hírek
A vízbázisú tinták fejlesztésének feltárása és a környezetbarát vízbázisú poliuretán tinták tanulmányozása
A levegőszennyezés régóta komoly aggodalomra ad okot, és a mérgező gázok kibocsátása, például a VOC-k jelentős mértékben hozzájárulnak az olyan természeti jelenségekhez, mint a porviharok. A környezetvédelem iránti tudatosság növekedésével és a különböző nemzeti politikák végrehajtásával a nyomdaipar, amely jelentős VOC-kibocsátó, elkerülhetetlen reformokkal néz szembe. Következésképpen a környezetbarát nyomdafestékek a globális nyomdaipari kutatás fókuszpontjává váltak. A rendelkezésre álló környezetbarát tinták közül, beleértve a vízbázisú tintákat, az energiával keményedő tintákat és a növényi olaj alapú tintákat, a vízbázisú tinták a legszélesebb körben használtak. A vízbázisú tinták kisebb arányban tartalmaznak szerves oldószereket, így csökkentik a VOC-kibocsátást, és megfelelnek a környezetvédelmi elveknek. A vízbázisú tintáknak azonban vannak hátrányai is, például lassú száradási és kötési idők, valamint gyenge víz- és lúgállóság, ami korlátozza alkalmazásukat a hagyományos ipari tintákban. Így ezeknek a gyengeségeknek a gyantamódosítással történő javítása jelentős hangsúlyt kapott. Ez a cikk felvázolja a vízbázisú tinták fejlesztését és alkalmazását, a gyantamódosítások tanulmányozását, a vízbázisú poliuretánokat használó nyomdafestékek kutatásának előrehaladását és a jövőbeli kilátásokat ezen a területen.
- Kísérleti
- Vízbázisú tinták fejlesztése
A tintáknak hosszú története van, és a nyomtatás feltalálása mellett jelentek meg. A Lithol Red Pigment 1900-as bevezetése után a tinták széles körben elterjedtek, ami arra késztette az országokat, hogy fektessenek be a tintakutatásba. A vízbázisú tinták olyan származékok, amelyek a tinta gyakorlatiasságának magasabb követelményeiből származnak. A vízbázisú tinták kutatása az 1960-as években kezdődött külföldön, elsősorban a nyomtatási sebesség felgyorsítása és a kőolaj alapú nyersanyagoktól való függés csökkentése érdekében. Ezek a tinták szerves vegyületeket, például benzolt és sellakot vagy nátrium-lignoszulfonátot használtak fő anyagként az akkori nyomtatási igények kielégítésére. Az 1970-es években a kutatók polimer emulziós gyantát fejlesztettek ki mag-héjjal és hálózati szerkezettel, akril monomerek sztirol polimerizálásával, megőrizve a tinta fényességét és vízállóságát, miközben megfelelnek a környezeti követelményeknek. A környezettudatosság növekedésével és a szigorúbb környezetvédelmi törvények bevezetésével azonban csökkent a benzol alapú szerves anyagok aránya a tintákban. Az 1980-as évekre a nyugat-európai országok bevezették a "zöld tintás nyomtatás" és az "új vízalapú tintanyomtatás" fogalmait és technológiáit.
A kínai tintaipar a késői Csing-dinasztia idején kezdődött valuta előállításával, amely nagymértékben támaszkodott az importált tintákra egészen 1975-ig, amikor is a Tianjin Ink Factory és a Gangu Ink Factory kifejlesztette és elkészítette az első hazai vízbázisú mélynyomó tintát. Az 1990-es évekre Kína több mint 100 flexonyomtatási gyártósort importált, amivel gyorsan előmozdította a vízbázisú tinták használatát. 2003-ban a Kínai Ipari Technológiai Kutatóintézet sikeresen fejlesztett ki kapcsolódó termékeket, 2004 elején a Shanghai Meide Company pedig teljesen vízbázisú, alacsony hőmérsékleten hőre keményedő tintát állított elő, amely megfelel a japán és a német szabványoknak. Bár a 21. század elején a vízbázisú tintákkal kapcsolatos kínai kutatások gyors fejlődésen mentek keresztül, a nyugati országok már jelentős előrelépést értek el: az Egyesült Államokban a flexo termékek mintegy 95%-a, a mélynyomó termékek 80%-a vízbázisú tintát használt, míg az Egyesült Királyságban. Japán pedig vízbázisú tintákat fogadott el élelmiszer- és gyógyszercsomagoláshoz. Ehhez képest Kína fejlődése lassabb volt.
A piac további népszerűsítése érdekében Kína 2007 májusában bevezette az első vízbázisú tintaszabványt, 2011-ben pedig a „zöld innovációs fejlesztés” mellett foglalt állást, amelynek célja az oldószeralapú tinták vízbázisú tintákkal való helyettesítése. A nyomdaipar 2016-os „13. ötéves tervében” a „vízbázisú környezeti anyagokkal kapcsolatos kutatás” és a „zöld nyomtatás” volt a fő hangsúly. 2020-ra a zöld és a digitális nyomtatás országos népszerűsítése kiterjesztette a vízbázisú tinta piacát.
