Using celluloses in different geometries to reinforce collagen-based composites: Effect of cellulose concentration

材料科学 纤维素 复合材料 结晶度 复合数 热稳定性 生物复合材料 纳米纤维素 纤维素纤维 傅里叶变换红外光谱 纤维 化学工程 化学 生物化学 工程类
作者
Kaixuan Zhao,Xiaojing Tian,Kai Zhang,Na Huang,Yang Wang,Yafei Zhang,Wenhang Wang
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier]
卷期号:226: 202-210 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2022.12.027
摘要

Cellulose is frequently used to strengthen biocomposite films, but few literature systematically deliberates the effects of concentration of celluloses in different geometries on the reinforcement of these composites. Here we prepared three types of celluloses, including rod-like cellulose nanocrystalline (CNC), long-chain cellulose nanofiber (CNF) and microscopic cellulosic fines (CF). The effect of concentration of the three celluloses was examined on the barrier properties to water and light, thermostability, microstructure, and mechanical properties of collagen (COL) films. The addition of celluloses increased the watertightness and thermostability of composite films. Besides, FTIR showed a increased hydrogen bonding for COL/CNF and COL/CNC composite films, but decrease for COL/CF composites. As the concentration of CF and CNF increased, the strength of composites improved. The TS for COL/CNF (124 MPa) and COL/CF composites (113 MPa) were largely increased, compared with that of collagen ones (90 MPa). Considering the factors of crystallinity, hydrogen bonding, and interfacial tortuosity, COL/CNF composites possessed better mechanical behaviors than that of COL/CF and COL/CNC composites. Furthermore, Halpin-Kardos and Ouali models well predicted the modulus of COL/CNF composites when CNF was below and above percolation threshold (2.7 wt%), respectively.

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