Eksplorimi i zhvillimit të bojrave me bazë uji dhe studimi i bojërave poliuretani miqësore me mjedisin

Ndotja e ajrit ka qenë prej kohësh një shqetësim i madh, me emetimet e gazit toksik si VOC-të që janë kontribues të rëndësishëm krahas fenomeneve natyrore si stuhitë e pluhurit. Ndërsa ndërgjegjësimi për mbrojtjen e mjedisit rritet dhe politika të ndryshme kombëtare zbatohen, industria e printimit, një emetues kryesor i VOC, është përballur me reforma të pashmangshme. Rrjedhimisht, bojërat e printimit miqësore me mjedisin janë bërë një pikë qendrore në kërkimin global të industrisë së printimit. Ndër bojërat e disponueshme miqësore me mjedisin, duke përfshirë bojërat me bazë uji, bojërat e shërueshme me energji dhe bojërat me bazë vaji vegjetal, bojërat me bazë uji janë më të përdorurat. Bojërat me bazë uji përmbajnë një përqindje më të ulët të tretësve organikë, duke reduktuar emetimet e VOC dhe duke u përshtatur me parimet e mbrojtjes së mjedisit. Megjithatë, bojërat me bazë uji kanë gjithashtu të meta, të tilla si koha e ngadaltë e tharjes dhe pjekjes dhe rezistenca e dobët ndaj ujit dhe alkalit, duke kufizuar aplikimin e tyre në bojërat tradicionale industriale. Kështu, përmirësimi i këtyre dobësive përmes modifikimit të rrëshirës është bërë një fokus i rëndësishëm. Ky punim përshkruan zhvillimin dhe aplikimin e bojërave me bazë uji, studimin e modifikimeve të rrëshirës, ​​përparimin në kërkimin mbi bojërat e printimit duke përdorur poliuretane me bazë uji dhe perspektivat e ardhshme në këtë fushë.

• Eksperimentale

1. Zhvillimi i Bojërave me Bazë Uji

Bojërat kanë një histori të gjatë, duke u shfaqur së bashku me shpikjen e printimit. Pas prezantimit të Pigmentit të Kuq Lithol në 1900, bojërat u përhapën gjerësisht, duke nxitur vendet të investojnë në kërkimin e bojës. Bojërat me bazë uji janë një derivat që rezulton nga kërkesat më të larta për prakticitetin e bojës. Kërkimet mbi bojërat me bazë uji filluan jashtë vendit në vitet 1960, kryesisht për të përshpejtuar normat e printimit dhe për të zvogëluar varësinë nga lëndët e para me bazë nafte. Këto bojëra përdorën komponime organike si benzenet dhe shellac ose lignosulfonat natriumi si materiale kryesore për të përmbushur nevojat e printimit në atë kohë. Në vitet 1970, studiuesit zhvilluan një rrëshirë emulsioni polimer me strukturë bërthamore dhe rrjetë duke polimerizuar monomerët akrilik me stiren, duke ruajtur shkëlqimin e bojërave dhe rezistencën ndaj ujit duke përmbushur kërkesat mjedisore. Megjithatë, ndërsa ndërgjegjësimi mjedisor u rrit dhe u miratuan ligje më të rrepta mjedisore, përqindja e lëndëve organike me bazë benzeni në bojë u ul. Nga vitet 1980, vendet e Evropës Perëndimore prezantuan konceptet dhe teknologjitë e "printimit të bojës së gjelbër" dhe "printimit të ri të bojës me bazë uji".

