Ur-oinarritutako tinten garapena aztertzea eta ur-oinarritutako poliuretanozko tinta ekologikoen azterketa.

Aspalditik, airearen kutsadura kezka handia izan da, eta gas toxikoen isuriak, hala nola VOCak, ekarpen garrantzitsuak dira hauts-ekaitzak bezalako fenomeno naturalekin batera. Ingurumenaren babesari buruzko kontzientzia hazten ari den heinean eta hainbat politika nazional ezartzen diren heinean, inprimaketa-industriak, VOC igorle garrantzitsuenak, ezinbesteko erreformari aurre egin dio. Ondorioz, inprimatzeko tinta ekologikoak ardatz bihurtu dira mundu mailako inprimaketa industriaren ikerketan. Eskuragarri dauden tinta ekologikoen artean, uretan oinarritutako tintak, energetikoki sendagarriak diren tintak eta landare-olioan oinarritutako tintak barne, uretan oinarritutako tintak dira gehien erabiltzen direnak. Uretan oinarritutako tintak disolbatzaile organikoen proportzio txikiagoa dute, VOC isuriak murrizten dituzte eta ingurumena babesteko printzipioekin bat egiten dute. Hala ere, uretan oinarritutako tintak ere eragozpenak dituzte, hala nola, lehortze eta ontze denbora motelak eta uraren eta alkalien erresistentzia eskasa, tinta industrial tradizionaletan aplikatzea mugatuz. Horrela, erretxina aldatzearen bidez ahultasun horiek hobetzea ardatz garrantzitsu bihurtu da. Artikulu honek ur-oinarritutako tinten garapena eta aplikazioa, erretxinaren aldaketen azterketa, ur-oinarritutako poliuretanoak erabiliz inprimatzeko tintan ikerketen aurrerapena eta alor honetan etorkizuneko perspektibak azaltzen ditu.

• Esperimentala

1. Uretan oinarritutako tintak garatzea

Tintek historia luzea dute, inprimaketaren asmakuntzarekin batera sortuz. 1900ean Lithol Pigmentu Gorria sartu ondoren, tintak hedatu egin ziren, eta herrialdeek tintaren ikerketan inbertitzera bultzatu zuten. Uretan oinarritutako tintak tinta praktikotasunaren eskakizun handiagoaren ondoriozko eratorria dira. 1960ko hamarkadan uretan oinarritutako tintari buruzko ikerketak hasi ziren atzerrian, batez ere inprimatze-tasak bizkortzeko eta petrolioan oinarritutako lehengaiekiko konfiantza murrizteko. Tinta hauek bentzenoak eta shellac edo sodio lignosulfonate bezalako konposatu organikoak erabiltzen zituzten material nagusi gisa garai hartan inprimatzeko beharrak asetzeko. 1970eko hamarkadan, ikertzaileek polimero-emultsio-erretxina bat garatu zuten nukleo-eskola eta sare-egiturarekin, monomero akrilikoak estirenoarekin polimerizatuz, tinten distira eta urarekiko erresistentzia mantenduz, ingurumen-eskakizunak betez. Hala ere, ingurumen-kontzientzia areagotu eta ingurumen-lege zorrotzagoak ezarri ziren heinean, tintatan bentzenoan oinarritutako organikoen proportzioa murriztu egin zen. 1980ko hamarkadan, Mendebaldeko Europako herrialdeek "inprimaketa berdea" eta "uretan oinarritutako tinta inprimaketa berria" kontzeptuak eta teknologiak sartu zituzten.

