Preparation and performance of PVA/CNF/PB hydrogels based on dynamic borate ester bonds

作者
Kehong Zhang,Xiaohu Zhu,Shun Li,Minyi Wang,Y. e Liang Zhang
出处
期刊:Bioresources [North Carolina State University]
卷期号:21: 4235-4245
标识
DOI:10.15376/biores.21.2.4235-4245
摘要

A high-strength, tough, and self-healing hydrogel was fabricated using polyvinyl alcohol (PVOH) as the matrix, cellulose nanofibers (NFC) as the reinforcing agent, and sodium tetraborate (PB) as the crosslinking agent. The resulting PVOH/NFC/PB hydrogel has a dual-network structure formed by hydrogen bonds and dynamic borate ester bonds. The effects of NFC content on the hydrogel’s mechanical, self-healing, water retention, and electrical properties were systematically investigated. Results showed that NFC addition markedly increased tensile strength, with a maximum value of 47.2 kPa achieved at 1.2 wt% NFC. The elongation at break reached its peak (1038.5%) at 0.8 wt% NFC. Owing to the presence of dynamic borate ester bonds, the hydrogel exhibited outstanding self-healing capability, achieving a healing efficiency of 94.6% within 60 s at 1.2 wt% NFC. Moreover, NFC content influences the hydrogel’s water retention behavior and electrical conductivity, the latter reaching 0.345 S/m at 1.2 wt% NFC. The excellent plasticity and multifunctional properties of the PVOH/NFC/PB hydrogel highlight its promising potential for diverse applications.

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