21世纪最重要的挑战之一是用更可持续的替代品替代化石资源。可行的替代品至少应该是可再生的，二氧化碳中性的，广泛可用的，并且不应该与粮食生产竞争。木质纤维素的不可食用植物生物质是满足这些基本标准的少数资源之一。

与石油相反，木质纤维素是一种高氧化，固体和非均相物质。它主要由三种高功能生物聚合物组成，即纤维素，半纤维素和木质素，形成一种耐（生物）化学转化的复合材料，这种现象通常被称为生物质抗降解屏障。

一、木质纤维素

木质纤维素是植物的主要结构成分，是迄今为止最丰富的生物质类型。它是一种主要由纤维素（40-60%），半纤维素（10-40%）和木质素（15-30%）组成的复合材料;并且可以在木本植物（例如松树，杨树，桦树）和草本植物（例如柳枝稷，芒草，玉米秸秆）中找到。

木质素理论上是交联结构，工业木质素有一定塑性，具有高抗冲击强度、良好的耐热性、耐水性和廉价易得等优点。而其他的生物降解高分子材料都有的不足就是成本高，用木质素作为填料与其他生物降解高分子材料共混制备出生物全降解材料，在降低生物全降解材料的成本同时能提高复合材料耐水性、阻隔性、热稳定性等性质以及加工性能。

纤维素

纤维素部分完全由葡萄糖单元组成，葡萄糖单元通过b-1，4-糖苷键以线性方式连接。所得聚合物链的聚合度可高达10 000个单位。这些链通过氢键和范德华力相互作用，最终产生刚性的半结晶纤维素纤维。由于这些强大的相互作用力，纤维素纤维不溶于大多数常规溶剂，包括水。

半纤维素

半纤维素是木质纤维素生物质中的第二碳水化合物，其代表含有五糖（例如木糖，阿拉伯糖）和己糖（例如半乳糖，葡萄糖，甘露糖）的支链碳水化合物聚合物。糖醛酸（例如葡萄糖醛酸）和乙酰部分通常以侧链基团的形式存在。半纤维素的化学成分可以有很大差异，这取决于生物质的植物来源。聚合度通常较低，在50-300单位的范围内。与纤维素不同，半纤维素是一种无定形生物聚合物，因此更容易溶解，并且更容易受到化学侵蚀。总碳水化合物部分通常被称为全纤维素，包括纤维素，半纤维素以及其他（次要）碳水化合物生物聚合物，如果胶。果胶只占草中碳水化合物的一小部分，但对生物质顽固性有显著贡献。

木质素

木质素是木质纤维素生物质的第三部分也是最复杂的成分。木质素被定义为一种不规则的、含氧的对丙基苯酚聚合物，由植物细胞壁中单木质素的自由基聚合形成，因此被称为超分子自组装混沌。它为植物细胞壁提供刚性，并抵抗微生物攻击，从而有助于生物量的顽拗性。木质素生物合成由苯丙素途径启动，这是一个多酶生化网络，其中苯丙氨酸（和草中的酪氨酸）转化为主要木质素构建块：对香豆醇、松柏醇和芥子醇。

二、木质素基生物全降解材料目前存在的问题

木质素基生物降解材料已具备产业化基础，但仍存在以下问题有待解决。集中表现在：

1. 在复合材料领域，填料的纯度、粒径及其单分散性都会对复合材料的性能有影响，而目前并未对作为填料的木质素进行此方面的探究和认识；

2. 木质素基生物降解高分子材料可工业化配方很少，产品开发力度有待提高，这需要做大量与应用相关的工作；

3. 作为一种生物降解材料，其降解周期与条件必须实现可控，产品应用领域和使用环境与相应的降解性要求研究有待深入；

4. 人们对木质素的结构以及其在加工过程中的形态变化还没有真正地认识清楚。对于来源如此广泛的木质素原料应该将其分门别类，研究各种木质素及其衍生物之间的差别及其导致的材料加工与使用性能差异。

三、六大因素催生食品包装对木纤维基材料的需求

消费者需求在发生改变

当下，消费者的环保意识已经觉醒。他们渴求实用又便利的产品包装，同时也希望品牌商能够选择最为环保的替代材料、肩负起可持续发展的责任。消费者偏好是一个巨大的驱动因素。事实上，研究表明，绝大多数欧洲消费者趋向木纤维基包装材料，并倾向于选择包装含塑量更低的产品。这种环保意识给市场带来了极大影响，促使越来越多的品牌商开始采用智能、可持续的包装材料。

政府推出限塑令

全世界尤其是欧洲国家和地区正纷纷针对塑料包装材料制定相关法律法规。《欧盟绿色协议》（European Green Deal）和《欧盟一次性塑料指令》（European Union Directive on Single Use Plastics）便是两个范例。前者要求在2030年之前，欧盟范围内的包装产品必须实现可回收及可重复利用，而后者已于2021年生效，限制范围包括餐具、盘子、吸管、杯子、食品容器等所有一次性塑料制品。

非政府组织在倡议政策调整

在建设一个更可持续的未来方面，非政府组织（NGO）是一个强大驱动因素。非政府组织开展并资助相关研究，也经常为制定可持续性目标提供帮助。非政府组织往往能够获得公众信任，因此可以影响政策变化，并在未来针对可持续性包装的公众讨论中发挥积极作用。

整零售商顺应市场趋势

在消费者需求的推动下，许多零售商会积极督促供应商采用更为创新和可持续的解决方案。他们要求供应商提供可持续性的替代品，也了解成本效益、产品运输以及品牌推广的重要性。此外，零售商通常拥有自有品牌，能够在创新自身包装的同时，也为其他品牌设定新标准。

品牌商希望呈现积极的价值观

除满足监管要求之外，品牌商也在努力践行积极的环境价值观。这些价值观通常体现在品牌商针对减排、循环性以及减少环境足迹所制定的可持续性目标之中。包装至关重要——货架上首先映入消费者眼帘的便是商品包装。包装还在诸多环境方面起到显著作用，如商品的运输、回收、可重复使用等。选择能够满足多方面要求的包装材料可以带来竞争优势，进而促使更多品牌商转而选择木纤维基解决方案。

材料革命掀起“替塑”热潮

与塑料不同，木纤维基材料来自经认证的可持续管理下的森林，属于可再生资源。采用木纤维来替代塑料包装的创新举措为应对当代社会面临的挑战创造了新机遇。木纤维基材料具有可回收性、碳足迹低、可追溯性强、使用效率高等优点。森林本身（特别是在树木生长阶段）还能够吸收二氧化碳——而这正是应对全球变暖的重要途径。

文章来源： ​材料学小白，复合材料前沿，行业资讯