Tunable mechanical behavior of collagen-based films: A comparison of celluloses in different geometries

材料科学 纤维素 结晶度 微晶纤维素 复合材料 纳米纤维 滑脱 断裂韧性 韧性 热稳定性 化学工程 工程类
作者
Kaixuan Zhao,Xiaojing Tian,Jinfeng Xing,Na Huang,Hongjie Zhang,Huanying Zhao,Wenhang Wang
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier BV]
卷期号:214: 120-127 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2022.05.191
摘要

Collagen (Col) films were reinforced by celluloses in different geometries: microcrystalline cellulose (MCC), cellulosic fines (CF), cellulose nanofiber (CNF) and cellulose nanocrystals (CNC). The reinforcement mechanisms were investigated by the elastoplasticity and fracture appearance. Compared with the fracture stress of collagen film (67.5 MPa), the Col-CNF films effectively borne the stress (95.8 MPa) by intercrystalline fracture, ascribing the abundant hydrogen bonding and mechanical locking between cellulose and collagen. The toughness of Col-CF films was increased by the interfibrillar slippage of CF and pull-off of CF within the matrix, improving the strain-to-break from 8.37% to 12.13%. The films added with MCC and CNC weaken the mechanical behavior, due to the defects and lack of mechanical locking. Besides, the effects of celluloses' geometries on the thickness, density, water-tightness, thermal stability, crystallinity and FTIR of films were also investigated. These provide the evidence that the geometries of fillers diversely improve the behaviors of collagen film offering strategies for the film with adjustable mechanical properties.
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