Verken die ontwikkeling van watergebaseerde ink en die studie van ekovriendelike watergebaseerde poliuretaan-ink

Lugbesoedeling is lank reeds 'n groot bekommernis, met giftige gasvrystellings soos VOC's wat beduidende bydraers is saam met natuurlike verskynsels soos stofstorms. Namate bewustheid van omgewingsbeskerming toeneem en verskeie nasionale beleide geïmplementeer word, het die drukkersbedryf, 'n groot VOC-uitstraler, onvermydelike hervorming in die gesig gestaar. Gevolglik het ekovriendelike drukinkt 'n fokuspunt in wêreldwye drukbedryfnavorsing geword. Onder die beskikbare eko-vriendelike ink, insluitend water-gebaseerde ink, energie-geneesbare ink, en plantaardige-olie-gebaseerde ink, water-gebaseerde ink is die mees gebruikte. Water-gebaseerde ink bevat 'n laer proporsie organiese oplosmiddels, wat VOC-vrystellings verminder en ooreenstem met omgewingsbeskermingsbeginsels. Watergebaseerde ink het egter ook nadele soos stadige droog- en uithardingstye en swak water- en alkaliweerstand, wat die toepassing daarvan in tradisionele industriële ink beperk. Die verbetering van hierdie swakhede deur harsmodifikasie het dus 'n beduidende fokus geword. Hierdie referaat gee 'n uiteensetting van die ontwikkeling en toepassing van watergebaseerde ink, die studie van harsmodifikasies, die vordering in navorsing oor drukinkte wat watergebaseerde poliuretane gebruik, en die toekomsvooruitsigte in hierdie veld.

• Eksperimenteel

1. Ontwikkeling van watergebaseerde ink

Ink het 'n lang geskiedenis, wat saam met die uitvinding van drukwerk na vore kom. Na die bekendstelling van Lithol Red Pigment in 1900 het ink wydverspreid geword, wat lande aangespoor het om in inknavorsing te belê. Watergebaseerde ink is 'n afgeleide wat voortspruit uit hoër eise vir ink-praktiesheid. Navorsing oor watergebaseerde ink het in die 1960's in die buiteland begin, hoofsaaklik om drukkoerse te versnel en afhanklikheid van petroleumgebaseerde grondstowwe te verminder. Hierdie ink het organiese verbindings soos benseene en skulp of natriumlignosulfonaat as hoofmateriaal gebruik om destyds in drukbehoeftes te voorsien. In die 1970's het navorsers 'n polimeer-emulsiehars met 'n kern-dop en netwerkstruktuur ontwikkel deur akrielmonomere met stireen te polimeer, wat die ink se glans en waterweerstand behou terwyl aan omgewingsvereistes voldoen word. Namate omgewingsbewustheid egter toegeneem het en strenger omgewingswette ingestel is, het die proporsie benseen-gebaseerde organiese stowwe in ink afgeneem. Teen die 1980's het Wes-Europese lande die konsepte en tegnologieë van "groen ink druk" en "nuwe water-gebaseerde ink druk" bekendgestel.

China se inkbedryf het in die laat Qing-dinastie begin met die vervaardiging van geldeenhede, en het sterk staatgemaak op ingevoerde ink tot 1975, toe Tianjin Ink Factory en Gangu Ink Factory die eerste binnelandse water-gebaseerde diepdruk-ink ontwikkel en vervaardig het. Teen die 1990's het China meer as 100 flexo-drukproduksielyne ingevoer, wat die gebruik van watergebaseerde ink vinnig bevorder het. In 2003 het die China Industrial Technology Research Institute suksesvol verwante produkte ontwikkel, en vroeg in 2004 het Shanghai Meide Company 'n ten volle watergebaseerde, lae-temperatuur termohardende ink vervaardig wat aan Japannese en Duitse standaarde voldoen. Alhoewel China se navorsing oor watergebaseerde ink in die vroeë 21ste eeu vinnige ontwikkeling beleef het, het Westerse lande reeds aansienlike vordering behaal: ongeveer 95% van flexo-produkte en 80% van diepdrukprodukte in die Verenigde State het watergebaseerde ink gebruik, terwyl die VK en Japan het watergebaseerde ink vir voedsel- en farmaseutiese verpakking aangeneem. In vergelyking, China se ontwikkeling was stadiger.

Om die mark verder te bevorder, het China die eerste water-gebaseerde inkstandaard in Mei 2007 bekendgestel en in 2011 gepleit vir "groen innovasie-ontwikkeling", met die doel om oplosmiddel-gebaseerde ink met water-gebaseerde ink te vervang. In die 2016 "13de Vyfjaarplan" vir die drukkersbedryf was "navorsing oor watergebaseerde omgewingsmateriaal" en "groen drukwerk" sleutelfokusse. Teen 2020 het die nasionale bevordering van groen en digitale drukwerk die watergebaseerde inkmark uitgebrei.

