木质纤维素功能材料的研究进展

孔维庆， 胡述锋,2， 俞森龙， 周 哲， 朱美芳

(1. 东华大学 纤维材料改性国家重点实验室， 上海 201620； 2. 华南理工大学 制浆造纸国家重点实验室， 广东 广州 510640)

随着化石资源的枯竭和人类对环境问题的关注，可再生的生物质资源的利用和高值化转化，是当前绿色化学研究的重要课题。木材是最丰富的生物质资源之一，其由木质纤维素组成 (主要是纤维素、半纤维素和木质素)，具有分层的细胞结构、高度有序的各向异性结构和较好的力学性能，且具有良好的生物降解性、价格低廉、环境友好等特性[1]，因此，开发木质纤维素功能材料对缓解能源危机和开辟环境友好新材料具有重要的战略意义。

长期以来，木材受限于自身结构、尺寸、缺陷等，大都应用于造纸、建筑和家具等传统领域。剖析木质纤维素的传统利用过程，通常是将三大组分分别提取出来，然后实现各组分的高值化转化。其工艺复杂，耗能较高，同时破坏了木质纤维素原本的结构和性能。此外，在高值化制备过程中，去除木质素也是常见的手段。例如，传统的生物质炼制和造纸中，木质素一般被当作残渣和废液处理掉，这大大降低了木质素的高值化利用，而且造成了资源浪费：因此，保留木质纤维素原有的结构和性能，通过调控 3种组分的含量，实现木质纤维素的高值化转化具有重要的意义。

本文系统阐述了通过调整木质纤维素的组分、独特的多级结构，利用其氢键作用，并与其他功能特性(力学、光学、热和流体特性)相结合，可获得多种功能和变革性应用，突破木材传统应用领域，实现其在结构调控材料、生物可降解塑料、纳米流体材料、生物仿生材料和纺织材料等领域的新应用。

1 木质纤维素的组分和结构调控

木材是地球上最丰富的可再生资源之一，主要成分包括纤维素(40%～50%)、半纤维素(20%～30%)和木质素(20%～30%)。其中纤维素是沿着树生长的方向高度有序排列的，构成了木材的强度支架；半纤维素和木质素作为小分子和黏结剂通过氢键和共价键与纤维素交织成了承力网络[2]，形成了保护植物细胞的天然抗降解屏障。此外，木材具有各向异性的分层多孔结构和天然的纳米离子输送通道，为水和离子的传输提供了定向通道。纤维素可逐步分级为微米纤维和纳米纤维，直径可从100 μm 减小至2～4 nm[3-4]，这些纤维由有序的线性纤维素分子链组成。纤维素分子链上有大量的羟基，为纤维素的改性和力学调控提供了条件[5](如图1(a)所示)。过去，木质纤维素大都应用于造纸、建筑和家具等传统领域，近期已被广泛应用于包装、功能膜、生物塑料、生物工程和可降解柔性电子器件等新兴领域。木质纤维素的广泛高值化利用，会加速石油基产品向生物基可降解产品的转型，有利于促进世界可持续发展和循环经济的构建。

图1 木质纤维素的组分与结构及应用Fig.1 Composition，structure(a) and application(b) of lignocellulose

2 木质纤维素功能材料分类及应用

2.1 结构设计与调控材料

高强度硬质材料，如金属、钛合金、合成聚合物、氮化硼和钻石等，具有优异的力学强度，应用在许多领域，然而这些硬质材料通常价格昂贵、工艺复杂耗能、不可再生[6-8]。例如，此类硬质材料需要在极端条件(如超高压和高温)下合成，存在潜在的安全隐患且消耗大量能源，加工过程中还会产生大量废气，污染环境。寻求工艺简单、低成本且可持续的替代硬材料是非常有必要的。

木质纤维素本身具有优异的力学性能，其理论模量约为100～200 GPa，拉伸强度约为4.9～7.5 GPa[9-10]， 理论强度高于大多数金属、合金和合成聚合物。其力学强度来源于纤维素分子链上大量的羟基，这些羟基可以形成大量的分子内和分子间氢键。此外，纤维素的密度低于大部分金属和合金，是一种非常有潜力的轻质结构材料。如何把木质纤维素的力学性能发挥出来是扩展其应用的关键。在提高木材的力学性能方面，通过对多个尺寸上的结构设计、组分调控和致密化处理，已取得了较大的进展。

