Mechanical and structural properties of cellulose nanofiber/poly(vinyl alcohol) hydrogels cross-linked by a freezing/thawing method and borax

硼砂 乙烯醇 材料科学 纤维素 纳米纤维 自愈水凝胶 复合材料 化学工程 高分子科学 高分子化学 有机化学 化学 原材料 聚合物 工程类
作者
Hiroyuki Takeno,Hiroki Inoguchi,Wen‐Chuan Hsieh
出处
期刊:Cellulose [Springer Science+Business Media]
卷期号:27 (8): 4373-4387 被引量:65
标识
DOI:10.1007/s10570-020-03083-z
摘要

The effect of cellulose nanofibers (CNFs) on the mechanical and structural properties of poly (vinyl alcohol) (PVA) hydrogels cross-linked dually by a freezing/thawing method and a cross-linker (borax) was investigated using tensile tests, FT-IR measurements and synchrotron simultaneous small-angle/wide-angle X-ray scattering (SAXS/WAXS). The cross-linking with borax and addition of CNF greatly improved the tensile performance of the PVA hydrogels prepared in the freezing/thawing method, e.g., the dual cross-linking resulted in remarkable increase in the fracture strain, the Young’s modulus and the tensile strength. The fiber length effect on the mechanical properties of the CNF/PVA/borax hydrogels was examined, so that addition of CNF with longer fiber length increased the tensile modulus, whereas addition of CNF with shorter length caused extensibility higher than 1000% even at high CNF concentrations. SAXS/WAXS and FT-IR measurements have revealed that PVA was crystallized due to the freezing/thawing process, and both of PVA and CNF were cross-linked with borax, and hydrogen bonds between hydroxy groups of PVA (or/and CNF) were formed, indicating that the multiple cross-linking is effective for improvement of the tensile performance. In addition, the CNF/PVA/borax gel with the multi-physical cross-linking was found to possess the ability of the self-healing.
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