Su əsaslı mürəkkəblərin inkişafının tədqiqi və ekoloji cəhətdən təmiz su əsaslı poliuretan mürəkkəblərin tədqiqi

Toz fırtınaları kimi təbii hadisələrlə yanaşı, VOC kimi zəhərli qaz emissiyaları da çoxdan böyük narahatlıq doğurur. Ətraf mühitin mühafizəsi haqqında məlumatlılıq artdıqca və müxtəlif milli siyasətlər həyata keçirildikcə, əsas VOC emitenti olan çap sənayesi qaçılmaz islahatlarla üzləşdi. Nəticə etibarilə, ekoloji cəhətdən təmiz çap mürəkkəbləri qlobal çap sənayesi tədqiqatlarında diqqət mərkəzinə çevrilmişdir. Su əsaslı mürəkkəblər, enerji ilə müalicə olunan mürəkkəblər və bitki yağı əsaslı mürəkkəblər daxil olmaqla mövcud ekoloji cəhətdən təmiz mürəkkəblər arasında su əsaslı mürəkkəblər ən çox istifadə olunur. Su əsaslı mürəkkəblər daha az miqdarda üzvi həlledicilərdən ibarətdir, VOC emissiyalarını azaldır və ətraf mühitin mühafizəsi prinsiplərinə uyğundur. Bununla belə, su əsaslı mürəkkəblərin həm də yavaş qurutma və qurutma müddətləri, zəif su və qələvi müqaviməti kimi çatışmazlıqları var ki, bu da onların ənənəvi sənaye mürəkkəblərində tətbiqini məhdudlaşdırır. Beləliklə, qatran modifikasiyası vasitəsilə bu zəifliklərin yaxşılaşdırılması mühüm diqqət mərkəzində olmuşdur. Bu yazıda su əsaslı mürəkkəblərin inkişafı və tətbiqi, qatran modifikasiyalarının tədqiqi, su əsaslı poliuretanlardan istifadə edərək çap mürəkkəblərinin çapına dair tədqiqatlardakı irəliləyişlər və bu sahədə gələcək perspektivlər təsvir edilmişdir.

• Eksperimental

1. Su əsaslı mürəkkəblərin inkişafı

Mürəkkəblərin çap ixtirası ilə yanaşı ortaya çıxan uzun bir tarixi var. 1900-cü ildə Litol Qırmızı Piqmentin tətbiqindən sonra mürəkkəblər geniş yayıldı və bu, ölkələri mürəkkəb tədqiqatlarına investisiya qoymağa sövq etdi. Su əsaslı mürəkkəblər mürəkkəb praktikliyi üçün daha yüksək tələblərdən irəli gələn bir törəmədir. Su əsaslı mürəkkəblər üzrə tədqiqatlar 1960-cı illərdə xaricdə, ilk növbədə, çap sürətini sürətləndirmək və neft əsaslı xammaldan asılılığı azaltmaq üçün başladı. Bu mürəkkəblər o dövrdə çap ehtiyaclarını ödəmək üçün əsas materiallar kimi benzollar və shellac və ya natrium liqnosulfonat kimi üzvi birləşmələrdən istifadə edirdi. 1970-ci illərdə tədqiqatçılar akril monomerləri stirol ilə polimerləşdirərək, ekoloji tələblərə cavab verərkən mürəkkəblərin parıltısını və suya davamlılığını qoruyub saxlayaraq, öz qabığı və şəbəkə quruluşuna malik polimer emulsiya qatranı hazırladılar. Bununla belə, ekoloji məlumatlılıq artdıqca və daha sərt ekoloji qanunlar qəbul olunduqca, mürəkkəblərdə benzol əsaslı üzvi maddələrin nisbəti azaldı. 1980-ci illərdə Qərbi Avropa ölkələri "yaşıl mürəkkəblə çap" və "yeni su əsaslı mürəkkəb çapı" anlayışlarını və texnologiyalarını təqdim etdilər.