Industria e bojës në Kinë filloi në fund të dinastisë Qing me prodhimin e monedhës, duke u mbështetur shumë në bojërat e importuara deri në vitin 1975, kur Fabrika e Bojës Tianjin dhe Fabrika e Bojës Gangu zhvilluan dhe prodhuan bojën e parë vendase me bazë uji gravure. Deri në vitet 1990, Kina kishte importuar mbi 100 linja prodhimi të printimit flexo, duke avancuar me shpejtësi përdorimin e bojërave me bazë uji. Në vitin 2003, Instituti i Kërkimeve të Teknologjisë Industriale të Kinës zhvilloi me sukses produkte të ndërlidhura dhe në fillim të vitit 2004, Shanghai Meide Company prodhoi një bojë termorregulluese plotësisht me bazë uji, me temperaturë të ulët që përmbush standardet japoneze dhe gjermane. Megjithëse kërkimi i Kinës mbi bojërat me bazë uji pa një zhvillim të shpejtë në fillim të shekullit të 21-të, vendet perëndimore kishin arritur tashmë përparim të rëndësishëm: rreth 95% e produkteve flexo dhe 80% e produkteve gravure në Shtetet e Bashkuara përdorën bojëra me bazë uji, ndërsa MB dhe Japonia miratuan bojëra me bazë uji për paketimin e ushqimeve dhe farmaceutikëve. Krahasisht, zhvillimi i Kinës ishte më i ngadalshëm.

Për të promovuar më tej tregun, Kina prezantoi standardin e parë të bojës me bazë uji në maj 2007 dhe në 2011 mbrojti "zhvillimin e inovacionit të gjelbër", duke synuar të zëvendësojë bojërat me bazë tretës me bojëra me bazë uji. Në "Planin e 13-të pesëvjeçar" të vitit 2016 për industrinë e printimit, "kërkimet mbi materialet mjedisore me bazë uji" dhe "printimi i gjelbër" ishin fokuset kryesore. Deri në vitin 2020, promovimi kombëtar i printimit të gjelbër dhe dixhital zgjeroi tregun e bojës me bazë uji.

2. Aplikimi i bojrave me bazë uji

Në fillim të shekullit të 20-të, Shtetet e Bashkuara aplikuan për herë të parë bojëra me bazë uji në printimin flexo. Deri në vitet 1970, bojërat gravure me bazë uji me cilësi të lartë u përdorën gjerësisht për letra të ndryshme paketimi, rafte librash të trashë dhe karton. Në vitet 1980, bojërat me bazë uji për printim me ekran me shkëlqim dhe mat u zhvilluan jashtë vendit, duke zgjeruar aplikimin e tyre në pëlhura, letër, PVC, polistiren, letër alumini dhe metale. Aktualisht, për shkak të karakteristikave të tyre miqësore me mjedisin, jo toksike dhe të sigurta, bojërat me bazë uji përdoren kryesisht në printimin e paketimeve të ushqimit, si ambalazhet e duhanit dhe shishet e pijeve. Ndërsa ligjet mjedisore përmirësohen, aplikimi i bojërave me bazë uji vazhdon të diversifikohet dhe intensifikohet. Kina po promovon gjithashtu në mënyrë progresive përdorimin e tyre në industrinë e printimit.

• Rezultate dhe diskutime

1. Hulumtimi mbi modifikimet e rrëshirës

Performanca e bojës ndikohet nga ndryshimet e rrëshirës. Në përgjithësi, rrëshirat e bojës me bazë uji janë zakonisht poliuretani, emulsione akrilike të modifikuara ose rrëshira poliakrilike. Rrëshirat poliuretani me bazë uji (WPU), me shkëlqim superior, përdoren gjerësisht në printimin e ambalazheve. Kështu, rritja e performancës WPU për të përmirësuar mirëdashjen mjedisore dhe shkëlqimin e bojës me bazë uji është bërë një fokus në industrinë e printimit.

2. Modifikimi i poliuretaneve me bazë uji

Poliuretanet me bazë uji, të përbëra nga poliole me peshë të ulët molekulare, mund të klasifikohen në lloje poliester, polieter dhe hibride. Bazuar në vetitë e ndryshme të polimereve të poliesterit dhe polieterit, forca dhe qëndrueshmëria e tyre ndryshojnë. Në përgjithësi, poliuretanet polieter kanë forcë dhe qëndrueshmëri më të ulët se poliuretanët poliester, por shfaqin rezistencë më të mirë ndaj temperaturës së lartë dhe janë më pak të prirur ndaj hidrolizës. Për shembull, rritja e "konsistencës" së bojës duke përdorur polietilen glikol monometil eter përmirëson karakteristikat e saj të tolerancës. Megjithatë, kjo është vetëm një pikë referimi. Institucione të ndryshme kërkimore miratojnë metoda të ndryshme për të përmirësuar aspektet specifike të WPU.