Song等[11]通过全新的致密化技术，开发了一种超强木材，强度和韧度可以与钢材相媲美。此工艺首先通过氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液调控木材的组分含量，去除了部分的木质素和半纤维素，同时暴露了大量的纤维素和半纤维素的羟基。然后通过热压将木材的细胞壁压垮并形成规则排列的纤维素纳米纤维。热压过程中，纤维素和半纤维素链上的羟基形成了大量的氢键，致密化的结构和大量的氢键大大地提高了木材的力学性能。通过此方法得到的木材，强度(548.8 MPa)和韧性分别比天然木材高出了12倍和10倍，有望成为替代钢材甚至钛合金的廉价、轻质的可再生材料，但想要应用在汽车、飞机等交通与建筑等领域，其可加工性、防水性和防火性能是需要攻克的难点。

Chen等[12]进一步优化了致密化工艺，研究化学加工过程及木质素的去除量对致密化工艺及强度的影响发现，化学处理4 h，致密化程度最好，比天然木材高约23倍。为提高超强木材的防水性，对木材进行矿物油处理，木材的水接触角由(45.3±0.6)°增加到了(79.9±1.8)°。将超强木材加工成刀具和钉子，其强度和锋利程度都可与钢材相媲美。虽然超强木材在防锈性、轻量化、可再生性和可持续性上比钢材有明显的优势，但要实现其工业化应用，防水性能依然不能满足要求，可加工的形状也非常有限，大规模生产和使用仍然存在很大的挑战。

近年来，为提高木材的可加工性，研究人员研究了各种自下而上的方法，即将木材分解为三大组分，然后再重新组装加工成所需的形状和用途。这种自下而上的方法破坏了木材天然的各向异性结构、多层次结构和天然强度。例如，木材可被分解为纤维素纳米纤维(CNF)，虽然CNF具有优异的力学强度(高达3 GPa)和良好的可加工性[13]，但是分解过程复杂且化学处理过程会造成环境污染。此外CNF复合材料通常石化聚合物含量高，降低了可持续性的天然优势。

为提高木材的成型性，Xiao等[14]发明了一种利用细胞壁工程来塑造木材三维结构的新加工策略：采用一种自上而下的方法，基本原理依然是通过部分脱除木质素来软化木材，然后通过干燥收缩其管壁结构和纤维。不同的是增加了在水中冲击的步骤，这种快速的水冲击过程可以选择性地打开已收缩的管道和褶皱的细胞壁结构，为压缩提供空间，支持高应变时的能量耗散，使得材料易于加工成型和折叠。此方法可使木材实现不同的结构和形状，然后再通过干燥去除水分，形成理想的成型木材产品，突破了传统平面结构设计到复杂的三维结构设计和组装，大大拓宽了其作为结构材料的应用范围和替代金属及聚合物复合材料的潜力，但该材料在垂直于木材生长方向的拉伸强度和耐撕裂强度上仍存在较大的挑战。

从以上的研究中可知，调控木质素含量和致密化工艺是实现增强木材强度和提高成型性的有效手段。木质素除了将纤维束结合在一起，起到黏合剂作用之外，还有吸热功能，吸热之后会发出近红外光，进而被周围的空气分子吸收，空气由此获得热量，所以木材做的房子内部比较闷热。Li等[15]利用过氧化氢脱除天然木材中的木质素变成白木材，然后再经过热压处理得到致密化的白木材。该材料的反射率高达96%，可将大部分太阳光反射出去，且吸收周围热量后辐射的是中红外光，因空气分子不吸收这种波长的能量，可达到制冷的目的。经过致密化处理的木材拉伸强度高达404.3 MPa，是天然木材的8.7倍，比强度为334.2 MPa，超过了大多数结构材料(包括镁、铝合金和钛合金等)，韧性甚至可达到天然木材的10.1倍。该高强制冷木材完全可以作为建筑材料，例如建筑物的屋顶或者墙板。使用该制冷木材可使温度最多降低10 ℃左右，制冷能耗可减少60%。该方法去除了绝大部分的木质素，对比超强木材，制冷木材强度略低。这是因为去除绝大部分的木质素，虽然暴露更多的羟基形成了更多的氢键，但很大程度上破坏了木材的网络交织结构。该方法再次验证了控制木质素的含量是调控木材力学强度的关键因素，但是在木块中完全去除木质素仍然存在很大的挑战性。针对应用于建筑行业，厚木块木质素去除的均匀性以及木材的防水、阻燃性仍然是需要攻克的难题。

