Waterborne polyurethane/silica nanocomposites based on electrostatic interaction: Interfacial interactions and properties

材料科学 纳米复合材料 聚氨酯 分子动力学 复合材料 复合数 乳状液 体积分数 纳米颗粒 相互作用能 扩散 化学工程 纳米技术 分子 有机化学 热力学 计算化学 化学 工程类 物理
作者
Jianzhong Ma,Chao Liu,Yufei Dong,Qianqian Fan,Yan Bao,Hongxia Yan
出处
期刊:Progress in Organic Coatings [Elsevier BV]
卷期号:171: 107052-107052 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.porgcoat.2022.107052
摘要

To study the effect of electrostatic interaction on the interface and mechanical properties of nano-composites, two kinds of silica nanoparticles with positive and negative charges were prepared and introduced into waterborne polyurethane (WPU) emulsion with negative charges to prepare composite emulsion and film. Molecular dynamics simulation and instrumental characterization were used to investigate the properties of nanoparticles and hybrid films. Molecular dynamics simulation results showed that WPU/SiO 2(+) nanocomposite demonstrated higher interfacial free energy, lower free volume fraction and diffusion coefficient than those of WPU/SiO 2( − ) nanocomposite. The mechanical properties of the composite films indicated that there is no positive effect on the mechanical properties as the charges of SiO 2 and WPU keep the same. Therefore, the mechanical properties of the composite films can be effectively enhanced by introducing positively charged SiO 2 , and the optimized introduction amount is 1 %. SEM images of the cross-section for the film show that SiO 2(+) exhibits higher interfacial interaction strength with the WPU matrix than SiO 2( − ) . Accordingly, molecular dynamics simulation and instrumental analysis afford similar results. • WPU/silica nanocomposites based on electrostatic interaction were prepared. • Molecular dynamics simulation and instrumental analysis afford similar results. • Good electrostatic interaction can improve the mechanical properties of its composites.
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