Hydrogen-bond-dominated mechanical stretchability in PVA films: from phenomenological to numerical insights

文献情報

出版日 2021-12-22
DOI 10.1039/D1CP03893A
インパクトファクター 3.676
著者

Zhen-zhen Fu, Sheng-jie Guo, Chen-xi Li, Ke Wang, Qin Zhang, Qiang Fu


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要旨

Hydrogen bonds (H-bonds) in poly(vinyl alcohol) (PVA) play a crucial role in macroscopic mechanical properties, particularly for stretchability. However, there is still some ambiguity about the quantitative dependence of H-bond interactions on the mechanical performance, mainly attributed to the difficulty in the discrimination of various H-bond types. Herein, small molecular chemicals as plasticizers were incorporated into the PVA matrix to tailor the H-bonding interactions. By altering the PVA molecular weight, plasticizer type and loading, both the stretchability and H-bond content were regulated on a large scale. By a combination of DMA, IR spectroscopy, MD simulation and solid-state 13C-NMR, every sort of H-bond in PVA was assigned, and their relative fractions were ascertained quantitatively. After correlating the elongation ratio with the relative fraction of the different types of H-bonding interaction, it was found that all the pairs of elongation vs. intermolecular H-bond content derived from different series of PVA/plasticizer films could be plotted into a master curve and exhibited good linearity, indicating that intermolecular H-bonds dominate the mechanical stretchability in PVA films. Our efforts contribute towards an in-depth understanding of performance optimization induced by H-bond manipulation from empirical, phenomenological aspects to intrinsic, numerical insights.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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