High-Strength, Multifunctional, and Long Nanocellulose Hybrid Fibers Coated with Esterified Poly(vinyl alcohol)–Citric Acid–Lignin Resin

纳米纤维素 乙烯醇 木质素 极限抗拉强度 柠檬酸 复合材料 纤维素 聚乙烯醇 涂层 热稳定性 纳米纤维 化学 有机化学 纤维 材料科学 聚合物 化学工程 工程类
作者
Pooja S. Panicker,Dickens O. Agumba,Jaehwan Kim
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:10 (30): 10024-10033 被引量:20
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.2c02785
摘要

In natural fiber-reinforced polymer composites, strong and tough nanocellulose long fibers (NCLFs) are in high demand. Despite the availability of diverse cellulose nanofiber (CNF) preparations, efficient production of continuous high-strength NCLFs remains a challenge. This study reports a synergistic approach that entails wet spinning and coating CNF with a bio-based and hydrogen-bonded polyvinyl alcohol–citric acid–lignin (H-PCL) resin followed by esterification at 180 °C to form esterified poly(vinyl alcohol)–citric acid–lignin (E-PCL)–NCLF. Morphology assessments on the cross-sectional images of E-PCL-NCLF by scanning electron microscopy revealed a homogeneous coating of H-PCL resin with an average coating thickness of 0.8 μm. The prepared fiber showed a dramatic increase in the mechanical properties with a Young's modulus of 31.20 GPa (49% increase), a tensile strength of 684.61 MPa (138% increase), and a toughness of 12.90 MJ/m3 (10% increase) with a strain at break of 3.26%. The reported approach imparted multifunctional characteristics in the prepared EPCL-NCLF regarding high hydrophobicity, antioxidant activity, and thermal stability. These remarkable enhancements make the prepared EPCL-NCLF a promising candidate for all-green natural fiber-reinforced polymer composites.
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