2.2 生物可降解塑料

木质纤维素在生物可降解材料领域有很大的发展潜力，如生物可降解塑料。目前，塑料的使用已经渗透到生活的方方面面，但人工合成的塑料大都很难降解[16]，这就导致了严重的环境污染问题，使可降解的生物质塑料拥有巨大的市场需求和发展潜力。目前，中国的生物质塑料研发仍然受到技术限制，且生产原料依赖进口，导致我国聚乳酸(PLA)、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)等生物质塑料价格的成本极高，极大地限制了这些生物质塑料的应用，因此，开发综合性能优异、可生物降解或回收利用且成本低廉的生物质塑料，进一步取代对环境污染较大的工业塑料，实现绿色可持续发展迫在眉睫[17]。木质纤维素作为廉价的、可生物降解的环境友好材料是制备生物可降解塑料的理想原料，有望取代传统的石油基塑料。图2示出生物质塑料的循环图。

图2 生物质塑料的循环图Fig.2 Schematic diagram for cycle of biomass plastic

Wang等[18]通过一种基于复合纳米纤维素和微米纤维素的无黏合剂的设计方法，制备出具有优异力学性能、足够的防水性、低成本、高自然降解性的吸管。纳米纤维素和微米纤维素可广泛来源于木材、甘蔗渣、竹子。采用传统造纸方法制备的纸吸管，一般是微米纤维素通过氢键结合而成，还需要添加黏合剂和防水蜡纸，其力学性能、水稳定性较差，且制备成本高等限制了其应用。而微/纳米纤维素复合的设计方法，因纳米纤维素的引入，不但极大地填补了微米纤维素之间的空隙，也与微纳米纤维素形成了更多的氢键，使得混合膜结构更加致密，力学性能提高了6倍(拉伸强度约为70 MPa)[19]。致密的结构也使得混合纤维素吸管拥有了更好的防水性能。此方法工艺简单、成本低，可大批量生产，有很大的潜力替代塑料吸管。虽然此吸管可在水溶液中稳定4 h而不出现分层，但其抗变形性、耐热性和美观性仍有很大的提高空间；此外，纤维素和纳米纤维素的制备过程复杂，化学处理过程会造成环境污染，制作成本高，而且还会造成木质素和半纤维素成分的浪费，因此，更简单环保的制备工艺，是实现其工业化生产的关键。

Xia等[20]提出一种高效制备木质纤维素生物质塑料的方法，其以木材加工残渣木粉为原料，以生物可降解和可回收的深层共晶溶剂(DES)为绿色溶剂，形成木质素和纤维化纤维素的混合溶液。然后加入水将木质素从DES中快速再生出来，可得到大量稳定的纤维素-木质素浆料。再生出来的木质素具有高黏度，可作为天然胶黏剂填充在相互连接的纤维素、微/纳米纤维素网络空间，进而形成高度致密的结构。最后，将这种高黏度的浆料通过简单的浇铸，形成木质纤维素生物质塑料。此方法整个过程绿色环保，不仅溶剂可循环利用，全组分都得到了有效利用。所制备的生物质塑料具有高力学强度(高达128 MPa)、良好的水和热稳定性、优异的可回收性和生物降解性，且生产成本低。该生物质塑料具有良好的可降解性，只需要土埋30 d即可完全降解。值得注意的是，该生物质塑料还表现出很好的可回收性：废弃的生物质塑料只需要简单机械搅拌就可被分解为均匀的纤维素-木质素浆料，从而被回收再利用。这种绿色可回收制备工艺，展示了一个闭环式循环，为木质纤维素生物质塑料的制备提供了新方法。

在不久的将来，高强度、可生物降解和可再生材料将迎来蓬勃发展的时代。将性能优良、成本低廉、可生物降解的环保材料用于商业产品生产，有利于世界的可持续发展和循环经济构建。

2.3 纳米流体材料

离子传输及其调解在生物系统中可起到至关重要的作用。近年来，离子纳米流体材料已被广泛应用于脱盐[21-22]、渗透能发电[23]、太阳能海水淡化膜[24]、电池[25]、离子电路[26]等领域。目前，尽管很多具有高离子电导率和高离子选择性的材料已被开发出来。但大规模制备具有天然纳米通道和高离子导电率的材料依然是个难题。此外，很多纳米流体材料力学强度和柔韧性不足、不可再生、材料价格昂贵、工艺复杂等限制了其应用。天然木材材料具有多级分层结构、天然的纳米通道(可输送离子、水)、可再生、廉价、结构可调等优点，是理想的纳米流体材料。

