پانی پر مبنی سیاہی کی ترقی اور ماحول دوست پانی پر مبنی پولی یوریتھین سیاہی کا مطالعہ

فضائی آلودگی ایک طویل عرصے سے ایک بڑی تشویش رہی ہے، جس میں زہریلی گیسوں کا اخراج جیسے کہ VOCs قدرتی مظاہر جیسے دھول کے طوفانوں کے ساتھ اہم شراکت دار ہیں۔ جیسے جیسے ماحولیاتی تحفظ کے بارے میں بیداری بڑھتی ہے اور مختلف قومی پالیسیاں لاگو ہوتی ہیں، پرنٹنگ انڈسٹری، جو کہ ایک بڑی VOC ایمیٹر ہے، کو ناگزیر اصلاحات کا سامنا کرنا پڑا ہے۔ اس کے نتیجے میں، ماحول دوست پرنٹنگ سیاہی عالمی پرنٹنگ انڈسٹری کی تحقیق میں ایک فوکل پوائنٹ بن گئی ہے۔ دستیاب ماحول دوست سیاہی میں، بشمول پانی پر مبنی سیاہی، توانائی کے قابل علاج سیاہی، اور سبزیوں کے تیل پر مبنی سیاہی، پانی پر مبنی سیاہی سب سے زیادہ استعمال ہوتی ہے۔ پانی پر مبنی سیاہی میں نامیاتی سالوینٹس کا کم تناسب ہوتا ہے، VOC کے اخراج کو کم کرتا ہے اور ماحولیاتی تحفظ کے اصولوں کے مطابق ہوتا ہے۔ تاہم، پانی پر مبنی سیاہی میں خامیاں بھی ہوتی ہیں جیسے کہ سست خشک ہونے اور ٹھیک ہونے کا وقت اور پانی اور الکلی کی کمزور مزاحمت، جو روایتی صنعتی سیاہی میں ان کے استعمال کو محدود کرتی ہے۔ اس طرح، رال میں ترمیم کے ذریعے ان کمزوریوں کو بہتر بنانا ایک اہم توجہ کا مرکز بن گیا ہے۔ اس مقالے میں پانی پر مبنی سیاہی کی ترقی اور اطلاق، رال کی تبدیلیوں کا مطالعہ، پانی پر مبنی پولی یوریتھینز کا استعمال کرتے ہوئے سیاہی کی پرنٹنگ پر تحقیق میں ہونے والی پیش رفت، اور اس میدان میں مستقبل کے امکانات کا خاکہ پیش کیا گیا ہے۔

• تجرباتی

1. پانی پر مبنی سیاہی کی ترقی

سیاہی کی ایک طویل تاریخ ہے، جو پرنٹنگ کی ایجاد کے ساتھ ساتھ ابھرتی ہے۔ 1900 میں لیتھول ریڈ پگمنٹ کے متعارف ہونے کے بعد، سیاہی بڑے پیمانے پر پھیل گئی، جس نے ممالک کو سیاہی کی تحقیق میں سرمایہ کاری کرنے پر آمادہ کیا۔ پانی پر مبنی سیاہی ایک مشتق ہے جس کے نتیجے میں سیاہی کی عملییت کی زیادہ مانگ ہوتی ہے۔ پانی پر مبنی سیاہی پر تحقیق 1960 کی دہائی میں بیرون ملک شروع ہوئی، بنیادی طور پر پرنٹنگ کی شرح کو تیز کرنے اور پیٹرولیم پر مبنی خام مال پر انحصار کم کرنے کے لیے۔ یہ سیاہی اس وقت پرنٹنگ کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے نامیاتی مرکبات جیسے بینزینز اور شیلک یا سوڈیم lignosulfonate کو اہم مواد کے طور پر استعمال کرتی تھیں۔ 1970 کی دہائی میں، محققین نے ماحولیاتی ضروریات کو پورا کرتے ہوئے سیاہی کی چمک اور پانی کی مزاحمت کو برقرار رکھتے ہوئے، اسٹائرین کے ساتھ ایکریلک مونومر کو پولیمرائز کرکے کور شیل اور نیٹ ورک ڈھانچے کے ساتھ پولیمر ایملشن رال تیار کیا۔ تاہم، جیسے جیسے ماحولیاتی بیداری میں اضافہ ہوا اور سخت ماحولیاتی قوانین بنائے گئے، سیاہی میں بینزین پر مبنی آرگینکس کا تناسب کم ہوا۔ 1980 کی دہائی تک، مغربی یورپی ممالک نے "گرین انک پرنٹنگ" اور "نئی واٹر بیسڈ انک پرنٹنگ" کے تصورات اور ٹیکنالوجیز متعارف کروائیں۔