Txinako tintaren industria Qing dinastiaren amaieran hasi zen moneta ekoizten, eta inportatutako tintetan oinarritzen zen 1975. urtera arte, Tianjin Ink Factory eta Gangu Ink Factory garatu eta ekoitzi zuten etxeko uretan oinarritutako grabagailuaren lehen tinta. 1990eko hamarkadan, Txinak flexo inprimaketa ekoizteko 100 lerro baino gehiago inportatu zituen, uretan oinarritutako tintaren erabilera azkar aurreratuz. 2003an, Txinako Industria Teknologia Ikerketa Institutuak arrakastaz garatu zituen erlazionatutako produktuak, eta 2004 hasieran, Shanghai Meide konpainiak guztiz uretan oinarritutako eta tenperatura baxuko tinta termoegonkor bat ekoitzi zuen Japoniako eta Alemaniako estandarrak betetzen zituena. mendearen hasieran Txinak uretan oinarritutako tintei buruzko ikerketek garapen azkarra izan zuten arren, Mendebaldeko herrialdeek aurrerapen handia lortu zuten jada: flexo-produktuen % 95 inguruk eta Estatu Batuetako grabatutako produktuen % 80k ur-oinarritutako tintak erabiltzen zituzten, Erresuma Batuak, berriz, eta Japoniak uretan oinarritutako tintak hartu zituen janari eta farmazia ontzietarako. Alderantziz, Txinaren garapena motelagoa izan zen.

Merkatua are gehiago sustatzeko, Txinak 2007ko maiatzean sartu zuen uretan oinarritutako lehen tinta estandarra eta 2011n "berrikuntza berdearen garapena" defendatu zuen, disolbatzaileetan oinarritutako tintak ur-oinarritutako tintaz ordezkatzeko asmoz. 2016ko "Bost Urteko 13. Plana" inprimaketaren industrian, "uretan oinarritutako ingurumen-materialen inguruko ikerketa" eta "inprimaketa berdea" izan ziren ardatz nagusiak. 2020rako, inprimaketa berdearen eta digitalaren sustapen nazionalak uretan oinarritutako tintaren merkatua zabaldu zuen.

2. Uretan oinarritutako tintak aplikatzea

mendearen hasieran, Estatu Batuek uretan oinarritutako tintak aplikatu zituzten lehen aldiz flexo inprimaketan. 1970eko hamarkadan, kalitate handiko uretan oinarritutako grabatu tintak asko erabiltzen ziren ontziratzeko hainbat paper, apal lodi eta kartoietarako. 1980ko hamarkadan, serigrafia distiratsuak eta mateak uretan oinarritutako tintak garatu ziren atzerrian, ehunak, papera, PVC, poliestirenoa, aluminiozko papera eta metaletara zabalduz. Gaur egun, ezaugarri ekologikoak, ez-toxikoak eta seguruak direla eta, ur-oinarritutako tintak elikagaien ontzien inprimaketan erabiltzen dira batez ere, hala nola tabako-ontzien eta edarien botiletan. Ingurumen-legeak hobetzen diren heinean, uretan oinarritutako tintaren aplikazioa dibertsifikatzen eta areagotzen jarraitzen du. Txina ere pixkanaka sustatzen ari da haien erabilera inprimaketaren industrian.

• Emaitzak eta eztabaida

1. Erretxina aldaketei buruzko ikerketa

Tinta errendimendua erretxina desberdintasunak eragiten du. Orokorrean, ur-oinarritutako tinta erretxinak poliuretanoa, eraldatutako emultsio akrilikoak edo erretxina poliakrilikoak dira. Uretan oinarritutako poliuretanozko (WPU) erretxinak, distira handia dutenak, oso erabiliak dira ontzien inprimaketan. Horrela, WPUren errendimendua hobetzea ur-oinarritutako tintaren ingurumenarekiko errespetua eta distira hobetzeko ardatz bihurtu da inprimaketa-industrian.

2. Uretan oinarritutako poliuretanoak aldatzea

Uretan oinarritutako poliuretanoak, pisu molekular baxuko poliolez osatuak, poliester, polieter eta hibrido motatan sailka daitezke. Poliester eta polieter polimeroen propietate desberdinetan oinarrituta, haien indarra eta egonkortasuna aldatzen dira. Orokorrean, polieter poliuretanoek poliester poliuretanoek baino indar eta egonkortasun txikiagoa dute, baina tenperatura altuko erresistentzia hobea dute eta hidrolisirako joera gutxiago dute. Adibidez, tintaren "koherentzia" handitzeak polietilenglikol monometileter erabiliz bere tolerantzia-ezaugarriak hobetzen ditu. Hala ere, hau erreferentzia puntu bat baino ez da. Hainbat ikerketa institutuk metodo desberdinak hartzen dituzte WPUren alderdi zehatzak hobetzeko.

