Esplora u sviluppu di inchiostri à base d'acqua è u studiu di inchiostri di poliuretanu à base d'acqua ecologica

A contaminazione di l'aria hè stata longa una preoccupazione maiò, cù l'emissioni di gasi tossichi cum'è i VOC chì sò cuntributori significativi à fiancu à i fenomeni naturali cum'è e timpeste di polvera. Cum'è a cuscenza di a prutezzione di l'ambiente cresce è diverse pulitiche naziunali sò implementate, l'industria di stampa, un grande emettitore di VOC, hà affruntatu una riforma inevitabbile. In cunseguenza, inchiostri di stampa eco-friendly sò diventati un puntu focu in a ricerca di l'industria di stampa glubale. Trà l'inchiostri eco-amichevuli dispunibuli, cumpresi inchiostri basati à l'acqua, inchiostri curabili d'energia, è inchiostri basati in oliu vegetale, inchiostri in acqua sò i più utilizati. L'inchiostri à l'acqua cuntenenu una proporzione più bassa di solventi organici, riducendu l'emissioni di VOC è allineendu i principii di prutezzione ambientale. Tuttavia, l'inchiostri à l'acqua anu ancu svantaghji, cum'è i tempi di siccazione è di curazione lentu è a resistenza à l'acqua è l'alkali, limitanu a so applicazione in inchiostri industriali tradiziunali. Cusì, a migliurà di sti punti debbuli attraversu a mudificazione di resina hè diventata un focusu significativu. Stu documentu delinea u sviluppu è l'applicazione di inchiostri à l'acqua, u studiu di e mudificazioni di resina, u prugressu in a ricerca nantu à a tinta di stampa cù poliuretani à l'acqua, è e prospettive future in questu campu.

• Sperimentale

1. Sviluppu di inchiostri à l'acqua

L'inchiostri anu una longa storia, emergendu cù l'invenzione di a stampa. Dopu à l'intruduzioni di Lithol Red Pigment in u 1900, l'inchiostri sò diventati generalizati, incitandu i paesi à investisce in a ricerca di tinta. L'inchiostri à l'acqua sò un derivatu derivante da e richieste più elevate di praticità di tinta. A ricerca nantu à inchiostri à l'acqua hà cuminciatu à l'esteru in l'anni 1960, principalmente per accelerà i tassi di stampa è riduce a dipendenza da materie prime basate in petroliu. Queste tinta usavanu composti organici cum'è benzenes è shellac o lignosulfonate di sodiu cum'è materiali principali per risponde à i bisogni di stampa in u mumentu. In l'anni 1970, i circadori anu sviluppatu una resina di emulsione di polimeru cù una struttura di core-shell è di rete polimerizendu monomeri acrilichi cù stirene, mantenendu a lucentezza di l'inchiostri è a resistenza à l'acqua mentre risponde à i requisiti ambientali. In ogni casu, cum'è a cuscenza ambientale aumentava è e leggi ambientali più strette sò state promulgate, a proporzione di organici basati in benzene in tinta diminuì. In l'anni 1980, i paesi di l'Europa Occidentale anu introduttu i cuncetti è e tecnulugii di "stampa di tinta verde" è "nova stampa di tinta d'acqua".

L'industria di l'inchiostro di a Cina hà iniziatu à a fine di a dinastia Qing cù a pruduzzione di munita, affittendu assai inchiostri impurtati finu à u 1975, quandu Tianjin Ink Factory è Gangu Ink Factory anu sviluppatu è pruduciutu u primu inchiostru gravure basatu in acqua domestica. Nta l'anni 1990, a Cina avia impurtatu più di 100 linee di produzzione di stampa flexo, avanzendu rapidamente l'usu di tinta à l'acqua. In u 2003, l'Istitutu di Ricerca Tecnulugia Industriale di China hà sviluppatu bè i prudutti cunnessi, è in principiu di u 2004, Shanghai Meide Company hà pruduttu un inchiostru termoindurente à bassa temperatura, cumpletamente basatu in acqua, chì risponde à i standard giapponesi è tedeschi. Ancu s'è a ricerca di a Cina nantu à inchiostri à l'acqua hà vistu un rapidu sviluppu à l'iniziu di u XXI seculu, i paesi occidentali avianu digià ottenutu un prugressu significativu: circa 95% di i prudutti flexo è 80% di i prudutti di gravure in i Stati Uniti anu utilizatu inchiostri à l'acqua, mentri u Regnu Unitu. è u Giappone hà aduttatu inchiostri à base d'acqua per imballaggi alimentari è farmaceutici. Comparativamente, u sviluppu di a Cina era più lento.

Per prumove in più u mercatu, a Cina hà introduttu u primu standard di tinta à l'acqua in u maghju di u 2007 è in u 2011 hà prumuvutu u "sviluppu di l'innuvazione verde", cù l'obiettivu di rimpiazzà l'inchiostri basati in solventi cù inchiostri à l'acqua. In u 2016 "13th Five-Year Plan" per l'industria di a stampa, "ricerca nantu à i materiali ambientali basati in acqua" è "stampa verde" eranu focus chjave. In u 2020, a prumuzione naziunale di stampa verde è digitale hà allargatu u mercatu di l'inchiostro à l'acqua.