چین کی سیاہی کی صنعت کا آغاز چنگ خاندان کے آخر میں کرنسی کی پیداوار کے ساتھ ہوا، 1975 تک درآمد شدہ سیاہی پر بہت زیادہ انحصار کیا گیا، جب تیانجن انک فیکٹری اور گنگو انک فیکٹری نے پانی پر مبنی پہلی گھریلو سیاہی تیار کی اور تیار کی۔ 1990 کی دہائی تک، چین نے پانی پر مبنی سیاہی کے استعمال کو تیزی سے آگے بڑھاتے ہوئے 100 سے زیادہ فلیکسو پرنٹنگ پروڈکشن لائنیں درآمد کیں۔ 2003 میں، چائنا انڈسٹریل ٹیکنالوجی ریسرچ انسٹی ٹیوٹ نے کامیابی کے ساتھ متعلقہ مصنوعات تیار کیں، اور 2004 کے اوائل میں، شنگھائی میڈ کمپنی نے مکمل طور پر پانی پر مبنی، کم درجہ حرارت والی تھرموسیٹنگ سیاہی تیار کی جو جاپانی اور جرمن معیارات کے مطابق تھی۔ اگرچہ پانی پر مبنی سیاہی پر چین کی تحقیق نے 21ویں صدی کے اوائل میں تیزی سے ترقی دیکھی، مغربی ممالک نے پہلے ہی نمایاں پیش رفت حاصل کر لی ہے: امریکہ میں تقریباً 95% فلیکسو مصنوعات اور 80% گریوور مصنوعات پانی پر مبنی سیاہی استعمال کرتی ہیں، جبکہ برطانیہ اور جاپان نے خوراک اور دواسازی کی پیکیجنگ کے لیے پانی پر مبنی سیاہی کو اپنایا۔ اس کے مقابلے میں چین کی ترقی سست تھی۔

مارکیٹ کو مزید فروغ دینے کے لیے، چین نے مئی 2007 میں پانی پر مبنی سیاہی کا پہلا معیار متعارف کرایا اور 2011 میں "سبز اختراعی ترقی" کی وکالت کی، جس کا مقصد سالوینٹ پر مبنی سیاہی کو پانی پر مبنی سیاہی سے بدلنا تھا۔ پرنٹنگ انڈسٹری کے لیے 2016 کے "13ویں پانچ سالہ منصوبے" میں، "پانی پر مبنی ماحولیاتی مواد پر تحقیق" اور "گرین پرنٹنگ" کلیدی فوکس تھے۔ 2020 تک، سبز اور ڈیجیٹل پرنٹنگ کے قومی فروغ نے پانی پر مبنی سیاہی کی مارکیٹ کو وسعت دی۔

2. پانی پر مبنی سیاہی کا اطلاق

20 ویں صدی کے اوائل میں، ریاستہائے متحدہ نے پہلی بار فلیکسو پرنٹنگ میں پانی پر مبنی سیاہی کا اطلاق کیا۔ 1970 کی دہائی تک، اعلیٰ معیار کے پانی پر مبنی گریوور سیاہی مختلف پیکیجنگ پیپرز، موٹی کتابوں کی الماریوں اور گتے کے لیے بڑے پیمانے پر استعمال ہونے لگی۔ 1980 کی دہائی میں، چمکدار اور دھندلا اسکرین پرنٹنگ پانی پر مبنی سیاہی بیرون ملک تیار کی گئی تھی، جس نے کپڑوں، کاغذ، پی وی سی، پولی اسٹیرین، ایلومینیم ورق اور دھاتوں تک ان کے اطلاق کو بڑھایا۔ فی الحال، ان کے ماحول دوست، غیر زہریلا، اور محفوظ خصوصیات کی وجہ سے، پانی پر مبنی سیاہی بنیادی طور پر فوڈ پیکیجنگ پرنٹنگ، جیسے تمباکو کی پیکیجنگ اور مشروبات کی بوتلوں میں استعمال ہوتی ہے۔ جیسے جیسے ماحولیاتی قوانین میں بہتری آتی ہے، پانی پر مبنی سیاہی کا اطلاق متنوع اور تیز ہوتا جا رہا ہے۔ چین پرنٹنگ انڈسٹری میں ان کے استعمال کو بھی بتدریج فروغ دے رہا ہے۔