Esaterako, 2010ean, gogortasun eta inpaktu erresistentzia handiko epoxi erretxinak hautatu ziren tintaren biskositatea eta atxikimendu arazoak konpontzeko, eta horrela tintaren indarra areagotuz. 2006an, Beijing Chemical University-k argitaratutako ikerketa batek etilenglikol-oinarritutako poliuretanoa erabili zuen segmentu bigun luzeko erretxina berezi bat osatzeko, tintaren malgutasuna hobetuz eta zeharka ur-oinarritutako tinta indartuz. Talde batzuek aldaketa-emaitzak lortzen dituzte substantzia kimikoak gehituz: silizea edo organosilizioa sartuz WPU hobetzeko, tintaren trakzio-erresistentzia areagotuz. Karboxilo amaierako butadieno nitrilo poliuretanoa tinta tolestearen errendimendua eta biskositatea hobetzeko erabiltzen da, ingurune konplexuagoetara egokituz.

Horrela, ikertzaileek normalean poliester espezifikoak hautatzen dituzte tintaren propietateetan oinarrituta, poliazido eta poliol egokiak erabiliz, beroarekiko erresistenteak diren poliester poliolak sintetizatzeko, atxikimendu sendoa duten talde polarrak sartuz, lehengai egokiak hautatuz poliuretanoaren kristalintasuna hobetzeko eta akoplamendu agenteak erabiliz WPU itsasgarriaren hobekuntza hobetzeko. hezetasuna eta beroarekiko erresistentzia.

3. Uraren Erresistentzia Aldaketa

Tinta batez ere kanpoko ontzietarako erabiltzen denez eta sarritan urarekin kontaktuan jartzen denez, uraren erresistentzia eskasak gogortasuna, distira eta tinta zuritzea edo kaltetzea ekar dezake, biltegiratze-errendimendua nabarmen eraginez. WPU urarekiko erresistentzia hobetzeak tinta biltegiratzeko errendimendua hobetzen du urarekiko erresistentzia ona duten poliolak material gisa erabiliz. Adibidez, WPU monomero akrilikoekin aldatzeak edo epoxi erretxina edukia doitzeak tintaren urarekiko erresistentzia hobetu dezake.

Poliuretano estandarra ordezkatzeko urarekiko erresistentzia handiko polimeroak erabiltzeaz gain, ikertzaileek sarritan substantzia organikoak edo ez-organikoak gehitzen dituzte nahi den efektua lortzeko. Esaterako, nanoeskalako silizea erretxinan sartzeak uraren erresistentzia eta indarra hobetzen ditu, tinta ekoizteko oso erabilia den metodoa. "Emultsio-kopolimerizazio metodoak" PUA konposatua sortzen du uraren erresistentzia hobetzeko, eta polietilenglikol monometileter aldakuntza eta organosilizioz eraldatutako WPUaren azetona sintesia bezalako metodoek uraren erresistentzia hobetzen dute.

4. Tenperatura Handiko Erresistentzia Aldaketa

Orokorrean, WPUren tenperatura altuko erresistentzia nahiko ahula da, uretan oinarritutako tintaren beroarekiko erresistentzia mugatuz. Polieter poliuretanoek normalean tenperatura altuko erresistentzia hobea dute poliester poliuretanoek baino lotura bikoitz kopurua dela eta. Kate luzeko polimeroak edo bentzenozko eraztun-esterrak/eterrak polimerizazio-monomero gisa gehitzeak polimeroen tenperatura altuko erresistentzia hobetzen du eta, ondorioz, ur-oinarritutako tintaren beroarekiko erresistentzia hobetzen du. Kate luzeko polieter poliuretanoak erabiltzeaz gain, talde batzuek material konposatuak erabiltzen dituzte konplexutasuna areagotzeko eta tenperatura altuko erresistentzia hobetzeko. Esate baterako, DMPA, polieter 220 eta IPDItik sintetizatutako WPUari nano eztainu oxidoaren antimonioa gehitzeak tinta-geruzak beroa xurgatzea ahalbidetzen du, tenperatura altuko erresistentzia hobetuz. Poliuretanoari silize aerogela gehitzeak eroankortasun termikoa murrizten du eta tintaren beroarekiko erresistentzia hobetzen du.