受介孔结构树木蒸腾作用的启发，Li等[27]以木材为原料，制备了一种高密度纤维素纳米纤维组成的纳米流体膜。该膜是将天然木材脱除木质素，保留天然各向异性的纳米通道的同时，暴露出更多纤维素/半纤维素链上的羟基，为膜表面的化学改性提供便利，进而可以调控表面电荷。经过化学改性后，纤维素膜表面的电荷密度由-3.2 mC/m2增加到 -5.7 mC/m2， 电导率由1.1 mS/cm 增加到 2 mS/cm。然后经过热压制备出结构致密的纤维素纳米纤维膜，其力学强度由9 MPa提高到58 MPa，离子导电性增加了一个数量级，而且该膜的纳米纤维通道直径可在2～20 nm之间调节，具有很好的柔韧性，可折叠150°；研究发现，增加表面电荷和致密性结构是提高离子电导率的关键因素，因此，该木材衍生的纤维素膜在可折叠、高性能的纳米流体装置领域有较好的应用前景。但木质素的去除，一方面造成了木质素的浪费，另一方面破坏了木材原本稳定的三维交织网络，使得该纤维素纳米流体膜不能长时间在水溶液装置中稳定存在，因此，制备高力学强度、高导电性且水稳定性好的纳米流体材料仍然是个难题。

Kong等[28]为了进一步提高纳米流体材料的力学性能和水稳定性，利用木材的天然纳米结构，采用绿色低成本的碱处理和湿捻致密化工艺，制备了高强度离子电缆，其离子电导率(1.5 × 10-4S/cm)和力学强度(260 MPa)均提高了一个数量级。碱处理只去除了很少部分木质素，木材稳定的三维网络结构仍然保留，因此，该离子电缆在水中不会散掉。该木材离子电缆为可再生天然材料作为高性能稳定的纳米流体材料研发提供了新方向，但其离子电导率仍有很大的提高空间，真正的工业化应用以及生产工艺还有很大的改进空间。

目前，大量的研究集中于阴离子型纳米流体材料，高导电阳离子型纳米流体材料需要进一步研究。Chen等[29]利用木材中天然高度有序的纤维素纳米纤维结构，通过阳离子改性和热压致密化工艺，制备了高强度、高导电性能的阳离子木材膜(力学强度达到350 MPa，离子电导率达到1.3 mS/cm)，为制备可再生、高性能、高导电的阳离子纳米流体膜提供了新的思路，但该材料具有的热压形成的致密结构，在水溶液中不稳定，容易膨胀，其力学性能和离子导电性的稳定性也存在一定挑战，具体的应用场景有待进一步探讨。

Wu等[30]以木材为原料，利用其天然的高度整齐排列的纳米纤维之间的纳米通道，通过将纤维素链上的羟基分别改性为带正电的季铵盐(表面电荷密度为2.25 mC/m2)或者带负电的羧基(表面电荷密度为3.09 mC/m2)。改性后的带电木质膜的纳米通道可以充当纳米流体通道，通过相反极性进行选择性的离子迁移，进而有效地分离电荷产生电势差，可用于海水淡化。海水中的阴离子和阳离子分别选择性地通过交替排列的阳离子木质膜和阴离子木质膜，进而产生有效的电荷分离，形成电化学电势差。使用盐度梯度不同的合成河水和海水，可以实现高达9.8 V的输出电压。该技术产生的吉布斯混合自由能是一种有前途的可持续、可再生的能量，解决了目前离子交换膜高成本、不可再生和很难持续、大规模生产和应用等问题，进一步提高和优化现有组装设备的性能。研究木质纤维素材料对水、热和光的多级稳定性对于扩展其应用范围至关重要。

2.4 生物仿生材料

水凝胶由于其三维网络结构、良好的灵活性、生物相容性和高含水量，跟生物组织非常类似[31-32]，已被广泛应用于生物组织工程领域，如人工肌肉[33]和软骨[34-35]等。目前，大部分合成的水凝胶因不能同时具备类似生物组织的高强度和高度各向异性结构而限制了其应用。木材是地球上最丰富的生物质资源，可再生、生物相容性好，且具有高度有序的组织结构和高力学性能。生物质水凝胶合成主要是通过预处理生物质(木材、秸秆)分离出纤维素或者半纤维素(破坏了植物本身的各向异性结构和强度)，然后通过接枝共聚、化学交联和物理交联等方法来制备。在此基础上，结合纳米增强技术、双网络结构及各向异性结构构建(预拉伸、定向冷冻等)来提高水凝胶的力学强度和模拟生物组织结构[36]。目前报道的生物质水凝胶在一定程度上可以模拟自然组织的某些特性，然而将其作为组织工程仿生生物材料还存在许多挑战，如高力学强度和结构高度有序性等。

