Effects of the addition of boric acid on the physical properties of MXene/polyvinyl alcohol (PVA) nanocomposite

聚乙烯醇 硼酸 纳米复合材料 透氧性 热稳定性 极限抗拉强度 材料科学 乙烯醇 热分解 聚合物 化学工程 化学 复合材料 有机化学 氧气 工程类
作者
Jeong Hyeon Woo,Nam Hoon Kim,Seong Il Kim,Ok‐Kyung Park,Joong Hee Lee
出处
期刊:Composites Part B-engineering [Elsevier]
卷期号:199: 108205-108205 被引量:123
标识
DOI:10.1016/j.compositesb.2020.108205
摘要

Flexible, transparent and biocompatible polymer nanocomposite films can be fabricated using two-dimensional filler materials, which is of great interest for gas barrier applications. A bio-inspired polyvinyl alcohol (PVA) nanocomposite film was fabricated using sulfanilic acid group functionalized MXene (f-MXene) as the reinforcing filler and boric acid (BA) as the crosslinking agent. The f-MXene/BA/PVA nanocomposite films were characterized in terms of their thermal stability, mechanical properties and gas barrier efficacy, and the results indicated these were significantly improved compared to films made from pure PVA and MXene/BA/PVA nanocomposites. This is due to the homogeneous dispersion of the MXene and strong interfacial covalent bonds created by the BA crosslinkers between the f-MXene and the PVA matrix. The nanocomposite film consisting of 0.5 wt% f-MXene and 0.5 wt% BA (0.5 wt% f-MXene/BA/PVA) shows an oxygen permeability of ~0.73 × 10−2 cc∙cm/m2∙day∙atm, which is a reduction of around 69% in gas permeability compared to that of a pure PVA film. In addition, the initial thermal decomposition temperature of the 0.5 wt% f-MXene/BA/PVA nanocomposite film increased from 257.4 °C to 288.2 °C. Futhermore, the tensile strength of the f-MXene/BA/PVA nanocomposite film improved by 67%, and the modulus was also increased by 49%. These results clearly suggest that the MXene/BA/PVA is an effective nanocomposite film when used as a high-performance gas barrier films. The functionalization of MXene and borate-crosslinking represents a practical method to improve the various properties of a range of polymers.
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