Il poliuretano a base d'acqua è un nuovo tipo di sistema poliuretanico che utilizza l'acqua al posto dei solventi organici come mezzo disperdente. Presenta i vantaggi di non inquinamento, sicurezza e affidabilità, eccellenti proprietà meccaniche, buona compatibilità e facilità di modifica.
Tuttavia, i materiali poliuretanici soffrono anche di scarsa resistenza all'acqua, al calore e ai solventi a causa della mancanza di legami reticolati stabili.

Pertanto, è necessario migliorare e ottimizzare le diverse proprietà applicative del poliuretano introducendo monomeri funzionali quali fluorosilicone organico, resina epossidica, estere acrilico e nanomateriali.
Tra questi, i materiali poliuretanici modificati con nanomateriali possono migliorare significativamente le loro proprietà meccaniche, la resistenza all'usura e la stabilità termica. I metodi di modifica includono il metodo composito di intercalazione, il metodo di polimerizzazione in situ, il metodo di miscelazione, ecc.

Nano silice
La SiO₂ presenta una struttura reticolare tridimensionale, con un elevato numero di gruppi ossidrilici attivi sulla sua superficie. Combinata con poliuretano tramite legame covalente e forza di van der Waals, può migliorare le proprietà complessive del composito, come flessibilità, resistenza alle alte e basse temperature, resistenza all'invecchiamento, ecc. Guo et al. hanno sintetizzato poliuretano modificato con nano-SiO₂ utilizzando il metodo di polimerizzazione in situ. Con un contenuto di SiO₂ di circa il 2% (in peso, frazione di massa, come indicato di seguito), la viscosità di taglio e la resistenza alla pelatura dell'adesivo sono migliorate notevolmente. Rispetto al poliuretano puro, anche la resistenza alle alte temperature e la resistenza alla trazione sono leggermente aumentate.

Ossido di zinco nano
Il nano ZnO presenta un'elevata resistenza meccanica, buone proprietà antibatteriche e batteriostatiche, nonché una forte capacità di assorbire la radiazione infrarossa e una buona schermatura UV, rendendolo adatto alla produzione di materiali con funzioni speciali. Awad et al. hanno utilizzato il metodo dei nanopositroni per incorporare cariche di ZnO nel poliuretano. Lo studio ha rilevato un'interazione interfacciale tra le nanoparticelle e il poliuretano. L'aumento del contenuto di nano ZnO dallo 0 al 5% ha aumentato la temperatura di transizione vetrosa (Tg) del poliuretano, migliorandone la stabilità termica.

Carbonato di calcio nano
La forte interazione tra nano CaCO3 e la matrice aumenta significativamente la resistenza a trazione dei materiali poliuretanici. Gao et al. hanno inizialmente modificato nano-CaCO3 con acido oleico, per poi preparare poliuretano/CaCO3 mediante polimerizzazione in situ. I test a infrarossi (FT-IR) hanno mostrato che le nanoparticelle erano uniformemente disperse nella matrice. I test sulle prestazioni meccaniche hanno dimostrato che il poliuretano modificato con nanoparticelle presenta una resistenza a trazione maggiore rispetto al poliuretano puro.

Grafene
Il grafene (G) è una struttura stratificata legata da orbitali ibridi SP2, che presenta eccellenti conduttività, conduttività termica e stabilità. Presenta elevata resistenza, buona tenacità ed è facile da piegare. Wu et al. hanno sintetizzato nanocompositi Ag/G/PU e, con l'aumento del contenuto di Ag/G, la stabilità termica e l'idrofobicità del materiale composito hanno continuato a migliorare, con conseguente aumento anche delle prestazioni antibatteriche.

Nanotubi di carbonio
I nanotubi di carbonio (CNT) sono nanomateriali tubolari monodimensionali connessi da esagoni e sono attualmente tra i materiali con un'ampia gamma di applicazioni. Sfruttando la loro elevata resistenza, conduttività e le proprietà dei compositi poliuretanici, è possibile migliorarne la stabilità termica, le proprietà meccaniche e la conduttività. Wu et al. hanno introdotto i CNT tramite polimerizzazione in situ per controllare la crescita e la formazione di particelle di emulsione, consentendone la dispersione uniforme nella matrice poliuretanica. Con l'aumento del contenuto di CNT, la resistenza a trazione del materiale composito è stata notevolmente migliorata.

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