Kong等[37]将强而硬的木材进行木质素全脱除处理，使得木质素包裹的纤维素暴露出大量的羟基，同时保留纳米纤维素定性排列结构，并引入到聚丙烯酰胺(PAM)水凝胶中，制备了高拉伸强度的水凝胶(如图3(a)[37]所示)；其沿木材生长方向的拉伸强度达到了36 MPa，高于很多传统的水凝胶，可跟人体的皮肤和软骨拉伸强度相媲美，该水凝胶模仿了人类肌肉的排列结构和离子传导行为。该设计从模仿人体肌肉排列的微观结构开始，能够平衡力学强度和灵活性、离子电导率和可伸缩制造，代表了先进水凝胶设计的新方向。该木材凝胶具有生物相容性、保水性、可调力学性能和调节多孔网络结构和离子传输的能力，在生物工程中具有很大的应用潜力。例如用于伤口敷料，水凝胶保水能力有助于其保持潮湿的环境，而力学性能和形状的可调性有助于材料的优异相容性，多孔结构保证了良好的气液交换渗透性，有利于伤口愈合，但木质素全脱除处理破坏了木材本身的整体结构和抗压强度，压缩强度只有1.2 MPa，不能满足生物组织的高负载(高拉伸和高压缩)应用(例如软骨组织)。

图3 木材纤维素在生物仿生材料方面的应用Fig.3 Application of lignocellulose in biomimetic materials. (a) Schematic of conventional flexible and striated skeletal muscle tissue to be emulated by wood hydrogel; (b) Schematic of hierarchical structure of natural bone; (c) Lignocellulosic biomimetic materials for bio-applications

Chen等[38]在以上工作的基础上，优化了成胶条件，在不使用引发剂的情况下，将PAM与脱除木质素的木材复合，在紫外线照射下合成了木质水凝胶膜，其中的纤维素纳米纤维既作为引发剂又作交联剂。Chen等[39]将木材部分脱除木质素，然后将聚乙烯醇/丙烯酸水凝胶与木材相结合，开发了一种高强度、高导电性的木质水凝胶膜，其力学强度提高到52.7 MPa。由于丙烯酸羧基的引入，电荷密度提高，进而使离子电导率提高到1.29 mS/cm。该方法通过旋转切割木材，可大规模制备水凝胶木质膜。这种可扩展的、绿色可再生的纳米流体材料有望应用于可持续能量收集装置和生物组织工程，但是该方法只去除很少部分木质素，纤维素跟水凝胶聚合物之间的界面结合及撕裂性能仍然存在挑战。

Wang等[40]受天然骨和木材具有的有序、定向、各向异性的多尺度多级结构的启发，提出了一种从木材到仿生骨的仿生设计策略。将水凝胶浸渍到脱除木质素的木材中后，再原位矿化羟基磷灰石纳米晶体(Hap)，得到兼顾木材各向异性结构、高强度和具有骨传导性的水凝胶(如图3(b)[40]所示)。由于Hap纳米晶体的填充效应以及纤维素与海藻酸盐的羟基作用，沿木材生长方向的拉伸强度高达 67.8 MPa， 比传统化学交联水凝胶的强度高出3个数量级，垂直方向拉伸强度也高达13.2 MPa，表现出显著的各向异性，力学强度可以与人骨相媲美。

目前，木材纤维素仿生材料已取得一定的研究进展，未来的发展方向将是向神经修复、健康监测和疾病诊疗、离子调节-人机交互方向发展(如图3(c) 所示)。

2.5 再生木质纤维素纤维

随着石油资源的紧缺，合成纤维工业原料来源日益紧张，开发新的可替代、可再生的绿色原料成了解决困难的途径之一。纤维素是自然界植物所特有的成分，来源丰富，价格低廉，是实现石油基原料替代的最佳选择。

