Wasserbasiertes Polyurethan ist ein neuartiges Polyurethansystem, das Wasser anstelle organischer Lösungsmittel als Dispersionsmedium verwendet. Es bietet die Vorteile von Umweltfreundlichkeit, Sicherheit und Zuverlässigkeit, hervorragenden mechanischen Eigenschaften, guter Verträglichkeit und einfacher Modifizierung.
Allerdings weisen Polyurethanmaterialien auch eine schlechte Wasser-, Hitze- und Lösungsmittelbeständigkeit auf, da ihnen stabile Vernetzungsbindungen fehlen.
Daher ist es notwendig, die verschiedenen Anwendungseigenschaften von Polyurethan durch die Einführung funktioneller Monomere wie organisches Fluorsilikon, Epoxidharz, Acrylester und Nanomaterialien zu verbessern und zu optimieren.
Unter anderem können mit Nanomaterialien modifizierte Polyurethanmaterialien ihre mechanischen Eigenschaften, ihre Verschleißfestigkeit und ihre thermische Stabilität deutlich verbessern. Zu den Modifizierungsmethoden gehören Interkalationskompositverfahren, In-situ-Polymerisationsverfahren, Mischverfahren usw.
Nano-Siliziumdioxid
SiO2 weist eine dreidimensionale Netzwerkstruktur mit einer großen Anzahl aktiver Hydroxylgruppen auf der Oberfläche auf. Durch die Kombination mit Polyurethan über kovalente Bindungen und Van-der-Waals-Kräfte können die Eigenschaften des Verbundwerkstoffs verbessert werden, wie z. B. Flexibilität, Temperaturbeständigkeit, Alterungsbeständigkeit usw. Guo et al. synthetisierten nano-SiO2-modifiziertes Polyurethan mittels In-situ-Polymerisation. Bei einem SiO2-Gehalt von etwa 2 % (Gew., Massenanteil, siehe unten) verbesserten sich die Scherviskosität und die Schälfestigkeit des Klebstoffs deutlich. Im Vergleich zu reinem Polyurethan verbesserten sich zudem die Temperaturbeständigkeit und die Zugfestigkeit leicht.
Nano-Zinkoxid
Nano-ZnO verfügt über eine hohe mechanische Festigkeit, gute antibakterielle und bakteriostatische Eigenschaften sowie eine hohe Absorptionskraft für Infrarotstrahlung und einen guten UV-Schutz. Dadurch eignet es sich für die Herstellung von Materialien mit besonderen Funktionen. Awad et al. nutzten die Nano-Positronen-Methode, um ZnO-Füllstoffe in Polyurethan einzuarbeiten. Die Studie ergab eine Grenzflächenwechselwirkung zwischen den Nanopartikeln und Polyurethan. Eine Erhöhung des Nano-ZnO-Gehalts von 0 auf 5 % erhöhte die Glasübergangstemperatur (Tg) von Polyurethan und verbesserte so dessen thermische Stabilität.
Nano-Calciumcarbonat
Die starke Wechselwirkung zwischen Nano-CaCO3 und der Matrix erhöht die Zugfestigkeit von Polyurethan-Materialien deutlich. Gao et al. modifizierten zunächst Nano-CaCO3 mit Ölsäure und stellten anschließend Polyurethan/CaCO3 durch In-situ-Polymerisation her. Infrarot-(FT-IR)-Tests zeigten, dass die Nanopartikel gleichmäßig in der Matrix verteilt waren. Mechanische Leistungstests ergaben, dass mit Nanopartikeln modifiziertes Polyurethan eine höhere Zugfestigkeit aufweist als reines Polyurethan.
Graphen
Graphen (G) ist eine durch SP2-Hybridorbitale verbundene Schichtstruktur, die sich durch hervorragende Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Stabilität auszeichnet. Es ist hochfest, zäh und leicht biegbar. Wu et al. synthetisierten Ag/G/PU-Nanokomposite. Mit steigendem Ag/G-Gehalt verbesserten sich die thermische Stabilität und Hydrophobie des Verbundmaterials weiter, und auch die antibakterielle Wirkung nahm entsprechend zu.
Kohlenstoffnanoröhren
Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) sind eindimensionale, röhrenförmige Nanomaterialien, die durch Sechsecke verbunden sind und derzeit zu den Materialien mit einem breiten Anwendungsspektrum zählen. Durch die Nutzung ihrer hohen Festigkeit, Leitfähigkeit und Polyurethan-Verbundeigenschaften können die thermische Stabilität, die mechanischen Eigenschaften und die Leitfähigkeit des Materials verbessert werden. Wu et al. führten CNTs durch In-situ-Polymerisation ein, um das Wachstum und die Bildung von Emulsionspartikeln zu kontrollieren und so eine gleichmäßige Verteilung der CNTs in der Polyurethanmatrix zu ermöglichen. Mit zunehmendem CNT-Gehalt konnte die Zugfestigkeit des Verbundmaterials deutlich verbessert werden.
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Beitragszeit: 07.02.2025