Dynamically Crosslinking Cellulose Nanofibers and Epoxy Soybean Oil toward Tough, Recyclable, and Degradable Bioplastics

生物塑料 纤维素 环氧树脂 纳米纤维 极限抗拉强度 材料科学 环氧化大豆油 聚合物 有机化学 化学 复合材料 废物管理 工程类 原材料
作者
Xinhan Zhang,Pengfei Li,Jinsong Zeng,Jindian Su,Jun Xu,Jinpeng Li,Bin Wang,Wenhua Gao,Kefu Chen
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:12 (50): 18174-18186 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.4c07183
摘要

Developing cellulose nanofiber-reinforced bio-based recyclable and biodegradable plastics can be a fundamental solution to the global accumulation of plastic waste. Herein, we present a bio-based supramolecular plastic with a "reinforced-concrete" architecture achieved through the establishment of cellulose nanofiber crosslinking network and dynamic boron oxide crosslinking between cellulose nanofibers (CNF) and epoxy soybean oil. Termed as DACNF-ESO, this bio-based supramolecular plastic exhibits an impressive tensile strength of ≈41 MPa while maintaining flexibility. After being subjected to a high temperature (150 °C) or water immersion for 7 days, the tensile strength of DACNF-ESO plastic remains superior to that of polyethylene (PE) plastics. The dynamic reversibility of boron oxide in DACNF-ESO plastic enables temperature adaptability and welding capability and allowed for multiple recycling cycles. Complete degradation of DACNF-ESO in soil without the generation of any harmful substances can be achieved within a period of 80 days. The present study offers a novel design principle for high-performance recyclable polymers as sustainable alternatives to conventional plastics. Moreover, both in vivo and in vitro tests demonstrate the exceptional biocompatibility of DACNF-ESO plastics, thereby expanding their potential applications in food, biological medicine, cosmetics, and flexible electronic substrates.
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