• نتائج اور مباحثہ

1. رال ترمیم پر تحقیق

سیاہی کی کارکردگی رال کے فرق سے متاثر ہوتی ہے۔ عام طور پر، پانی پر مبنی سیاہی کی رالیں عام طور پر پولیوریتھین، ترمیم شدہ ایکریلک ایمولشن، یا پولی ایکریلک رال ہوتی ہیں۔ واٹر بیسڈ پولی یوریتھین (WPU) رال، اعلیٰ چمک کے ساتھ، پیکیجنگ پرنٹنگ میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں۔ اس طرح، پانی پر مبنی سیاہی کی ماحولیاتی دوستی اور چمک کو بہتر بنانے کے لیے WPU کی کارکردگی کو بڑھانا پرنٹنگ انڈسٹری میں توجہ کا مرکز بن گیا ہے۔

2. پانی پر مبنی Polyurethanes میں ترمیم کرنا

پانی پر مبنی پولیوریتھینز، جو کم مالیکیولر-وزن پولیولز پر مشتمل ہیں، کو پالئیےسٹر، پولیتھر اور ہائبرڈ اقسام میں درجہ بندی کیا جا سکتا ہے۔ پالئیےسٹر اور پولیتھر پولیمر کی مختلف خصوصیات کی بنیاد پر، ان کی طاقت اور استحکام مختلف ہوتا ہے۔ عام طور پر، پولیتھر پولی یوریتھینز میں پولیسٹر پولی یوریتھینز کے مقابلے میں کم طاقت اور استحکام ہوتا ہے لیکن وہ اعلی درجہ حرارت کی بہتر مزاحمت کا مظاہرہ کرتے ہیں اور ہائیڈرولیسس کا کم شکار ہوتے ہیں۔ مثال کے طور پر، پولیتھیلین گلائکول مونومیتھائل ایتھر کا استعمال کرتے ہوئے سیاہی کی "مستقل مزاجی" میں اضافہ اس کی رواداری کی خصوصیات کو بہتر بناتا ہے۔ تاہم، یہ صرف ایک حوالہ نقطہ ہے. مختلف تحقیقی ادارے WPU کے مخصوص پہلوؤں کو بڑھانے کے لیے مختلف طریقے اپناتے ہیں۔

مثال کے طور پر، 2010 میں، اعلی سختی اور اثر کی طاقت کے ساتھ epoxy resins کا انتخاب سیاہی کی چپکنے والی اور چپکنے کے مسائل کو حل کرنے کے لیے کیا گیا، اس طرح سیاہی کی طاقت میں اضافہ ہوا۔ 2006 میں، بیجنگ کیمیکل یونیورسٹی کی طرف سے شائع کردہ ایک مطالعہ نے ایتھیلین گلائکول پر مبنی پولی یوریتھین کا استعمال کرتے ہوئے ایک لمبے نرم حصے کے ساتھ ایک خاص رال بنانے کے لیے، سیاہی کی لچک کو بہتر بنایا اور بالواسطہ طور پر پانی پر مبنی سیاہی کو مضبوط کیا۔ کچھ ٹیمیں کیمیائی مادوں کو شامل کرکے ترمیم کے نتائج حاصل کرتی ہیں: WPU کو بہتر بنانے کے لیے سلیکا یا آرگنوسیلیکون کو شامل کرنا، جس کے نتیجے میں سیاہی کی تناؤ کی طاقت میں اضافہ ہوتا ہے۔ کاربوکسائل سے ختم شدہ بٹادین نائٹریل پولی یوریتھین سیاہی موڑنے کی کارکردگی اور چپچپا پن کو بہتر بنانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، اور زیادہ پیچیدہ ماحول کے مطابق ہوتا ہے۔

اس طرح، محققین عام طور پر سیاہی کی خصوصیات کی بنیاد پر مخصوص پولیسٹرز کا انتخاب کرتے ہیں، مناسب پولی ایسڈز اور پولیول کا استعمال کرتے ہوئے گرمی سے بچنے والے پالئیےسٹر پولیول کی ترکیب کرتے ہیں، قطبی گروپوں کو مضبوط آسنجن کے ساتھ متعارف کراتے ہیں، پولی یوریتھین کرسٹلنیٹی کو بہتر بنانے کے لیے مناسب خام مال کا انتخاب کرتے ہیں، اور WPUs کو بڑھانے کے لیے کپلنگ ایجنٹوں کا استعمال کرتے ہیں۔ نمی اور گرمی کے خلاف مزاحمت.

