Dynamik wasserbasierter Acrylpolymer-/Silica-Nanokompositbeschichtungen

In-situ nanostrukturiertes Latex wurde durch Emulsionspolymerisation im Semi-Batch-Modus hergestellt und enthielt bis zu 3 Gew.-% Nanosilica mit einem Durchmesser von 7 nm [Romo-Uribe et al., Europ. Polym. J. 2016, 76, 170-186]. Die hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie (HRTEM) der Beschichtungen zeigte gut dispergierte Nanopartikel bei geringem Silica-Gehalt. Die Erhöhung des Silica-Gehalts um bis zu 3 Gew.-% reduzierte den Abstand zwischen den Partikeln und zeigte eine makromolekulare Einschränkung. Die Glasübergangstemperatur Tg stieg mit dem Silica-Gehalt an, was auf eine Änderung der kooperativen Dynamik hindeutet. Die makromolekulare Dynamik wurde durch die Konstruktion von Masterkurven bei Tref=Tg + 50 K unter Verwendung von Zeit-Temperatur-Suposition (TTS) untersucht.

Gummiartiges Regime der Nanokomposite elastischer als bei reinem Polymer

Die nanostrukturierten Schmelzen waren verschränkt und zeigten nur gummiartige und Übergangsregime. Auffallend ist, dass die viskoelastische Reaktion eine verschränkte Dilution zeigte, d.h. das gummiartige Modul Ge verringerte sich im Vergleich zum reinen Polymer um das Doppelte. Dann nahm Ge allmählich mit zunehmendem Grad der Einschließung mit dem Gehalt an Nanosilica zu. Trotz verschränkter Dilution war das gummiartige Regime der Nanokomposite elastischer als bei dem reinen Polymer. Die Verringerung und dann Erhöhung der Verschränkungsdichte sind Nanokonfektionseffekte, da das Molekulargewicht der Polymermatrix und der Nanokomposite in der gleichen Größenordnung liegt. Das dilatierte verschränkte Netzwerk erzeugte bei Raumtemperatur ein geringeres elastisches Zug- und Schermodul.

Die Studie wurde veröffentlicht in: Progress in Organic Coatings Volume 129, April 2019, Pages 125-132.