Modified cellulose nanocrystals enhancement to mechanical properties and water resistance of vegetable oil‐based waterborne polyurethane

材料科学 热稳定性 热重分析 聚氨酯 纳米纤维素 吸水率 化学工程 甲基三甲氧基硅烷 接触角 复合材料 傅里叶变换红外光谱 纳米复合材料 纤维素 极限抗拉强度 聚合物 涂层 工程类
作者
Pingbo Zhang,Yadong Lü,Mingming Fan,Pingping Jiang,Yuming Dong
出处
期刊:Journal of Applied Polymer Science [Wiley]
卷期号:136 (47) 被引量:35
标识
DOI:10.1002/app.48228
摘要

ABSTRACT Environmentally friendly and lightweight silylated cellulose nanocrystal (SCNCs)/waterborne polyurethane (WPU) composite films that exhibit excellent mechanical properties and water resistance were prepared. The cellulose nanocrystals (CNCs) of the filamentous structure were surface‐modified by γ‐aminopropyltriethoxysilane (APTES) and then introduced into a castor oil‐based aqueous polyurethane (WPU) matrix by in situ polymerization. The morphology and silylation degree of CNCs were characterized by scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA), and Fourier infrared transform spectroscopy at different APTES concentrations. The results showed that the surface of the nanocellulose crystal has the best silylation morphology and thermal stability with incorporation of 6 wt % APTES. The thermal stability, mechanical properties, surface morphology, and water resistance of the nanocomposites were investigated by TGA, tensile test, SEM and optical contact angle, water absorption test, and mechanical property test after immersed in water. It was found that the effective introduction of modified CNCs resulted in a significant increase in tensile strength at high levels, and the thermal stability and hydrophobicity of the material were improved simultaneously, reaching the percolation threshold at a 0.50 wt % SCNCs as determined theoretically. This study provided an approach to the design and development of surface‐modified CNCs/vegetable oil‐based polymer composites by using an appropriate concentration of silane coupling agent to modify CNCs and improve the compatibility between nanocellulose and vegetable oil‐based polymer matrices. © 2019 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2019 , 136 , 48228.
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