水性ポリウレタンは、分散媒として有機溶剤の代わりに水を使用する新しいタイプのポリウレタンシステムです。無公害、安全性と信頼性、優れた機械特性、良好な相溶性、そして容易な改質といった利点を備えています。
しかし、ポリウレタン材料は、安定した架橋結合が欠如しているため、耐水性、耐熱性、耐溶剤性が低いという欠点もあります。
そのため、有機フルオロシリコーン、エポキシ樹脂、アクリル酸エステル、ナノ材料などの機能性モノマーを導入して、ポリウレタンのさまざまな応用特性を改善し、最適化する必要があります。
中でも、ナノ材料改質ポリウレタン材料は、機械的特性、耐摩耗性、熱安定性を大幅に向上させることができます。改質方法には、インターカレーション複合法、in-situ重合法、ブレンド法などがあります。
ナノシリカ
SiO2は三次元ネットワーク構造を有し、表面には多数の活性水酸基を有しています。ポリウレタンと共価結合とファンデルワールス力によって複合材料を合成することで、柔軟性、耐高温・耐低温性、耐老化性など、複合材料の総合的な特性を向上させることができます。郭らは、in-situ重合法を用いてナノSiO2改質ポリウレタンを合成しました。SiO2含有量が約2%(重量、質量分率、以下同じ)のとき、接着剤のせん断粘度と剥離強度が根本的に向上しました。純粋なポリウレタンと比較して、耐高温性と引張強度もわずかに向上しました。
ナノ酸化亜鉛
ナノZnOは、高い機械的強度、優れた抗菌性・静菌性に加え、強力な赤外線吸収能と優れた紫外線遮蔽能も備えており、特殊機能材料の製造に適しています。Awadらは、ナノ陽電子法を用いてZnOフィラーをポリウレタンに配合しました。この研究では、ナノ粒子とポリウレタンの間に界面相互作用があることが分かりました。ナノZnO含有量を0%から5%に増加させると、ポリウレタンのガラス転移温度(Tg)が上昇し、熱安定性が向上しました。
ナノ炭酸カルシウム
ナノCaCO3とマトリックス間の強力な相互作用は、ポリウレタン材料の引張強度を大幅に向上させます。Gaoらは、まずナノCaCO3をオレイン酸で修飾し、その後、in-situ重合によりポリウレタン/CaCO3を調製しました。赤外線(FT-IR)分析では、ナノ粒子がマトリックス中に均一に分散していることが示されました。機械性能試験では、ナノ粒子で修飾したポリウレタンは、純粋なポリウレタンよりも高い引張強度を示すことが確認されました。
グラフェン
グラフェン(G)は、SP2混成軌道によって結合した層状構造であり、優れた導電性、熱伝導性、安定性を示す。高強度、良好な靭性を有し、曲げやすいという特徴を持つ。WuらはAg/G/PUナノ複合材料を合成し、Ag/G含有量の増加に伴い、複合材料の熱安定性と疎水性が継続的に向上し、抗菌性能もそれに応じて向上した。
カーボンナノチューブ
カーボンナノチューブ(CNT)は、六角形で繋がった一次元管状のナノ材料であり、現在、幅広い用途を持つ材料の一つです。その高い強度、導電性、ポリウレタン複合特性を活用することで、材料の熱安定性、機械特性、導電性を向上させることができます。Wuらは、in-situ重合法を用いてCNTを導入し、エマルジョン粒子の成長と形成を制御し、CNTをポリウレタンマトリックス中に均一に分散させることに成功しました。CNT含有量の増加に伴い、複合材料の引張強度は大幅に向上しました。
当社は高品質のフュームドシリカ、加水分解防止剤(架橋剤、カルボジイミド)、紫外線吸収剤などがあり、ポリウレタンの性能を大幅に向上させます。
投稿日時: 2025年2月7日