3. پانی کی مزاحمت میں ترمیم

چونکہ سیاہی بنیادی طور پر بیرونی پیکیجنگ کے لیے استعمال ہوتی ہے اور اکثر پانی سے رابطہ کرتی ہے، اس لیے پانی کی ناقص مزاحمت سختی، چمک، اور یہاں تک کہ سیاہی کے چھلکے یا نقصان کا باعث بن سکتی ہے، جو سٹوریج کی کارکردگی کو نمایاں طور پر متاثر کرتی ہے۔ WPU واٹر ریزسٹنس کو بہتر بنانا انک اسٹوریج کی کارکردگی کو بہتر پانی کی مزاحمت والے polyols کو بطور مواد استعمال کرتا ہے۔ مثال کے طور پر، ایکریلک مونومر کے ساتھ ڈبلیو پی یو میں ترمیم کرنا یا ایپوکسی رال کے مواد کو ایڈجسٹ کرنا سیاہی پانی کی مزاحمت کو بہتر بنا سکتا ہے۔

معیاری پولیوریتھین کو تبدیل کرنے کے لیے ہائی واٹر ریزسٹنس پولیمر استعمال کرنے کے علاوہ، محققین مطلوبہ اثر حاصل کرنے کے لیے اکثر نامیاتی یا غیر نامیاتی مادے شامل کرتے ہیں۔ مثال کے طور پر، رال میں نانوسکل سلکا کو شامل کرنے سے پانی کی مزاحمت اور طاقت میں اضافہ ہوتا ہے، جو سیاہی کی پیداوار میں وسیع پیمانے پر استعمال ہونے والا طریقہ ہے۔ "ایملشن کوپولیمرائزیشن کا طریقہ" پانی کی مزاحمت کو بہتر بنانے کے لیے جامع PUA بناتا ہے، جب کہ پولی تھیلین گلائکول مونو میتھائل ایتھر میں ترمیم اور آرگنوسیلیکون میں ترمیم شدہ ڈبلیو پی یو کے ایسٹون ترکیب جیسے طریقے پانی کی مزاحمت کو بڑھاتے ہیں۔

4. اعلی درجہ حرارت مزاحمتی ترمیم

عام طور پر، ڈبلیو پی یو کی اعلی درجہ حرارت کی مزاحمت نسبتاً کمزور ہوتی ہے، جو پانی پر مبنی سیاہی کی حرارت کی مزاحمت کو محدود کرتی ہے۔ ڈبل بانڈز کی تعداد کی وجہ سے پالئیےسٹر پولی یوریتھینز میں عام طور پر زیادہ درجہ حرارت کی مزاحمت ہوتی ہے۔ لانگ چین پولیمر یا بینزین رِنگ ایسٹرز/ایتھرز کو پولیمرائزیشن مونومر کے طور پر شامل کرنے سے پولیمر کے اعلی درجہ حرارت کی مزاحمت اور اس کے نتیجے میں، پانی پر مبنی سیاہی کی گرمی کی مزاحمت بہتر ہوتی ہے۔ لانگ چین پولیتھر پولی یوریتھینز استعمال کرنے کے علاوہ، کچھ ٹیمیں پیچیدگی کو بڑھانے اور اعلی درجہ حرارت کی مزاحمت کو بڑھانے کے لیے مرکب مواد استعمال کرتی ہیں۔ مثال کے طور پر، DMPA، پولیتھر 220، اور IPDI سے ترکیب شدہ WPU میں نینو ٹن آکسائیڈ اینٹیمونی شامل کرنا سیاہی کی تہوں کو گرمی جذب کرنے کے قابل بناتا ہے، جس سے اعلی درجہ حرارت کی مزاحمت بہتر ہوتی ہے۔ پولی یوریتھین میں سلکا ایرجیل شامل کرنے سے تھرمل چالکتا بھی کم ہوتی ہے اور سیاہی کی گرمی کی مزاحمت میں اضافہ ہوتا ہے۔

