Strong biodegradable cellulose materials with improved crystallinity via hydrogen bonding tailoring strategy for UV blocking and antioxidant activity

结晶度 木质素 极限抗拉强度 纤维素 氢键 化学工程 复合数 化学 热稳定性 材料科学 有机化学 复合材料 分子 工程类
作者
Zechang Wei,Chenyang Cai,Yangze Huang,Pei Wang,Jianyue Song,Leixin Deng,Yu Fu
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier BV]
卷期号:164: 27-36 被引量:53
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2020.07.100
摘要

Abstract It has been a huge challenge to obtain simultaneously excellent mechanical strength and desirable multifunctionality from the cellulose nanocrystals (CNC) based food packing materials. In this work, we demonstrated a hydrogen bonding tailoring strategy that can produce CNC/lignin films with UV blocking and antioxidant activity, while bypassing the loss of mechanical strength. Using a hyperbranched polyester, lignin was first functionalized to increase the amount of hydroxyl groups, thereby increasing the intermolecular interactions. By assembling the polyester modified lignin (H-lignin) into CNC matrix, the hydrogen bonding crosslinks between the H-lignin and CNC chains were successfully promoted, resulting in the CNC composites with the significantly improved mechanical strength, UV blocking and antioxidant activity. The phenolic structure and the hydrogen donation of H-lignin also endowed the resulting CNC composites with excellent UV blocking and antioxidant activity. The experimental results indicated that the H-lignin could bring about 34% and 63% increase in tensile strength and Young's modulus, respectively, higher than the reported ones. The CNC-based composites showed better thermal stability and improved crystallinity property. The H-lignin provides a new insight into the multifunctional exploration of CNC-based composite. This work opens a new avenue for the next generation's biodegradable food packing materials from cellulose-sourced composites.
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