Për shembull, në vitin 2010, rrëshirat epoksi me rezistencë të lartë dhe forcë ndikimi u zgjodhën për të trajtuar çështjet e viskozitetit dhe ngjitjes së bojës, duke rritur kështu forcën e bojës. Në vitin 2006, një studim i publikuar nga Universiteti Kimik i Pekinit përdori poliuretani me bazë etilen glikol për të formuar një rrëshirë të veçantë me një segment të gjatë të butë, duke përmirësuar fleksibilitetin e bojës dhe duke forcuar në mënyrë indirekte bojën me bazë uji. Disa ekipe arrijnë rezultate modifikimi duke shtuar substanca kimike: duke inkorporuar silicë ose organosilicon për të përmirësuar WPU, duke rezultuar në forcë të shtuar në tërheqje të bojës. Poliuretani i nitrilit butadien i përfunduar me karboksil përdoret për të përmirësuar performancën dhe viskozitetin e përkuljes së bojës, duke u përshtatur në mjedise më komplekse.

Kështu, studiuesit zakonisht zgjedhin poliesterë specifikë bazuar në vetitë e bojës, duke përdorur poliacidet dhe poliolet e duhura për të sintetizuar poliolet poliester rezistente ndaj nxehtësisë, duke prezantuar grupe polare me ngjitje të fortë, duke zgjedhur lëndë të para të përshtatshme për të përmirësuar kristalinitetin e poliuretanit dhe duke përdorur agjentë bashkues për të përmirësuar ngjitësit WPU rezistencë ndaj lagështirës dhe nxehtësisë.

3. Modifikimi i rezistencës ndaj ujit

Meqenëse boja përdoret kryesisht për paketimin e jashtëm dhe kontakton shpesh me ujin, rezistenca e dobët ndaj ujit mund të çojë në zvogëlimin e fortësisë, shkëlqimit, madje edhe në lëkurë ose dëmtim të bojës, duke ndikuar ndjeshëm në performancën e ruajtjes. Përmirësimi i rezistencës ndaj ujit WPU rrit performancën e ruajtjes së bojës duke përdorur poliolet me rezistencë të mirë ndaj ujit si materiale. Për shembull, modifikimi i WPU me monomere akrilike ose rregullimi i përmbajtjes së rrëshirës epoksi mund të përmirësojë rezistencën e bojës ndaj ujit.

Përveç përdorimit të polimereve me rezistencë të lartë ndaj ujit për të zëvendësuar poliuretani standard, studiuesit shpesh shtojnë substanca organike ose inorganike për të arritur efektin e dëshiruar. Për shembull, përfshirja e silicës në shkallë nano në rrëshirë rrit rezistencën dhe forcën ndaj ujit, një metodë e përdorur gjerësisht në prodhimin e bojës. "Metoda e kopolimerizimit të emulsionit" krijon PUA të përbërë për të përmirësuar rezistencën ndaj ujit, ndërsa metodat si modifikimi i monometil eterit të polietilen glikolit dhe sinteza e acetonit e WPU-së të modifikuar me organosilicon rrisin rezistencën ndaj ujit.

4. Modifikimi i rezistencës ndaj temperaturës së lartë

Në përgjithësi, rezistenca e WPU-së ndaj temperaturës së lartë është relativisht e dobët, duke kufizuar rezistencën ndaj nxehtësisë së bojës me bazë uji. Polieteri poliuretanët zakonisht kanë rezistencë më të mirë ndaj temperaturës së lartë se poliuretanët poliester për shkak të numrit të lidhjeve të dyfishta. Shtimi i polimereve me zinxhir të gjatë ose estereve/etereve unazore të benzenit si monomerë polimerizimi përmirëson rezistencën e polimerit ndaj temperaturës së lartë dhe, rrjedhimisht, rezistencën ndaj nxehtësisë së bojës me bazë uji. Përveç përdorimit të poliuretaneve polieter me zinxhir të gjatë, disa ekipe përdorin materiale të përbëra për të rritur kompleksitetin dhe për të rritur rezistencën ndaj temperaturës së lartë. Për shembull, shtimi i antimonit nano oksid kallaji në WPU të sintetizuar nga DMPA, polieteri 220 dhe IPDI mundëson që shtresat e bojës të thithin nxehtësinë, duke përmirësuar rezistencën ndaj temperaturës së lartë. Shtimi i aerogelit silicë në poliuretani gjithashtu redukton përçueshmërinë termike dhe rrit rezistencën ndaj nxehtësisë së bojës.