5. استحکام میں ترمیم

WPU استحکام پانی پر مبنی سیاہی ذخیرہ کرنے کی کارکردگی کو نمایاں طور پر متاثر کرتا ہے۔ پانی اور اعلی درجہ حرارت کی مزاحمت کے علاوہ، سالماتی وزن اور ساخت کا انتظام بھی اہم ہے۔ سالماتی ڈھانچے میں زیادہ ہائیڈروجن بانڈز کی وجہ سے پالئیےسٹر رال عام طور پر پولیتھر رال سے زیادہ مستحکم ہوتے ہیں۔ مخلوط پولیوریتھینز بنانے کے لیے ایسٹر مادوں کو شامل کرنے سے استحکام میں اضافہ ہوتا ہے، جیسے کہ بہتر استحکام اور کھرچنے کے خلاف مزاحمت کے ساتھ دوہری جزو والے ڈبلیو پی یو بنانے کے لیے آئوسیانیٹ اور سائلین ڈسپریشن کا استعمال۔ ہیٹ ٹریٹمنٹ اور کولنگ زیادہ ہائیڈروجن بانڈز بھی بنا سکتے ہیں، مالیکیولر ترتیب کو سخت کر سکتے ہیں اور WPU استحکام اور پانی پر مبنی سیاہی ذخیرہ کرنے کی کارکردگی کو بڑھا سکتے ہیں۔

6. آسنجن کی بہتری

جب کہ WPU کو بہتر بنانے سے پانی کی مزاحمت، اعلی درجہ حرارت کی مزاحمت اور استحکام میں بہتری آتی ہے، WPUs پھر بھی مالیکیولر وزن اور قطبیت کی وجہ سے پولی تھیلین (PE) پلاسٹک کی مصنوعات کے ساتھ ناقص چپکنے کا مظاہرہ کرتے ہیں۔ عام طور پر، WPU کو بہتر بنانے اور غیر قطبی مواد میں پانی پر مبنی سیاہی کے چپکنے کو بڑھانے کے لیے اسی طرح کی قطبیت اور مالیکیولر ویٹ پولیمر یا مونومر شامل کیے جاتے ہیں۔ مثال کے طور پر، پولی وینیل کلورائیڈ-ہائیڈروکسیتھائل ایکریلیٹ رال کے ساتھ کو پولیمرائزنگ ڈبلیو پی یو سیاہی اور کوٹنگز کے درمیان پنروک چپکنے کو بہتر بناتا ہے۔ ڈبلیو پی یو میں ایکریلک پالئیےسٹر رال شامل کرنے سے ایک منفرد مالیکیولر لنک ڈھانچہ بنتا ہے، جس سے WPU آسنجن میں نمایاں اضافہ ہوتا ہے۔ تاہم، یہ طریقے سیاہی کی اصل خصوصیات کو متاثر کر سکتے ہیں جیسے چمک۔ لہذا، صنعتی تکنیکیں سیاہی کی چپکنے کو بہتر بنانے کے لیے خصوصیات میں ردوبدل کیے بغیر مواد کا علاج کرتی ہیں، جیسے کہ الیکٹروڈ کے ساتھ سطحوں کو چالو کرنا یا جذب کو بڑھانے کے لیے مختصر مدت کے شعلے کا علاج۔

• نتیجہ

فی الحال، پانی پر مبنی سیاہی بڑے پیمانے پر کھانے کی پیکیجنگ، دواسازی کی پیکیجنگ، ورکشاپس، کتابوں، اور دیگر کوٹنگز یا پرنٹنگ ایپلی کیشنز میں استعمال ہوتی ہے۔ تاہم، ان کی موروثی کارکردگی کی حدود وسیع تر ایپلی کیشنز کو محدود کرتی ہیں۔ جیسے جیسے معیار زندگی میں بہتری کے ساتھ ماحولیاتی اور حفاظت سے متعلق آگاہی بڑھ رہی ہے، پانی پر مبنی ماحول دوست سیاہی جو VOC کے اخراج کو کم کرتی ہے، تیزی سے سالوینٹس پر مبنی سیاہی کی جگہ لے رہی ہے، جو روایتی سالوینٹ پر مبنی سیاہی کی مارکیٹوں کو چیلنج کر رہی ہے۔

اس تناظر میں، نینو ٹیکنالوجی اور نامیاتی اور غیر نامیاتی مرکبات کی ہائبرڈائزیشن جیسے جدید طریقوں کے ذریعے پانی پر مبنی رال، خاص طور پر پانی پر مبنی پولی یوریتھینز میں ترمیم کرکے سیاہی کی کارکردگی کو بڑھانا مستقبل میں پانی پر مبنی سیاہی کی نشوونما کے لیے اہم ہے۔ لہذا، وسیع تر ایپلی کیشنز کے لیے پانی پر مبنی سیاہی کی کارکردگی کو بڑھانے کے لیے رال میں ترمیم کے بارے میں مزید جامع تحقیق کی ضرورت ہے۔