2. Applicazione di inchiostri à l'acqua

In u principiu di u 20u seculu, i Stati Uniti anu prima appiicatu tinta à l'acqua in a stampa flexo. In l'anni 1970, l'inchiostri di gravure à l'acqua d'alta qualità sò stati largamente utilizati per diverse carte di imballaggio, scaffali grossi è cartuni. In l'anni 1980, inchiostri à l'acqua di stampa lucida è matte sò stati sviluppati à l'esteru, espansione a so applicazione à i tessuti, carta, PVC, polistirene, foglia d'aluminiu è metalli. Attualmente, per via di e so caratteristiche ecologiche, non tossiche è sicure, l'inchiostri à l'acqua sò principalmente aduprati in a stampa di imballaggi alimentari, cum'è l'imballaggi di tabacco è e buttigli di bevande. Cume a lege ambientale migliurà, l'applicazione di inchiostri à l'acqua cuntinueghja à diversificà è intensificà. Cina prumove ancu progressivamente u so usu in l'industria di stampa.

• Risultati è discussione

1. Ricerca nantu à e mudificazioni di resina

U rendiment di l'inchiostro hè influinzatu da e differenze di resina. In generale, e resine d'inchiostro à l'acqua sò tipicamente poliuretani, emulsioni acriliche modificate o resine poliacriliche. E resine di poliuretanu à base d'acqua (WPU), cù una lucentezza superiore, sò largamente usate in a stampa di imballaggi. Cusì, rinfurzà a prestazione WPU per migliurà l'amichevule ambientale è a lucentezza di l'inchiostru à l'acqua hè diventata un focus in l'industria di stampa.

2. Mudificà i poliuretani à l'acqua

I poliuretani à l'acqua, cumposti da polioli di pocu pesu moleculare, ponu esse classificati in poliester, polietere è ibridi. Basatu nantu à e diverse proprietà di i polimeri di poliester è polietere, a so forza è a stabilità varianu. In generale, i poliuretani di polietere anu una forza è una stabilità più bassu cà i poliuretani di poliester, ma mostranu una migliore resistenza à alta temperatura è sò menu propensi à l'idrolisi. Per esempiu, l'aumentu di a "consistenza" di l'inchiostru cù l'usu di l'etere monometilicu di polietilenglicol mellora e so caratteristiche di tolleranza. Tuttavia, questu hè solu un puntu di riferimentu. Diversi istituti di ricerca adoptanu metudi diffirenti per rinfurzà aspetti specifichi di WPU.

Per esempiu, in u 2010, resine epossidiche cù alta tenacità è resistenza à l'impattu sò state scelte per affruntà i prublemi di viscosità di l'inchiostro è di aderenza, rinfurzendu cusì a forza di l'inchiostro. In u 2006, un studiu publicatu da l'Università Chimica di Pechino hà utilizatu u poliuretanu à base di etilene glycol per furmà una resina speciale cù un segmentu longu di molle, migliurà a flessibilità di l'inchiostro è rinfurzendu indirettamente l'inchiostro à l'acqua. Certi squadre ottennu risultati di mudificazione aghjunghjendu sustanzi chimichi: incorpore silice o organosilicon per migliurà WPU, risultatu in una forza di trazione di l'inchiostro rinfurzata. U poliuretanu di butadiene nitrile finitu di carbossili hè utilizatu per migliurà a prestazione di curvatura di l'inchiostro è a viscosità, adattendu à ambienti più cumplessi.

Cusì, i circadori tipicamente selezziunate poliesteri specifichi basati nantu à e proprietà di l'inchiostro, utilizendu poliacidi è polioli adatti per sintetizà polioli di poliester resistenti à u calore, introducendu gruppi polari cù una forte adesione, selezziunate materie prime adattate per migliurà a cristallinità di poliuretano, è utilizendu agenti di accoppiamentu per rinfurzà l'adesivu WPU. resistenza à l'umidità è u calore.

3. Mudificazione di resistenza à l'acqua

Siccomu l'inchiostru hè principalmente utilizatu per l'imballu esternu è spessu cuntatta l'acqua, a poca resistenza à l'acqua pò purtà à una durezza ridotta, a lucentezza, è ancu a sbucciatura o danni di l'inchiostro, affettendu significativamente u rendiment di almacenamento. A migliurà a resistenza à l'acqua WPU aumenta a prestazione di almacenamiento di tinta usendu polioli cù una bona resistenza à l'acqua cum'è materiali. Per esempiu, mudificà WPU cù monomeri acrilichi o aghjustendu u cuntenutu di resina epossidica pò migliurà a resistenza à l'acqua di tinta.