2. Toepassing van watergebaseerde ink

In die vroeë 20ste eeu het die Verenigde State die eerste keer watergebaseerde ink in flexo-drukwerk toegepas. Teen die 1970's is hoë-gehalte water-gebaseerde diepdruk-ink wyd gebruik vir verskeie verpakkingspapiere, dik boekrakke en karton. In die 1980's is glans- en mat-skermdruk-watergebaseerde ink in die buiteland ontwikkel, wat hul toepassing uitgebrei het na materiaal, papier, PVC, polistireen, aluminiumfoelie en metale. Tans, as gevolg van hul eko-vriendelike, nie-giftige en veilige eienskappe, word watergebaseerde ink hoofsaaklik gebruik in voedselverpakkingsdrukwerk, soos tabakverpakking en drankbottels. Soos omgewingswette verbeter, bly die toepassing van watergebaseerde ink diversifiseer en verskerp. China bevorder ook geleidelik hul gebruik in die drukkersbedryf.

• Resultate en bespreking

1. Navorsing oor Harsmodifikasies

Inkprestasie word deur harsverskille beïnvloed. Oor die algemeen is watergebaseerde inkharse tipies poliuretaan, gemodifiseerde akrielemulsies of poli-akrielharse. Watergebaseerde poliuretaan (WPU) harse, met uitstekende glans, word wyd gebruik in verpakkingsdrukwerk. Die verbetering van WPU-werkverrigting om watergebaseerde ink se omgewingsvriendelikheid en glans te verbeter, het dus 'n fokus in die drukkersbedryf geword.

2. Verandering van watergebaseerde poliuretane

Water-gebaseerde poliuretane, saamgestel uit lae-molekulêre gewig poliole, kan geklassifiseer word in poliëster-, poliëter- en bastertipes. Gebaseer op die verskillende eienskappe van poliëster- en poliëterpolimere, verskil hul sterkte en stabiliteit. Oor die algemeen het poliëter-poliuretane laer sterkte en stabiliteit as poliëster-poliuretane, maar vertoon beter hoë-temperatuur weerstand en is minder geneig tot hidrolise. Byvoorbeeld, die verhoging van die ink se "konsekwentheid" deur die gebruik van poliëtileenglikol monometieleter verbeter sy verdraagsaamheid eienskappe. Dit is egter slegs 'n verwysingspunt. Verskeie navorsingsinstitute gebruik verskillende metodes om spesifieke aspekte van WPU te verbeter.

Byvoorbeeld, in 2010 is epoksieharse met hoë taaiheid en slagsterkte gekies om inkviskositeit en adhesieprobleme aan te spreek, en sodoende inksterkte te verbeter. In 2006 het 'n studie wat deur Beijing Chemiese Universiteit gepubliseer is, etileenglikol-gebaseerde poliuretaan gebruik om 'n spesiale hars met 'n lang sagte segment te vorm, wat ink-buigsaamheid verbeter en indirek water-gebaseerde ink versterk. Sommige spanne behaal wysigingsresultate deur chemiese stowwe by te voeg: silika of organosilikoon insluit om WPU te verbeter, wat lei tot verbeterde inktreksterkte. Karboksiel-beëindigde butadieen nitril poliuretaan word gebruik om inkbuigingsprestasie en viskositeit te verbeter, om by meer komplekse omgewings aan te pas.

Navorsers kies dus tipies spesifieke poliësters gebaseer op die ink-eienskappe, gebruik toepaslike polisure en poliole om hittebestande poliësterpoliole te sintetiseer, stel polêre groepe met sterk adhesie bekend, kies geskikte grondstowwe om poliuretaankristalliniteit te verbeter, en gebruik koppelmiddels om WPU-kleefmiddels te verbeter vog- en hittebestandheid.

3. Waterweerstandwysiging

Aangesien ink hoofsaaklik vir buiteverpakking gebruik word en gereeld met water in aanraking kom, kan swak waterweerstand lei tot verminderde hardheid, glans en selfs ink wat afskil of beskadig word, wat bergingsprestasie aansienlik beïnvloed. Die verbetering van WPU-waterweerstand verbeter inkbergingsprestasie deur poliole met goeie waterweerstand as materiale te gebruik. Byvoorbeeld, die aanpassing van WPU met akrielmonomere of die aanpassing van epoksieharsinhoud kan inkwaterweerstand verbeter.