再生木质纤维素纤维是以天然纤维素(木材、竹子、棉等)为原料，不改变其化学结构，仅改变纤维素的物理结构，从而制造出性能更高的再生纤维。传统再生纤维素纤维生产工艺复杂，从木浆粕到成品纤维要经历十几道工序，生产线冗长，能耗巨大。其中磺化过程中还涉及到有毒气体二硫化碳的使用，高能耗高污染，生产工艺复杂，一直是再生纤维素纤维生产的行业痛点。开发新型绿色、节能、高效的新技术是实现工业化生产的必要条件。

目前，新型纤维素纤维主要以溶剂法和衍生化生产。莱赛尔(Lyocell)纤维是以天然植物纤维为原料，通过新溶剂法获得的再生纤维素纤维。溶解体系是N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)/水体系，经干喷湿法纺丝制得的一种纤维，具有优异的舒适性和手感。溶剂法再生纤维素生产技术的另一个典型代表是以木浆粕为原料，利用一种基于离子液体的纤维素纤维纺丝技术[41]生产的IoncellTM再生纤维素纤维。其生产过程实现了绿色环保，且该纤维具有优异的力学性能(弹性模量高达23.6 GPa，超过了市场上的粘胶纤维和Lyocell纤维)和舒适性。由芬兰国家技术研究中心(VTT)与企业、大学和科研院所合作研发的以木浆为原料，利用新溶剂法的Biocelsol生物基再生纤维素[42]也实现了生产过程的绿色化，全过程无有害物排出，纤维制品亦无残留锌金属存在。该纤维也是由湿法纺丝工艺成形，在制备工艺中加入了酶处理工序，改变了溶剂和凝固剂的成分和含量，湿法纺丝速度可达76 m/min，但仍然存在生产过程繁琐，且原材料及溶剂成本高等缺点。

Jia 等[43]报道了一种通过简单的化学脱除木质素和湿加捻技术，直接从天然木材制备木质纤维的新方法。制备的木质纤维具有很好的柔软性、可编织性和染色性，且其力学强度(106.5 MPa)比原始木材提高了20倍。这是因为脱除木质素过程保留了天然木材中高度取向的纤维素纳米纤维，加捻过程中木材的微孔道被去除且纤维素分子链之间形成了大量的氢键。此外，通过填充功能材料与其复合可得到不同功能化的木质功能纤维，例如添加碳纳米管可得到导电木质纤维。这种制备木质纤维的方法简单、成本低且易功能化，在可穿戴和智能纺织品方面有较好的应用前景，但实现大规模的生产依然存在很大的挑战。

未来，再生木质纤维素纤维将朝着高值化、差别化、功能化以及生产工艺低碳环保的方向发展。

3 结束语

尽管目前基于木质纤维素功能材料的研究已经取得较大进展，然而仍有一些关键难题需要进一步研究，以弥合学术研究和实际应用之间的差距。

1) 由于木质纤维素的来源广泛，以木材为例，不同的木材组分含量、细胞几何形状、结构和致密性都不同，会对其合成的功能材料的特性造成很大影响，因此，基于木质纤维素的功能材料应考虑木质纤维素的多样性，以选择合适的结构和处理方式。

2)尽管木质纤维素在可降解生物塑料领域的应用取得了一定的进展，但对比传统塑料的易得性、低成本性、高效率性、美观性等，木质纤维素生物塑料仍存在很多需要克服的难点。进一步优化木质纤维素生物塑料的制造工艺，降低生产成本，开发可控降解技术，增加循环使用性以实现可持续性、可生物降解性与产品耐用性以及尺寸稳定性之间的平衡，是未来发展的主攻方向。

3)木质纤维素在用于纳米流体材料方面已取得一定的进展，但改性处理一定程度上限制了其大规模生产。开发新的结构修饰、更先进的表征技术和计算模型模拟，降低成本、实现可持续大规模的生产是拓展其实用性的关键。

4)木质纤维素生物仿生材料在力学性能和各向异性结构方面已经与生物材料相当,但在柔韧性、自愈能力、再生能力，以及生物相容性等方面还需要进一步研究；此外，在结构与性能的调控机制、临床应用等方面也存在很多难题需要攻克。

5)目前再生纤维素纤维品种和高科技加工技术尚存在不足；高品质再生纤维素纤维的原料如木浆粕，仍然依赖于进口，其生产技术、市场开发等较国际先进水平也尚有差距；未来再生纤维素纤维的重要发展方向是生产工艺的绿色化和智能化、产品的多功能化和高品质化。