Çinin mürəkkəb sənayesi 1975-ci ilə qədər, Tianjin Mürəkkəb Fabriki və Qanqu Mürəkkəb Fabriki ilk yerli su əsaslı qravür mürəkkəbi inkişaf etdirib istehsal edənə qədər idxal olunan mürəkkəblərə əsaslanaraq, Tsin sülaləsinin sonlarında valyuta istehsalı ilə başladı. 1990-cı illərə qədər Çin 100-dən çox flekso çap istehsal xətti idxal etdi və su əsaslı mürəkkəblərin istifadəsini sürətlə inkişaf etdirdi. 2003-cü ildə Çin Sənaye Texnologiyaları Tədqiqat İnstitutu müvafiq məhsulları uğurla inkişaf etdirdi və 2004-cü ilin əvvəlində Şanxay Meide şirkəti Yapon və Alman standartlarına cavab verən tamamilə su əsaslı, aşağı temperaturda termoset mürəkkəb istehsal etdi. Çinin su əsaslı mürəkkəblər üzərində apardığı tədqiqatlar 21-ci əsrin əvvəllərində sürətlə inkişaf etsə də, Qərb ölkələri artıq əhəmiyyətli irəliləyiş əldə etmişlər: ABŞ-da flekso məhsulların təxminən 95%-i və qravür məhsullarının 80%-i su əsaslı mürəkkəblərdən istifadə edir, Böyük Britaniya isə və Yaponiya qida və əczaçılıq qablaşdırması üçün su əsaslı mürəkkəbləri qəbul etdi. Müqayisəli olaraq, Çinin inkişafı daha yavaş idi.

Bazarı daha da inkişaf etdirmək üçün Çin 2007-ci ilin may ayında ilk su əsaslı mürəkkəb standartını təqdim etdi və 2011-ci ildə həlledici əsaslı mürəkkəbləri su əsaslı mürəkkəblərlə əvəz etmək məqsədi ilə "yaşıl innovasiya inkişafı" tərəfdarı oldu. Poliqrafiya sənayesi üçün 2016-cı ilin “13-cü Beşillik Planı”nda “su əsaslı ətraf mühit materialları üzrə tədqiqatlar” və “yaşıl çap” əsas diqqət mərkəzində olub. 2020-ci ilə qədər yaşıl və rəqəmsal çapın milli təşviqi su əsaslı mürəkkəb bazarını genişləndirdi.

2. Su əsaslı mürəkkəblərin tətbiqi

20-ci əsrin əvvəllərində ABŞ ilk dəfə flekso çapda su əsaslı mürəkkəbləri tətbiq etdi. 1970-ci illərdə yüksək keyfiyyətli su əsaslı qravür mürəkkəbləri müxtəlif qablaşdırma kağızları, qalın kitab rəfləri və karton üçün geniş istifadə olunurdu. 1980-ci illərdə xaricdə parlaq və tutqun ekran çapı üçün su əsaslı mürəkkəblər hazırlanmış və onların tətbiqi parçalar, kağız, PVC, polistirol, alüminium folqa və metallarda genişlənmişdir. Hal-hazırda, ekoloji cəhətdən təmiz, toksik olmayan və təhlükəsiz xüsusiyyətlərinə görə su əsaslı mürəkkəblər əsasən tütün qablaşdırma və içki şüşələri kimi qida qablaşdırma çapında istifadə olunur. Ətraf mühit qanunları yaxşılaşdıqca, su əsaslı mürəkkəblərin tətbiqi şaxələnməyə və intensivləşməyə davam edir. Çin də onların çap sənayesində istifadəsini tədricən təşviq edir.

• Nəticələr və Müzakirə

1. Qatran modifikasiyası üzrə tədqiqat

Mürəkkəb performansı qatran fərqlərindən təsirlənir. Ümumiyyətlə, su əsaslı mürəkkəb qatranları adətən poliuretan, dəyişdirilmiş akril emulsiyalar və ya poliakril qatranlardır. Üstün parıltıya malik su əsaslı poliuretan (WPU) qatranları qablaşdırma çapında geniş istifadə olunur. Beləliklə, su əsaslı mürəkkəbin ekoloji cəhətdən təmizliyini və parlaqlığını yaxşılaşdırmaq üçün WPU performansının artırılması çap sənayesində diqqət mərkəzində olmuşdur.

2. Su əsaslı poliuretanların modifikasiyası

Aşağı molekulyar ağırlıqlı poliollərdən ibarət su əsaslı poliuretanlar polyester, polieter və hibrid növlərə təsnif edilə bilər. Polyester və polieter polimerlərin fərqli xüsusiyyətlərinə əsaslanaraq, onların gücü və dayanıqlığı dəyişir. Ümumiyyətlə, polieter poliuretanlar polyester poliuretanlardan daha az möhkəmliyə və dayanıqlığa malikdir, lakin yüksək temperatura daha yaxşı müqavimət göstərir və hidrolizə daha az meyllidir. Məsələn, polietilen qlikol monometil eterdən istifadə etməklə mürəkkəbin "konsistensiyasını" artırmaq onun tolerantlıq xüsusiyyətlərini yaxşılaşdırır. Ancaq bu, yalnız istinad nöqtəsidir. Müxtəlif tədqiqat institutları WPU-nun spesifik aspektlərini təkmilləşdirmək üçün müxtəlif üsullardan istifadə edirlər.