5. Modifikimi i Stabilitetit

Stabiliteti i WPU-së ndikon ndjeshëm në performancën e ruajtjes së bojës me bazë uji. Përveç rezistencës ndaj ujit dhe temperaturës së lartë, pesha molekulare dhe rregullimi i strukturës janë thelbësore. Rrëshirat poliester janë përgjithësisht më të qëndrueshme se rrëshirat polieterike për shkak të më shumë lidhjeve hidrogjenore në strukturën molekulare. Shtimi i substancave esterike për të formuar poliuretane të përziera rrit stabilitetin, si p.sh. përdorimi i dispersionit të izocianatit dhe silanit për të krijuar një WPU me dy komponentë me stabilitet të përmirësuar dhe rezistencë ndaj gërryerjes. Trajtimi me nxehtësi dhe ftohja mund të krijojnë gjithashtu më shumë lidhje hidrogjeni, duke shtrënguar rregullimin molekular dhe duke rritur stabilitetin e WPU dhe performancën e ruajtjes së bojës me bazë uji.

6. Përmirësimi i ngjitjes

Ndërsa optimizimi i WPU përmirëson rezistencën ndaj ujit, rezistencën ndaj temperaturës së lartë dhe stabilitetin, WPU-të ende tregojnë ngjitje të dobët me produktet plastike të polietilenit (PE) për shkak të peshës molekulare dhe polaritetit. Në mënyrë tipike, polimere ose monomerë të ngjashëm me polaritet dhe peshë molekulare shtohen për të përmirësuar WPU dhe për të përmirësuar ngjitjen e bojës me bazë uji me materialet jopolare. Për shembull, bashkëpolimerizimi i WPU me një rrëshirë polivinil klorur-hidroksietil akrilate përmirëson ngjitjen e papërshkueshme nga uji midis bojërave dhe veshjeve. Shtimi i rrëshirës poliestër akrilik në WPU krijon një strukturë unike lidhjeje molekulare, duke rritur ndjeshëm ngjitjen e WPU. Megjithatë, këto metoda mund të ndikojnë në vetitë origjinale të bojës si shkëlqimi. Prandaj, teknikat industriale trajtojnë materialet pa ndryshuar vetitë për të përmirësuar ngjitjen e bojës, të tilla si aktivizimi i sipërfaqeve me elektroda ose trajtimi afatshkurtër me flakë për të rritur adsorbimin.

• konkluzioni

Aktualisht, bojërat me bazë uji përdoren gjerësisht në paketimin e ushqimit, paketimin farmaceutik, seminare, libra dhe veshje të tjera ose aplikime printimi. Megjithatë, kufizimet e tyre të qenësishme të performancës kufizojnë aplikacionet më të gjera. Ndërsa ndërgjegjësimi për mjedisin dhe sigurinë rritet me standardet e përmirësuara të jetesës, bojërat eko-miqësore me bazë uji që reduktojnë emetimet e VOC po zëvendësojnë gjithnjë e më shumë bojërat me bazë tretës, duke sfiduar tregjet tradicionale të bojës me bazë tretës.

Në këtë kontekst, rritja e performancës së bojës duke modifikuar rrëshirat me bazë uji, veçanërisht poliuretanët me bazë uji, përmes metodave inovative si nanoteknologjia dhe hibridizimi i përbërjeve organike dhe inorganike është thelbësor për zhvillimin e ardhshëm të bojës me bazë uji. Prandaj, nevojiten kërkime të mëtejshme gjithëpërfshirëse mbi modifikimet e rrëshirës për të përmirësuar performancën e bojës me bazë uji për aplikime më të gjera.