Fundamental Investigation of Biomass Interaction for Green Composites: Experiments and Molecular Dynamics Simulations

材料科学 复合材料 木质素 纤维 极限抗拉强度 复合数 胶粘剂 纤维素 分子动力学 氢键 粘结强度 果胶 纤维素纤维 分子 化学工程 计算化学 有机化学 化学 图层(电子) 工程类 生物化学
作者
Shengfei Zhou,Talia Khan,Kai Jin,Jimin Lee,Markus J. Buehler
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (14) 被引量:13
标识
DOI:10.1002/adfm.202109881
摘要

Abstract Understanding biomass interaction is critical for bottom‐up design of novel biocomposites and existing manufacturing processes. In this study, interactions between bioadhesives (lignin, carbohydrates, or proteins) and fibers (cellulosic fiber or wood fiber) are elucidated via experimental bonding strength tests and molecular dynamics (MD) simulations. Experimental results reveal a good, nearly linear correlation between the composite's density and tensile strength, a finding which has rarely been reported previously. Adhesives are compared to one another: soy protein isolate is found to be the best for pinewood fiber, while apple pectin and soy protein isolate are the best for α‐cellulose fiber. It is further shown that the fiber type plays an important role in defining the composite strength. In agreement with experiments, the MD simulations at nanoscale predict a linear strength to density correlation; this is driven by the hydrogen bond (H‐bond) content in the composite. The H‐bond content is also found to determine the varied performances of different adhesives.
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