5. Egonkortasun-aldaketa

WPUaren egonkortasunak uretan oinarritutako tinta biltegiratzeko errendimenduari eragiten dio nabarmen. Ura eta tenperatura altuko erresistentziaz gain, pisu molekularra eta egituraren antolaketa funtsezkoak dira. Poliester erretxinak, oro har, polieter erretxinak baino egonkorragoak dira egitura molekularrean hidrogeno-lotura gehiago direlako. Poliuretano mistoak osatzeko ester substantziak gehitzeak egonkortasuna areagotzen du, hala nola, isozianato eta silano-dispertsioa erabiliz osagai bikoitzeko WPU bat sortzeko egonkortasuna eta urradura-erresistentzia hobeak dituena. Tratamendu termikoak eta hozteak hidrogeno-lotura gehiago sor ditzakete, antolamendu molekularra estutuz eta WPUren egonkortasuna eta uretan oinarritutako tinta biltegiratzeko errendimendua hobetuz.

6. Atxikimenduaren Hobekuntza

WPU optimizatzeak uraren erresistentzia, tenperatura altuko erresistentzia eta egonkortasuna hobetzen dituen arren, WPUek oraindik ere atxikimendu eskasa erakusten dute polietilenozko (PE) plastikozko produktuekin, pisu molekularra eta polaritatea direla eta. Normalean, antzeko polaritate eta pisu molekularreko polimeroak edo monomeroak gehitzen dira WPU hobetzeko eta ur-oinarritutako tintaren atxikimendua material ez-polarrei hobetzeko. Esate baterako, WPU polibinil kloruro-hidroxietil akrilato erretxina batekin kopolimerizatzeak tinten eta estalduren arteko itsaspen iragazgaitza hobetzen du. WPUri poliesterrezko erretxina akrilikoa gehitzeak lotura molekularreko egitura berezia sortzen du, WPU atxikimendua nabarmen hobetuz. Hala ere, metodo hauek jatorrizko tintaren propietateetan eragina izan dezakete distira bezalakoak. Hori dela eta, industria-teknikek materialak propietateak aldatu gabe tratatzen dituzte tintaren atxikimendua hobetzeko, hala nola gainazalak elektrodoekin aktibatzea edo epe laburreko sugar tratamendua adsortzioa areagotzeko.

• Ondorioa

Gaur egun, uretan oinarritutako tintak asko erabiltzen dira elikagaien ontzietan, farmazia-ontzietan, tailerretan, liburuetan eta beste estaldura edo inprimaketa aplikazioetan. Hala ere, berezko errendimendu-mugek aplikazio zabalagoak mugatzen dituzte. Ingurumenaren eta segurtasunaren kontzientzia hazten den heinean, bizi-maila hobetuarekin, ur-oinarritutako tinta ekologikoek VOC isurketak murrizten dituztenek gero eta gehiago ordezkatzen dituzte disolbatzaileetan oinarritutako tintak, eta disolbatzaileetan oinarritutako tinta merkatu tradizionalak zalantzan jartzen ari dira.

Testuinguru honetan, tintaren errendimendua hobetzea ur-oinarritutako erretxinak aldatuz, batez ere ur-oinarritutako poliuretanoak, metodo berritzaileen bidez, hala nola nanoteknologia eta konposatu organikoen eta ez-organikoen hibridazioan, funtsezkoa da etorkizuneko uretan oinarritutako tinta garatzeko. Hori dela eta, erretxina aldaketei buruzko ikerketa integral gehiago behar da uretan oinarritutako tintaren errendimendua hobetzeko aplikazio zabalagoetarako.