Frost-resistant nanocellulose-based organohydrogel with high mechanical strength and transparency

纳米纤维素 极限抗拉强度 霜冻(温度) 聚乙烯醇 聚合物 溶解度 溶剂 材料科学 吸水率 复合材料 化学工程 纤维素 化学 工程类 有机化学
作者
Zifei Yan,Shan Jiang,Jianfeng Xi,Wenjie Ye,Liucheng Meng,Huining Xiao,Weibing Wu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:661: 879-887 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2024.02.002
摘要

Improving mechanical strength and frost-resistance is an important research direction in the field of hydrogel materials. Herein, using bacterial nanocellulose (BC) as a reinforcing agent and polyvinyl alcohol (PVA) as a polymer matrix, a frost-resistant organohydrogel was constructed via the freezing-thawing method in a new binary solvent system of N, N-dimethylformamide and water (DMF-H2O), which was designed according to the Hansen Solubility Parameter. Owing to the solvent-induced crystallization effect that led to the enhanced 3D hydrogen bonding network during the freezing-thawing process, the optimal organohydrogel achieved excellent mechanical properties with the tensile strength of 2,974 kPa and the stretchability of 277 % at room temperature, respectively. In the visible light range, the organohydrogel demonstrated high transmittance. Moreover, the presence of a DMF-H2O binary solvent endows it with frost-resistance, retaining the tensile strength of 508 kPa and a stretchability of 190 % even at −70 °C, respectively. This kind of transparent, frost-resistant organohydrogel has potential uses in harsh settings due to its great mechanical strength.
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