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Erschienen in: Cellulose 11/2018

06.09.2018 | Original Paper

Extremely stiff and strong nanocomposite hydrogels with stretchable cellulose nanofiber/poly(vinyl alcohol) networks

verfasst von: Xianpeng Yang, Kentaro Abe, Subir K. Biswas, Hiroyuki Yano

Erschienen in: Cellulose | Ausgabe 11/2018

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Abstract

Many load-bearing applications of hydrogels, such as human tissue replacements, require extremely high stiffness, strength and fracture energy, which are rarely achieved simultaneously. Here, we report cellulose nanofiber-based nanocomposite hydrogels, exhibiting highly increased stretchability but with no sacrifice in stiffness when compared with pure rehydrated cellulose nanofiber networks. The simple processes include suffusing a cellulose nanofiber cake with poly(vinyl alcohol) solution, drying at room temperature, annealing at 80 °C and 120 °C, and rehydration in water. During the drying and annealing processes, strong interactions (hydrogen bonds) between cellulose nanofiber and poly(vinyl alcohol) are formed instead of interfibrillar hydrogen bonds, resulting in more stretchable cellulose nanofiber networks. Thus, the optimized sample reaches an elastic modulus of 47.92 ± 0.99 MPa, a fracture strength of 15.91 ± 0.48 MPa and a fracture energy of 2302.9 ± 42.0 J/m2, which are almost equal to some human tissues. In addition, it contains high water content (66.8%), which is also close to the values of skin and cartilage. This article provides a simple method for preparation of load-bearing hydrogels from nanocelluloses.

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Literatur
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Metadaten
Titel
Extremely stiff and strong nanocomposite hydrogels with stretchable cellulose nanofiber/poly(vinyl alcohol) networks
verfasst von
Xianpeng Yang
Kentaro Abe
Subir K. Biswas
Hiroyuki Yano
Publikationsdatum
06.09.2018
Verlag
Springer Netherlands
Erschienen in
Cellulose / Ausgabe 11/2018
Print ISSN: 0969-0239
Elektronische ISSN: 1572-882X
DOI
https://doi.org/10.1007/s10570-018-2030-x

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