Dispersion at Single Unit TiO2 Nanoparticles Reduced Tg, Induced Chain Disentanglement and Reduced Tensile Modulus in Waterborne Acrylic Coatings

材料科学 玻璃化转变 共聚物 动态力学分析 丙烯酸 乳液聚合 复合材料 化学工程 极限抗拉强度 纳米颗粒 聚合 高分子化学 聚合物 纳米技术 工程类
作者
Angel Romo‐Uribe
出处
期刊:Macromolecular Materials and Engineering [Wiley]
卷期号:306 (2) 被引量:10
标识
DOI:10.1002/mame.202000591
摘要

Abstract Spatially distributed TiO 2 nanoparticles induced an order of magnitude decrease of glass transition temperature, T g , and chain disentanglement in waterborne acrylic coatings. Acrylic/TiO 2 coatings are synthesized in situ by batch emulsion polymerization. The copolymer is based on butyl acrylate (BA), methyl methacrylate (MMA), and acrylic acid (AA) with composition 56:42:2 mol%, and nano‐TiO 2 (ca. 12 nm) is incorporated up to 3 wt% content. Transmission electron microscopy (TEM) showed that TiO 2 is dispersed at nearly single unit throughout the acrylic matrix. The nanoparticle reduced T g and broadened the temperature range of the glass transition, δT g . The considerable increase of δT g suggests gradients of dynamics. Shear rheometry demonstrated that TiO 2 induced chain disentanglement, the rubbery modulus G e decreased two orders of magnitude with only 1 wt% TiO 2 content thus increasing the packing length p (and the reptation tube diameter as d t = kp, k > 1). Consequently, the tensile Young's modulus E decreased an order of magnitude, relative to the neat copolymer. The reduction of T g , the slowdown of macromolecular dynamics, the chain disentanglement and the increase of d t suggests dynamics modification due to intercalation of the entangled web by the TiO 2 nanoparticles, and these results may be ascribed to a nanoconfinement effect.
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