- Vízbázisú tinták alkalmazása
A 20. század elején az Egyesült Államokban először vízbázisú tintákat alkalmaztak flexonyomtatásban. Az 1970-es évekre a kiváló minőségű vízbázisú mélynyomó tintákat széles körben használták különféle csomagolópapírokhoz, vastag könyvespolcokhoz és kartonpapírokhoz. Az 1980-as években külföldön fejlesztették ki a fényes és matt szitanyomó vízbázisú tintákat, amelyek kiterjesztették alkalmazásukat szövetekre, papírra, PVC-re, polisztirolra, alumíniumfóliára és fémekre. Jelenleg környezetbarát, nem mérgező és biztonságos tulajdonságaik miatt a vízbázisú tintákat főként élelmiszer-csomagolóanyagok nyomtatására használják, mint például dohánycsomagolások és italos palackok. A környezetvédelmi törvények javulásával a vízbázisú tinták alkalmazása egyre változatosabb és intenzívebbé válik. Kína a nyomdaiparban is fokozatosan támogatja a használatukat.
- Eredmények és megbeszélés
- Kutatás a gyantamódosításokról
A tinta teljesítményét a gyantakülönbségek befolyásolják. A vízbázisú tintagyanták általában poliuretánok, módosított akrilemulziók vagy poliakrilgyanták. A kiváló fényű vízbázisú poliuretán (WPU) gyanták széles körben használatosak a csomagolásnyomtatásban. Így a WPU teljesítményének növelése a vízbázisú tinta környezetbarátságának és fényességének javítása érdekében a nyomdaipar középpontjába került.
- Módosító vízbázisú poliuretánok
A kis molekulatömegű poliolokból álló vízbázisú poliuretánok poliészter, poliéter és hibrid típusokba sorolhatók. A poliészter és poliéter polimerek eltérő tulajdonságai alapján erősségük és stabilitásuk változó. Általában a poliéter-poliuretánok kisebb szilárdságúak és stabilabbak, mint a poliészter-poliuretánok, de jobb a magas hőmérséklettel szembeni ellenállásuk, és kevésbé hajlamosak a hidrolízisre. Például a tinta „konzisztenciájának” növelése polietilénglikol-monometil-éter használatával javítja a tolerancia jellemzőit. Ez azonban csak referenciapont. Különböző kutatóintézetek különböző módszereket alkalmaznak a WPU bizonyos aspektusainak javítására.
2010-ben például nagy szívósságú és ütésálló epoxigyantákat választottak ki a tinta viszkozitásával és adhéziójával kapcsolatos problémák megoldására, ezáltal javítva a tinta szilárdságát. 2006-ban a Pekingi Kémiai Egyetem által közzétett tanulmány etilénglikol alapú poliuretánt használt, hogy speciális gyantát képezzen, hosszú lágy szegmenssel, javítva a tinta rugalmasságát és közvetve megerősítve a vízbázisú tintát. Egyes csapatok kémiai anyagok hozzáadásával érnek el módosítási eredményeket: szilícium-dioxid vagy szerves szilícium beépítésével javítják a WPU-t, ami fokozott tinta szakítószilárdságot eredményez. A karboxil-végződésű butadién-nitril-poliuretán a tinta hajlítási teljesítményének és viszkozitásának javítására szolgál, alkalmazkodva a bonyolultabb környezetekhez.
Így a kutatók jellemzően a tintatulajdonságok alapján választanak ki specifikus poliésztereket, megfelelő polisavak és poliolok felhasználásával hőálló poliészter-poliolok szintetizálására, erős tapadású poláris csoportok bevezetésével, megfelelő nyersanyagok kiválasztásával a poliuretán kristályosságának javítására, és kapcsolószerek használatával a WPU-ragasztók javítására. nedvesség- és hőállóság.
- Vízállóság módosítása
Mivel a tintát főként külső csomagoláshoz használják, és gyakran érintkezik vízzel, a gyenge vízállóság csökkenti a keménységet, a fényességet, sőt a tinta leválását vagy károsodását is okozhatja, ami jelentősen befolyásolja a tárolási teljesítményt. A WPU vízállóságának javítása javítja a tinta tárolási teljesítményét, mivel jó vízállóságú poliolokat használnak anyagként. Például a WPU akril monomerekkel történő módosítása vagy az epoxigyanta-tartalom módosítása javíthatja a tinta vízállóságát.
