Study of multifunctional PVA based hydrogels with nanoparticle and molecular additives

Dans cette étude, l'effet de différents additifs de renforcement, les nanocristaux de cellulose (CNC) et l'acide tannique (TA), sur l'hydrogel d'alcool polyvinylique (PVA), préparé à l'aide de la méthode de congélation/décongélation, a été examiné. L'influence de la CNC en tant qu'additif de nanoparticules et de l'AT en tant qu'additif moléculaire sur la structure et les propriétés des hydrogels a été étudiée à l'aide de la spectroscopie infrarouge à réflexion totale atténuée (ATR-IR), de la diffraction des rayons X sur poudre (XRD) et du balayage différentiel calorimétrie (DSC). Les propriétés mécaniques, d'auto-guérison et de mémoire de forme des hydrogels ont également été étudiées. Les résultats expérimentaux ont révélé que les hydrogels PVA-CNC et PVA-TA préparés ont des propriétés différentes bien que des liaisons H soient formées entre la matrice PVA et les deux additifs dans les deux hydrogels. L'ajout de TA améliore plus significativement les propriétés mécaniques (module d'Young, résistance à la traction, allongement à la rupture et ténacité) que le CNC. Cependant, l'hydrogel PVA-CNC conserve de manière significative la capacité d'auto-guérison, contrairement à l'hydrogel PVA-TA qui perd considérablement la fonction d'auto-guérison. De plus, une étude comparative détaillée a été réalisée en utilisant des hydrogels PVA-CNC et PVA-TA contenant la même quantité de 1% en poids d'additif. L'ensemble de ces travaux indique que les additifs nanoparticulaires et moléculaires des hydrogels de PVA préparés dans les mêmes conditions peuvent donner lieu à des propriétés très différentes, et que les liaisons H (nombre, nature, force) entre l'additif et la matrice ainsi que les leur interfaces peuvent être un facteur déterminant.Abstract : In this study, the effect of different reinforcing additives, Cellulose Nanocrystals (CNC) and Tannic acid (TA), on Polyvinyl Alcohol (PVA) hydrogel, prepared using the freeze/thaw method, has been examined. The influence of CNC as a nanoparticle additive, and TA as a molecular additive on the structure and properties of the hydrogels was investigated using attenuated total reflection-infrared spectroscopy (ATR-IR), X-ray powder diffraction (XRD), and differential scanning calorimetry (DSC). The mechanical, self-healing, and shape memory properties of hydrogels were also studied. The experimental results found that the prepared PVA-CNC and PVA-TA hydrogels have different properties although H-bonds are formed between the PVA matrix and the two additives in both hydrogels. The addition of TA improves more importantly the mechanical properties (Young’s modulus, tensile strength, elongation at break and toughness) than CNC. However, the PVA-CNC hydrogel retains significantly the self-healing capability, in contrast to PVA-TA hydrogel that loses greatly the self-healing function. Furthermore, a detailed comparative study was carried out using PVA-CNC and PVA-TA hydrogels containing the same amount of 1 wt% of additive. The whole of this work indicates that nanoparticle and molecular additives in PVA hydrogels prepared under the same conditions may give rise to very different properties, and that the H-bonds (number, nature, strength) between the additive and the matrix as well as their interfaces may be a determinant factor