Məsələn, 2010-cu ildə mürəkkəbin özlülüyü və yapışma problemlərini həll etmək üçün yüksək möhkəmliyə və təsir gücünə malik epoksi qatranlar seçildi və bununla da mürəkkəb gücünü artırdı. 2006-cı ildə Pekin Kimya Universiteti tərəfindən nəşr olunan bir araşdırma etilen qlikol əsaslı poliuretandan uzun yumşaq seqmentli xüsusi qatran yaratmaq üçün istifadə etdi, mürəkkəbin elastikliyini yaxşılaşdırdı və dolayı yolla su əsaslı mürəkkəbi gücləndirdi. Bəzi komandalar kimyəvi maddələr əlavə etməklə modifikasiya nəticələrinə nail olurlar: WPU-nu təkmilləşdirmək üçün silisium və ya orqanosilikon daxil etməklə, mürəkkəb dartılma gücünü artırır. Karboksil sonlu butadien nitril poliuretan mürəkkəbin əyilmə performansını və özlülüyünü yaxşılaşdırmaq, daha mürəkkəb mühitlərə uyğunlaşmaq üçün istifadə olunur.

Beləliklə, tədqiqatçılar adətən istiliyədavamlı polyester poliolları sintez etmək üçün müvafiq poliasidlər və poliollardan istifadə edərək, güclü yapışma ilə qütb qruplarını təqdim edərək, poliuretan kristallığını yaxşılaşdırmaq üçün uyğun xammal seçərək və WPU yapışdırıcısının təsirini artırmaq üçün birləşdirici maddələrdən istifadə edərək, mürəkkəb xüsusiyyətlərinə əsaslanaraq xüsusi polyesterləri seçirlər. nəm və istilik müqaviməti.

3. Suya davamlılıq modifikasiyası

Mürəkkəb əsasən xarici qablaşdırma üçün istifadə edildiyindən və tez-tez su ilə təmasda olduğundan, zəif suya davamlılıq sərtliyin, parlaqlığın azalmasına və hətta mürəkkəbin soyulmasına və ya zədələnməsinə gətirib çıxara bilər ki, bu da saxlama işinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir. WPU suya davamlılığının yaxşılaşdırılması material kimi yaxşı suya davamlı poliollardan istifadə etməklə mürəkkəb saxlama performansını artırır. Məsələn, WPU-nun akril monomerlərlə dəyişdirilməsi və ya epoksi qatranının tərkibinin tənzimlənməsi mürəkkəbin suya davamlılığını yaxşılaşdıra bilər.

Standart poliuretanı əvəz etmək üçün yüksək suya davamlı polimerlərdən istifadə etməklə yanaşı, tədqiqatçılar istənilən effekti əldə etmək üçün tez-tez üzvi və ya qeyri-üzvi maddələr əlavə edirlər. Məsələn, nanoölçülü silisiumun qatranın tərkibinə daxil edilməsi, mürəkkəb istehsalında geniş istifadə olunan üsul olan suya davamlılığı və möhkəmliyi artırır. "Emulsiya kopolimerləşməsi üsulu" suya davamlılığı yaxşılaşdırmaq üçün kompozit PUA yaradır, polietilen qlikol monometil efir modifikasiyası və orqanosilikonla dəyişdirilmiş WPU-nun aseton sintezi kimi üsullar suya davamlılığı artırır.

4. Yüksək Temperatur Müqavimətinin Modifikasiyası

Ümumiyyətlə, WPU-nun yüksək temperatur müqaviməti nisbətən zəifdir və su əsaslı mürəkkəbin istilik müqavimətini məhdudlaşdırır. Polieter poliuretanlar adətən ikiqat bağların sayına görə polyester poliuretanlardan daha yaxşı yüksək temperatur müqavimətinə malikdirlər. Polimerləşmə monomerləri kimi uzun zəncirli polimerlərin və ya benzol halqalı efirlərin/efirlərin əlavə edilməsi polimerin yüksək temperatur müqavimətini və nəticədə su əsaslı mürəkkəb istiliyə davamlılığını artırır. Uzun zəncirli polieter poliuretanlardan istifadə etməklə yanaşı, bəzi komandalar mürəkkəbliyi artırmaq və yüksək temperatur müqavimətini artırmaq üçün kompozit materiallardan istifadə edirlər. Məsələn, DMPA, polieter 220 və IPDI-dən sintez edilmiş WPU-ya nano qalay oksid sürməsinin əlavə edilməsi mürəkkəb təbəqələrinin istiliyi udmasına imkan verir və yüksək temperatur müqavimətini artırır. Poliuretana silisium aerogelinin əlavə edilməsi də istilik keçiriciliyini azaldır və mürəkkəbin istiliyə davamlılığını artırır.

