Hydrogen‐Bonding Affords Sustainable Plastics with Ultrahigh Robustness and Water‐Assisted Arbitrarily Shape Engineering

材料科学 聚合物 复合材料 氢键 极限抗拉强度 自愈水凝胶 变形 纤维素 化学工程 高分子化学 分子 有机化学 计算机科学 工程类 计算机视觉 化学
作者
Kai Gong,Lei Hou,Peiyi Wu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (19) 被引量:102
标识
DOI:10.1002/adma.202201065
摘要

Herein, the supramolecular plastic-like hydrogel (SPH) is introduced as a platform to fabricate sustainable plastics with ultrahigh stiffness and strength as well as water-assisted arbitrarily shapeable capability. The transparent plastics are constructed from SPHs of cellulose ether/polycarboxylic acid complexes and demonstrate mechanical robustness with Young's modulus up to 3.4 GPa and tensile strength up to 124.0 MPa, superior or comparable to most common plastics. Meanwhile, the shape of the plastics can be reversibly engineered by air drying of the SPHs with diverse 2D/3D shapes and structures, which are generated conveniently via origami, kirigami, embossing, etc., in virtue of plastic deformation and shape memory effect of SPHs. On the basis of multi-dimensional infrared-spectral analysis, it is revealed that the dense acid-acid and acid-ether hydrogen (H)-bonding network in the plastic is responsible for the mechanical robustness while the evolution of water-polymer H-bonds into polymer-polymer H-bonds during air drying contributes to the shape fixing. This work provides a novel method of manufacturing sustainable plastics with simultaneous strong mechanical performance and convenient processibility from hydrogels with plastic-like mechanical behavior.
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