Benewens die gebruik van hoëwaterbestande polimere om standaard poliuretaan te vervang, voeg navorsers dikwels organiese of anorganiese stowwe by om die gewenste effek te verkry. Byvoorbeeld, die inkorporering van nanoskaal silika in hars verhoog waterweerstand en sterkte, 'n wyd gebruikte metode in inkproduksie. Die "emulsie-kopolimerisasiemetode" skep saamgestelde PUA om waterweerstand te verbeter, terwyl metodes soos poliëtileenglikol monometieletermodifikasie en asetoonsintese van organosilikoon-gemodifiseerde WPU waterweerstand verbeter.

4. Hoë-temperatuur Weerstand Modifikasie

Oor die algemeen is WPU se hoëtemperatuurweerstand relatief swak, wat die hittebestandheid van watergebaseerde ink beperk. Polieter poliuretane het tipies beter hoë-temperatuur weerstand as poliëster poliuretane as gevolg van die aantal dubbelbindings. Die byvoeging van langkettingpolimere of benseenring-esters/-eters as polimerisasiemonomere verbeter polimeer hoë-temperatuur weerstand en gevolglik water-gebaseerde ink hitte weerstand. Benewens die gebruik van lang-ketting poliëter poliuretane, gebruik sommige spanne saamgestelde materiale om kompleksiteit te verhoog en hoë temperatuur weerstand te verbeter. Byvoorbeeld, die byvoeging van nano-tinoksiedantimoon by WPU gesintetiseer uit DMPA, poliëter 220 en IPDI stel inklae in staat om hitte te absorbeer, wat hoë-temperatuurweerstand verbeter. Die byvoeging van silika-aerogel by poliuretaan verminder ook termiese geleidingsvermoë en verhoog ink-hitteweerstand.

5. Stabiliteitswysiging

WPU-stabiliteit beïnvloed aansienlik watergebaseerde inkbergingsprestasie. Benewens water- en hoëtemperatuurweerstand, is molekulêre gewig en struktuurrangskikking van kardinale belang. Polyesterharse is oor die algemeen meer stabiel as poliëterharse as gevolg van meer waterstofbindings in die molekulêre struktuur. Die byvoeging van esterstowwe om gemengde poliuretane te vorm, verhoog stabiliteit, soos die gebruik van isosianaat- en silaandispersie om 'n dubbelkomponent-WPU met verbeterde stabiliteit en skuurweerstand te skep. Hittebehandeling en verkoeling kan ook meer waterstofbindings skep, die molekulêre rangskikking verskerp en WPU-stabiliteit en watergebaseerde inkbergingsprestasie verbeter.

6. Adhesie verbetering

Terwyl die optimalisering van WPU waterweerstand, hoë-temperatuur weerstand en stabiliteit verbeter, toon WPU's steeds swak adhesie aan poliëtileen (PE) plastiekprodukte as gevolg van molekulêre gewig en polariteit. Tipies word soortgelyke polariteit en molekulêre gewig polimere of monomere bygevoeg om WPU te verbeter en water-gebaseerde ink adhesie aan nie-polêre materiale te verbeter. Byvoorbeeld, ko-polimerisering van WPU met 'n polivinielchloried-hidroksied-akrilaathars verbeter waterdigte adhesie tussen ink en bedekkings. Die byvoeging van akriel-polyesterhars by WPU skep 'n unieke molekulêre skakelstruktuur, wat WPU-adhesie aansienlik verbeter. Hierdie metodes kan egter oorspronklike ink-eienskappe soos glans beïnvloed. Daarom behandel industriële tegnieke materiale sonder om eienskappe te verander om ink-adhesie te verbeter, soos aktivering van oppervlaktes met elektrodes of korttermyn vlambehandeling om adsorpsie te verhoog.

• Afsluiting

Tans word watergebaseerde ink wyd gebruik in voedselverpakking, farmaseutiese verpakking, werkswinkels, boeke en ander bedekkings of druktoepassings. Hul inherente prestasiebeperkings beperk egter breër toepassings. Namate omgewings- en veiligheidsbewustheid toeneem met verbeterde lewenstandaarde, vervang water-gebaseerde eko-vriendelike ink wat VOC-vrystellings verminder toenemend oplosmiddel-gebaseerde ink, wat tradisionele oplosmiddel-gebaseerde inkmarkte uitdaag.

In hierdie konteks is die verbetering van inkprestasie deur die aanpassing van watergebaseerde harse, veral watergebaseerde poliuretane, deur innoverende metodes soos nanotegnologie en hibridisering van organiese en anorganiese verbindings noodsaaklik vir toekomstige watergebaseerde inkontwikkeling. Daarom is verdere omvattende navorsing oor harsmodifikasies nodig om watergebaseerde inkprestasie vir wyer toepassings te verbeter.