5. Sabitlik modifikasiyası

WPU sabitliyi su əsaslı mürəkkəb saxlama performansına əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir. Su və yüksək temperatur müqaviməti ilə yanaşı, molekulyar çəki və struktur təşkili də mühüm əhəmiyyət kəsb edir. Polyester qatranları molekulyar quruluşda daha çox hidrogen bağına görə ümumiyyətlə poliefir qatranlarından daha sabitdir. Qarışıq poliuretanlar yaratmaq üçün ester maddələrinin əlavə edilməsi sabitliyi artırır, məsələn, izosiyanat və silan dispersiyasından istifadə edərək, sabitliyi və aşınma müqavimətini artıran iki komponentli WPU yaratmaq. İstilik müalicəsi və soyutma daha çox hidrogen bağı yarada bilər, molekulyar quruluşu sıxır və WPU sabitliyini və su əsaslı mürəkkəb saxlama performansını artırır.

6. Yapışmanın yaxşılaşdırılması

WPU-nun optimallaşdırılması suya davamlılığı, yüksək temperatur müqavimətini və sabitliyi yaxşılaşdırsa da, WPU-lar molekulyar çəki və polariteyə görə hələ də polietilen (PE) plastik məhsullara zəif yapışma nümayiş etdirir. Tipik olaraq, WPU-nu yaxşılaşdırmaq və qeyri-qütblü materiallara su əsaslı mürəkkəb yapışmasını artırmaq üçün oxşar polarite və molekulyar ağırlıqlı polimerlər və ya monomerlər əlavə edilir. Məsələn, polivinilxlorid-hidroksietil akrilat qatranı ilə birgə polimerləşən WPU mürəkkəblər və örtüklər arasında suya davamlı yapışmanı yaxşılaşdırır. WPU-ya akril polyester qatranının əlavə edilməsi WPU yapışmasını əhəmiyyətli dərəcədə artıraraq unikal molekulyar əlaqə strukturu yaradır. Bununla belə, bu üsullar parlaqlıq kimi orijinal mürəkkəb xüsusiyyətlərinə təsir göstərə bilər. Buna görə də, sənaye üsulları mürəkkəbin yapışmasını yaxşılaşdırmaq üçün xüsusiyyətləri dəyişdirmədən materialları emal edir, məsələn, səthləri elektrodlarla aktivləşdirmək və ya adsorbsiyanı artırmaq üçün qısa müddətli alov müalicəsi kimi.

• Nəticə

Hal-hazırda, su əsaslı mürəkkəblər qida qablaşdırmasında, əczaçılıq qablaşdırmasında, emalatxanalarda, kitablarda və digər örtüklərdə və ya çap tətbiqlərində geniş istifadə olunur. Bununla belə, onların xas performans məhdudiyyətləri daha geniş tətbiqləri məhdudlaşdırır. Ətraf mühit və təhlükəsizlik şüurunun yüksəldilmiş yaşayış standartları ilə artdıqca, VOC emissiyalarını azaldan su əsaslı ekoloji cəhətdən təmiz mürəkkəblər getdikcə həlledici əsaslı mürəkkəbləri əvəz edərək ənənəvi həlledici əsaslı mürəkkəb bazarlarına meydan oxuyur.

Bu kontekstdə, nanotexnologiya və üzvi və qeyri-üzvi birləşmələrin hibridləşdirilməsi kimi innovativ üsullar vasitəsilə su əsaslı qatranları, xüsusən də su əsaslı poliuretanları modifikasiya edərək mürəkkəb performansının artırılması gələcək su əsaslı mürəkkəbin inkişafı üçün çox vacibdir. Buna görə də, daha geniş tətbiqlər üçün su əsaslı mürəkkəb performansını artırmaq üçün qatran modifikasiyası ilə bağlı əlavə hərtərəfli tədqiqata ehtiyac var.