研究背景

每年有数百万吨塑料垃圾流入海洋，其中大量一次性塑料最终沉积于深海海底，成为严重的环境威胁。尽管严格的塑料回收体系正在推进，但不可避免的风暴和洪水仍会导致塑料泄漏入海。因此，下一代日用材料亟需满足三大标准：①来源于生物质，减少化石燃料依赖；②可回收再利用，构建循环经济；③在浅海至深海环境中均能快速生物降解，以防意外泄漏的持久污染。传统纸板虽具生物质来源和可回收性，但不透明限制了包装应用；再生纤维素薄膜（如玻璃纸）虽透明，却难以制备厚度较大的结构。为此，本研究开发了一种全纤维素、厚度可达毫米级的新型透明纸板（transparent paperboard, tPB），兼具透明性、力学性能、成型性、闭环回收性和深海可降解性，有望成为替代塑料包装的革命性材料。

本文要点

1.制备与性能突破。研究团队通过纤维素在水溶液中的溶解—凝胶—干燥工艺，获得了厚度0.2–1.5 mm的tPB，既保持透明，又展现高湿态强度和热各向异性。tPB不仅能弯折不断裂，还能盛装沸水而无需内衬塑料膜。

2. 闭环回收与循环利用。tPB在溶剂（LiBr水溶液）和材料层面均可实现回收再生，甚至可以利用废纸、旧织物等低价值纤

维素废弃物直接“升级再造”为tPB，显示出完全闭环的可持续潜力。

3. 海洋全深度可降解性。通过浅海、陆坡及5552米深海原位实验结合多组学分析，证实tPB可在微生物作用下逐步分解，约300天内完全降解，不会在深海环境中形成持久污染。主导菌群如纤维杆菌等能分泌纤维素酶，将tPB转化为可循环利用的碳源。

 

图1. tPB制备流程及材料“全循环”概念图

 

 

图2. tPB的光学、力学与热学性能对比，表现出高透明性与湿强度

 

 

 

图3. tPB杯与吸管成型应用，可直接盛装热水并保持良好隔热

 

 

 

 

图4. tPB的溶剂回收、材料回收与废纸升级再造实验结果

 

 

 

 图5. 浅海到深海的原位降解实验与微生物群落分析，证明tPB可在全海深环境中分解

 

研究结论

该研究展示的tPB首次实现了“透明性—力学强度—可成型性—闭环回收—全海深降解性”的统一，被视为下一代日用品包装的理想候选。尽管目前板状tPB的实验室制备能耗较高，但杯状制品能耗已接近传统纸板，并具备工业放大的可行性。生命周期评估（LCA）显示，tPB的温室气体排放低于透明塑料包装，且经济成本预计为商用纸板的约三倍，具备进一步优化空间。未来，结合现有制浆造纸工业体系，tPB有望实现规模化生产，并通过利用废旧纤维素资源推动可持续循环经济发展。本研究不仅为塑料污染治理提供了突破性材料方案，也为构建“零塑料社会”提供了重要科学支撑。

文章：Noriyuki Isobe*, Keiko Tanaka, Shun’ichi Ishii, Yasuhiro Shimane, Satoshi Okada, Kazuho Daicho, Wataru Sakuma, Kojiro Uetani, Toshihiro Yoshimura, Katsunori Kimoto, Satoshi Kimura, Tsuguyuki Saito, Ryota Nakajima, Masashi Tsuchiya, Tetsuro Ikuta, Shinsuke Kawagucci, Tadahisa Iwata, Hidetaka Nomaki. Science Advances, 11, eads2426 (2025). 

https://doi.org/10.1126/sciadv.ads2426

来源：先进微纳纤维复合材料研究荟