In più di l'usu di polimeri d'alta resistenza à l'acqua per rimpiazzà u poliuretanu standard, i circadori spessu aghjunghjenu sustanzi organici o inorganici per ottene l'effettu desideratu. Per esempiu, l'incorporazione di a silice nanoscala in a resina aumenta a resistenza à l'acqua è a forza, un metudu assai utilizatu in a produzzione di tinta. U "metudu di copolimerizazione in emulsione" crea un PUA compostu per migliurà a resistenza à l'acqua, mentri metudi cum'è a modificazione di l'etere monometilicu di polietilenglicol è a sintesi di acetone di WPU modificatu in organosilicu aumentanu a resistenza à l'acqua.

4. Mudificazione di resistenza à alta temperatura

In generale, a resistenza à alta temperatura di WPU hè relativamente debule, limitendu a resistenza à u calore di l'inchiostro à l'acqua. Polyether polyurethanes tipicamente anu megliu resistenza à alta temperatura di poliester polyurethanes per via di u numeru di doppiu ligami. L'aghjunzione di polimeri di catene longu o esteri / eteri di l'anellu di benzenu cum'è monomeri di polimerizazione migliurà a resistenza di polimeru à alta temperatura è, in cunseguenza, a resistenza à u calore di l'inchiostru in acqua. In più di l'usu di poliether polyurethanes à catena longa, certi squadre utilizanu materiali compositi per aumentà a cumplessità è rinfurzà a resistenza à alta temperatura. Per esempiu, agghiuncennu nanu antimoniu di l'ossidu di stagnu à WPU sintetizatu da DMPA, polyether 220, è IPDI permette à i strati di tinta per assorbe u calore, migliurà a resistenza à alta temperatura. L'aggiunta di l'aerogel di silice à u poliuretanu riduce ancu a conduttività termale è aumenta a resistenza à u calore di l'inchiostro.

5. Mudificazione di stabilità

A stabilità WPU influenza significativamente a prestazione di almacenamentu di l'inchiostru à l'acqua. In più di a resistenza à l'acqua è à l'alta temperatura, u pesu moleculare è a struttura di a struttura sò cruciali. I resine di poliester sò generalmente più stabili di e resine di polietere per via di più ligami d'idrogenu in a struttura moleculare. L'aghjunzione di sustanzi esteri per furmà poliuretani misti aumenta a stabilità, cum'è l'usu di l'isocyanate è a dispersione di silane per creà un WPU bicomponente cù una stabilità mejorata è resistenza à l'abrasione. U trattamentu termicu è u rinfrescante ponu ancu creà più legami d'idrogenu, stringendu l'arrangiamentu moleculare è rinfurzendu a stabilità WPU è a prestazione di almacenamentu di tinta in acqua.

6. Migliuramentu di l'aderenza

Mentre l'ottimisazione di WPU migliora a resistenza à l'acqua, a resistenza à l'alta temperatura è a stabilità, i WPU mostranu sempre una scarsa aderenza à i prudutti di plastica di polietilene (PE) per via di u pesu moleculare è a polarità. Di genere, polimeri o monomeri di polarità simili è di pesu moleculare sò aghjuntu per migliurà WPU è rinfurzà l'aderenza di l'inchiostro in acqua à i materiali non polari. Per esempiu, a copolimerizazione di WPU cù una resina di cloruru di polivinile-idrossietile acrilate migliora l'aderenza impermeabile trà inchiostri è rivestimenti. L'aggiunta di resina di poliester acrilica à WPU crea una struttura di ligame moleculare unica, aumentendu significativamente l'aderenza WPU. Tuttavia, sti metudi ponu influenzà e proprietà di tinta originale cum'è a lucidatura. Per quessa, e tecniche industriali trattanu i materiali senza alterazione di e proprietà per migliurà l'aderenza di l'inchiostro, cum'è l'attivazione di e superfici cù l'elettrodi o u trattamentu di fiamma di corta durazione per aumentà l'adsorzione.

• Cunclusioni

Attualmente, inchiostri a base d'acqua sò largamente usati in imballaggi alimentari, imballaggi farmaceutici, attelli, libri, è altri rivestimenti o applicazioni di stampa. Tuttavia, e so limitazioni di rendiment inerenti limitanu applicazioni più larghe. Siccomu a cuscenza ambientale è di sicurità cresce cù i standard di vita migliorati, l'inchiostri ecologichi basati in acqua chì riducenu l'emissioni di VOC rimpiazzanu sempre più inchiostri basati in solventi, sfidandu i mercati tradiziunali di inchiostri basati in solventi.

In questu cuntestu, rinfurzà a prestazione di l'inchiostro mudificà e resine à base d'acqua, in particulare i poliuretani à l'acqua, per mezu di metudi innovatori, cum'è a nanotecnologia è l'ibridazione di composti organici è inorganici, hè cruciale per u futuru sviluppu di inchiostri in acqua. Dunque, più ricerca cumpleta nantu à e mudificazioni di resina hè necessaria per rinfurzà a prestazione di l'inchiostro à l'acqua per applicazioni più larghe.