Wasserbasiertes Polyurethan ist ein neuartiges Polyurethansystem, das Wasser anstelle organischer Lösungsmittel als Dispersionsmedium verwendet. Es zeichnet sich durch Umweltfreundlichkeit, Sicherheit und Zuverlässigkeit, hervorragende mechanische Eigenschaften, gute Verträglichkeit und einfache Modifizierbarkeit aus.
Allerdings weisen Polyurethanmaterialien aufgrund fehlender stabiler Vernetzungsbindungen auch eine geringe Beständigkeit gegenüber Wasser, Hitze und Lösungsmitteln auf.

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.
Nanomaterialmodifizierte Polyurethanwerkstoffe können deren mechanische Eigenschaften, Verschleißfestigkeit und thermische Stabilität deutlich verbessern. Zu den Modifizierungsmethoden gehören die Interkalations-, die In-situ-Polymerisations- und die Mischmethode.

Nano-Siliciumdioxid
SiO₂ besitzt eine dreidimensionale Netzwerkstruktur mit einer großen Anzahl aktiver Hydroxylgruppen an seiner Oberfläche. Durch kovalente Bindungen und Van-der-Waals-Kräfte kann es die Eigenschaften des Verbundmaterials nach der Verbindung mit Polyurethan verbessern, beispielsweise Flexibilität, Hoch- und Tieftemperaturbeständigkeit sowie Alterungsbeständigkeit. Guo et al. synthetisierten nano-SiO₂-modifiziertes Polyurethan mittels In-situ-Polymerisation. Bei einem SiO₂-Gehalt von ca. 2 Gew.-% (im Folgenden Massenanteil) verbesserten sich die Scherviskosität und die Schälfestigkeit des Klebstoffs deutlich. Im Vergleich zu reinem Polyurethan erhöhten sich auch die Hochtemperaturbeständigkeit und die Zugfestigkeit leicht.

Nano-Zinkoxid
Nano-ZnO zeichnet sich durch hohe mechanische Festigkeit, gute antibakterielle und bakteriostatische Eigenschaften sowie eine starke Absorptionsfähigkeit von Infrarotstrahlung und einen guten UV-Schutz aus und eignet sich daher für die Herstellung von Materialien mit speziellen Funktionen. Awad et al. nutzten die Nano-Positronen-Methode, um ZnO-Füllstoffe in Polyurethan einzubringen. Die Studie zeigte eine Grenzflächenwechselwirkung zwischen den Nanopartikeln und dem Polyurethan. Eine Erhöhung des Nano-ZnO-Gehalts von 0 auf 5 % steigerte die Glasübergangstemperatur (Tg) des Polyurethans und verbesserte somit dessen thermische Stabilität.

Nano-Calciumcarbonat
Die starke Wechselwirkung zwischen Nano-CaCO₃ und der Matrix erhöht die Zugfestigkeit von Polyurethanmaterialien signifikant. Gao et al. modifizierten zunächst Nano-CaCO₃ mit Ölsäure und stellten anschließend Polyurethan/CaCO₃ durch In-situ-Polymerisation her. Infrarotspektroskopische Untersuchungen (FT-IR) zeigten, dass die Nanopartikel gleichmäßig in der Matrix verteilt waren. Mechanische Prüfungen ergaben, dass mit Nanopartikeln modifiziertes Polyurethan eine höhere Zugfestigkeit aufweist als reines Polyurethan.

Graphen
Graphen (G) ist eine Schichtstruktur, die durch sp²-Hybridorbitale verbunden ist und sich durch hervorragende Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Stabilität auszeichnet. Es besitzt hohe Festigkeit, gute Zähigkeit und ist leicht biegbar. Wu et al. synthetisierten Ag/G/PU-Nanokomposite. Mit steigendem Ag/G-Gehalt verbesserten sich die thermische Stabilität und die Hydrophobie des Kompositmaterials kontinuierlich, und auch die antibakterielle Wirkung nahm entsprechend zu.

Kohlenstoffnanoröhren
Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) sind eindimensionale, röhrenförmige Nanomaterialien, die durch Sechsecke miteinander verbunden sind und derzeit zu den Werkstoffen mit einem breiten Anwendungsspektrum zählen. Durch die Nutzung ihrer hohen Festigkeit, Leitfähigkeit und ihrer Eigenschaften als Polyurethan-Verbundwerkstoff lassen sich die thermische Stabilität, die mechanischen Eigenschaften und die Leitfähigkeit des Materials verbessern. Wu et al. führten CNTs mittels In-situ-Polymerisation ein, um das Wachstum und die Bildung von Emulsionspartikeln zu steuern und so eine gleichmäßige Verteilung der CNTs in der Polyurethanmatrix zu erreichen. Mit steigendem CNT-Gehalt konnte die Zugfestigkeit des Verbundwerkstoffs deutlich erhöht werden.

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