El poliuretano a base de agua es un nuevo tipo de sistema de poliuretano que utiliza agua en lugar de disolventes orgánicos como medio dispersante. Ofrece las ventajas de no contaminar, ser seguro y fiable, posee excelentes propiedades mecánicas, buena compatibilidad y es fácil de modificar.
Sin embargo, los materiales de poliuretano también sufren de poca resistencia al agua, al calor y a los solventes debido a la falta de enlaces de reticulación estables.

Por lo tanto, es necesario mejorar y optimizar las diversas propiedades de aplicación del poliuretano mediante la introducción de monómeros funcionales como fluorosilicona orgánica, resina epoxi, éster acrílico y nanomateriales.
Entre ellos, los materiales de poliuretano modificados con nanomateriales pueden mejorar significativamente sus propiedades mecánicas, resistencia al desgaste y estabilidad térmica. Los métodos de modificación incluyen el método de compuestos por intercalación, el método de polimerización in situ y el método de mezcla, entre otros.

Nano sílice
El SiO₂ presenta una estructura de red tridimensional con una gran cantidad de grupos hidroxilo activos en su superficie. Tras combinarse con poliuretano mediante enlace covalente y fuerzas de van der Waals, mejora las propiedades integrales del compuesto, como la flexibilidad, la resistencia a altas y bajas temperaturas y la resistencia al envejecimiento. Guo et al. sintetizaron poliuretano modificado con nano-SiO₂ mediante polimerización in situ. Con un contenido de SiO₂ cercano al 2 % (peso, fracción másica, como se muestra a continuación), la viscosidad de cizallamiento y la resistencia al desprendimiento del adhesivo mejoraron significativamente. En comparación con el poliuretano puro, la resistencia a altas temperaturas y la resistencia a la tracción también aumentaron ligeramente.

Óxido de zinc nano
El nano ZnO posee alta resistencia mecánica, buenas propiedades antibacterianas y bacteriostáticas, además de una alta capacidad para absorber la radiación infrarroja y una buena protección UV, lo que lo hace adecuado para la fabricación de materiales con funciones especiales. Awad et al. utilizaron el método nanopositrón para incorporar rellenos de ZnO al poliuretano. El estudio reveló una interacción entre las nanopartículas y el poliuretano. El aumento del contenido de nano ZnO del 0 al 5 % incrementó la temperatura de transición vítrea (Tg) del poliuretano, lo que mejoró su estabilidad térmica.

Carbonato de calcio nano
La fuerte interacción entre el nano-CaCO₃ y la matriz mejora significativamente la resistencia a la tracción de los materiales de poliuretano. Gao et al. modificaron primero el nano-CaCO₃ con ácido oleico y, posteriormente, prepararon poliuretano/CaCO₃ mediante polimerización in situ. Las pruebas de infrarrojos (FT-IR) mostraron que las nanopartículas se dispersaban uniformemente en la matriz. Según las pruebas de rendimiento mecánico, se observó que el poliuretano modificado con nanopartículas presenta una mayor resistencia a la tracción que el poliuretano puro.

Grafeno
El grafeno (G) es una estructura laminar unida por orbitales híbridos SP2, que presenta excelentes propiedades de conductividad, conductividad térmica y estabilidad. Posee alta resistencia, buena tenacidad y es fácil de doblar. Wu et al. sintetizaron nanocompuestos de Ag/G/PU y, con el aumento del contenido de Ag/G, la estabilidad térmica y la hidrofobicidad del material compuesto continuaron mejorando, al igual que su capacidad antibacteriana.

Nanotubos de carbono
Los nanotubos de carbono (NTC) son nanomateriales tubulares unidimensionales conectados por hexágonos y actualmente constituyen uno de los materiales con mayor variedad de aplicaciones. Gracias a su alta resistencia, conductividad y propiedades propias de los compuestos de poliuretano, se pueden mejorar la estabilidad térmica, las propiedades mecánicas y la conductividad del material. Wu et al. introdujeron los NTC mediante polimerización in situ para controlar el crecimiento y la formación de partículas de emulsión, lo que permite una dispersión uniforme de los NTC en la matriz de poliuretano. Con el aumento del contenido de NTC, la resistencia a la tracción del material compuesto ha mejorado considerablemente.

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