Biodegradable Dual‐Network Cellulosic Composite Bioplastic Metafilm for Plastic Substitute

生物塑料 材料科学 韧性 极限抗拉强度 复合材料 复合数 纤维素乙醇 生物降解 纤维素 废物管理 有机化学 化学 工程类
作者
Dong Wang,Shuo Shi,Yanyun Mao,Leqi Lei,Shaohai Fu,Jinlian Hu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (50) 被引量:9
标识
DOI:10.1002/anie.202310995
摘要

With the escalating environmental and health concerns over petroleum-based plastics, sustainable and biodegradable cellulosic materials are a promising alternative to plastics, yet remain unsatisfied properties such as fragility, inflammability and water sensitivity for practical usage. Herein, we present a novel dual-network design strategy to address these limitations and fabricate a high-performance cellulosic composite bioplastic metafilm with the exceptional mechanical toughness (23.5 MJ m-3 ), flame retardance, and solvent resistance by in situ growth of cyclotriphosphazene-bridged organosilica network within bacterial cellulose matrix. The phosphorus, nitrogen-containing organosilica network, verified by the experimental and theoretical results, plays a triple action on significantly enhancing tensile strength, toughness, flame retardance and water resistance of composite bioplastic metafilm. Furthermore, cellulosic bioplastic composite metafilm demonstrates a higher maximum usage temperature (245 °C), lower thermal expansion coefficient (15.19 ppm °C-1 ), and better solvent resistance than traditional plastics, good biocompatibility and natural biodegradation. Moreover, the composite bioplastic metafilm have a good transparency of average 74 % and a high haze over 80 %, which can serve as an outstanding substrate substitute for commercial polyethylene terephthalate film to address the demand of flexible ITO films. This work paves a creative way to design and manufacture the competitive bioplastic composite to replace daily-used plastics.
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