Reconstruction of Cellulose Intermolecular Interactions from Hydrogen Bonds to Dynamic Covalent Networks Enables a Thermo-processable Cellulosic Plastic with Tunable Strength and Toughness

纤维素 纤维素乙醇 材料科学 分子间力 韧性 氢键 共价键 高分子科学 复合材料 有机化学 分子 化学
作者
Zhiping Su,Le Yu,Lan Cui,Guowen Zhou,Xiaoqian Zhang,Xueqing Qiu,Chaoji Chen,Xiaohui Wang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (21): 21420-21431 被引量:91
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c06175
摘要

Its excellent renewability and biodegradability make cellulose an attractive resource to prepare fossil-based plastic alternatives. However, cellulose itself exhibits strong intermolecular hydrogen bond (H-bond) interactions, significantly restricting the mobility of cellulose chains, thus leading to poor thermo-processing performance. Here, we reconstructed the intermolecular interactions of cellulose chains via replacing the original H-bonds with dynamic covalent bonds. By this, cellulose can be easily thermo-processed into a cellulosic plastic under mild conditions (70 °C). Through adjusting the chemical structure of dynamic covalent networks, the cellulosic plastic shows tunable mechanical strength (3.0-33.5 MPa) and toughness (43-321 kJ m-2). The cellulosic plastic also exhibits excellent resistance to water, organic solvent, acid solution, alkali solution, and high temperature (>400 °C). Moreover, it owns good chemical and biological degradability and recyclability. This work provides an effective method to develop high-performance cellulosic plastics for fossil-based plastic substitution.
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