Amellett, hogy nagy vízállóságú polimereket használnak a standard poliuretán helyettesítésére, a kutatók gyakran szerves vagy szervetlen anyagokat adnak hozzá a kívánt hatás elérése érdekében. Például a nanoméretű szilícium-dioxid gyantába való beépítése növeli a vízállóságot és a szilárdságot, ami a tintagyártásban széles körben alkalmazott módszer. Az "emulziós kopolimerizációs módszer" kompozit PUA-t hoz létre a vízállóság javítására, míg az olyan eljárások, mint a polietilénglikol-monometil-éter módosítása és a szerves szilícium-módosított WPU acetonszintézise, fokozzák a vízállóságot.
- Magas hőmérsékleti ellenállás módosítása
Általában a WPU magas hőmérséklettel szembeni ellenállása viszonylag gyenge, ami korlátozza a vízbázisú tinta hőállóságát. A poliéter-poliuretánok általában jobb magas hőmérséklet-állósággal rendelkeznek, mint a poliészter-poliuretánok a kettős kötések száma miatt. Hosszú láncú polimerek vagy benzolgyűrűs észterek/éterek polimerizációs monomerként történő hozzáadása javítja a polimer magas hőmérséklettel szembeni ellenállását, és ennek következtében a vízbázisú tinta hőállóságát. A hosszú láncú poliéter-poliuretánok mellett egyes csapatok kompozit anyagokat is használnak a bonyolultság növelésére és a magas hőmérséklettel szembeni ellenállás fokozására. Például, ha nano-ón-oxid-antimont adunk a DMPA-ból, poliéter 220-ból és IPDI-ből szintetizált WPU-hoz, a tintarétegek képesek elnyelni a hőt, javítva a magas hőmérséklettel szembeni ellenállást. A szilika aerogél poliuretánhoz való hozzáadása szintén csökkenti a hővezető képességet és növeli a tinta hőállóságát.
- Stabilitás módosítása
A WPU stabilitása jelentősen befolyásolja a vízalapú tinta tárolási teljesítményét. A víz- és magas hőmérséklet-állóság mellett a molekulatömeg és a szerkezeti elrendezés is döntő jelentőségű. A poliészter gyanták általában stabilabbak, mint a poliéter gyanták, mivel több hidrogénkötés van a molekulaszerkezetben. Az észter anyagok hozzáadása a vegyes poliuretánok kialakításához növeli a stabilitást, például izocianát és szilán diszperziót használva kétkomponensű WPU-t hoz létre, jobb stabilitással és kopásállósággal. A hőkezelés és hűtés több hidrogénkötést is létrehozhat, szorosabbá téve a molekuláris elrendeződést, és javítja a WPU stabilitását és a vízalapú tinta tárolási teljesítményét.
- Tapadás javítása
Míg a WPU optimalizálása javítja a vízállóságot, a magas hőmérséklettel szembeni ellenállást és a stabilitást, a WPU-k továbbra is gyengén tapadnak a polietilén (PE) műanyag termékekhez a molekulatömeg és a polaritás miatt. Általában hasonló polaritású és molekulatömegű polimereket vagy monomereket adnak hozzá a WPU javítása és a vízbázisú tinta nem poláris anyagokhoz való tapadásának fokozása érdekében. Például a WPU polivinil-klorid-hidroxi-etil-akrilát gyantával történő kopolimerizálása javítja a tinták és a bevonatok vízálló tapadását. Akril poliészter gyanta hozzáadása a WPU-hoz egyedi molekuláris kapcsolati struktúrát hoz létre, amely jelentősen javítja a WPU adhézióját. Ezek a módszerek azonban befolyásolhatják az eredeti tinta tulajdonságait, például a fényességet. Ezért az ipari technikák az anyagokat a tulajdonságok megváltoztatása nélkül kezelik a tinta tapadásának javítása érdekében, például a felületeket elektródákkal aktiválják, vagy rövid távú lángkezelést az adszorpció fokozása érdekében.
- Következtetés
Jelenleg a vízbázisú tintákat széles körben használják élelmiszer-csomagolásban, gyógyszercsomagolásban, műhelyekben, könyvekben és egyéb bevonatokban vagy nyomtatási alkalmazásokban. Azonban eredendő teljesítménybeli korlátaik korlátozzák a szélesebb körű alkalmazásokat. Ahogy az életszínvonal javulásával növekszik a környezeti és biztonsági tudatosság, a VOC-kibocsátást csökkentő vízbázisú, környezetbarát tinták egyre inkább felváltják az oldószeralapú tintákat, kihívást jelentve a hagyományos oldószeralapú tintapiacokon.
Ebben az összefüggésben a tinta teljesítményének javítása a vízbázisú gyanták, különösen a vízbázisú poliuretánok módosításával olyan innovatív módszerekkel, mint a nanotechnológia és a szerves és szervetlen vegyületek hibridizálása, kulcsfontosságú a jövőbeli vízalapú tintafejlesztéshez. Ezért a gyantamódosításokkal kapcsolatos további átfogó kutatásra van szükség a vízbázisú tinta teljesítményének növelése érdekében a szélesebb körű alkalmazásokhoz.