各向异性结构、定向的纤维素纳米纤维和多孔特性，可被用来制备水凝胶。木材中的纤维素纤维具有高强度和高模量，可作为增强相增强水凝胶的机械性能，其天然的多孔结构为制备高吸水性的水凝胶提供了基础，且木材中许多官能团，如羟基使木材易于进行各种化学改性，为根据不同应用需求定制水凝胶的性质提供了可能性。基于此，近年来研究人员通过对木材进行化学处理，得到具有亲水性的纤维骨架结构，再将聚合物浸渍到木材微观通道中，使其与其他聚合物交联，原位形成具有天然木基骨架结构的水凝胶，这种水凝胶不仅具有传统水凝胶的柔性、可调节的物理和化学特性，同时还能发挥出木材各向异性、优异机械性能、绿色可降解的优势。本研究通过分析木材组分（纤维素、半纤维素、木质素）与水分子间的相互作用，总结木基水凝胶骨架的制备方法及不同类型木基水凝胶的特点，归纳木基水凝胶中分子间的交联方式，对其在生物医药、柔性电子、智能材料等领域的应用现状进行总结，并结合木基水凝胶取得的相关研究成果，提出木基水凝胶现阶段仍需解决的问题，展望其未来研究趋势。

来源：2025年第5期

《林业科学》期刊编辑部

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