Suvga asoslangan siyohlarning rivojlanishini o'rganish va ekologik toza suvga asoslangan poliuretan siyohlarni o'rganish

Havoning ifloslanishi uzoq vaqtdan beri asosiy tashvish bo'lib kelgan, chang bo'ronlari kabi tabiiy hodisalar bilan bir qatorda VOC kabi zaharli gazlar emissiyasi ham muhim hissa qo'shadi. Atrof-muhitni muhofaza qilish bo'yicha xabardorlik o'sib borishi va turli xil milliy siyosatlar amalga oshirilganligi sababli, asosiy VOC emitenti bo'lgan poligrafiya sanoati muqarrar islohotlarga duch keldi. Shunday qilib, ekologik toza bosma siyohlar global poligrafiya sanoati tadqiqotlarida asosiy nuqtaga aylandi. Mavjud ekologik toza siyohlar orasida, jumladan, suvga asoslangan siyohlar, energiya bilan davolanadigan siyohlar va o'simlik moyiga asoslangan siyohlar, suvga asoslangan siyohlar eng keng tarqalgan. Suvga asoslangan siyohlar organik erituvchilarning kamroq qismini o'z ichiga oladi, bu VOC emissiyasini kamaytiradi va atrof-muhitni muhofaza qilish tamoyillariga mos keladi. Shu bilan birga, suvga asoslangan siyohlar, shuningdek, sekin quritish va quritish vaqtlari va yomon suv va gidroksidi qarshilik kabi kamchiliklarga ega, bu ularning an'anaviy sanoat siyohlarida qo'llanilishini cheklaydi. Shunday qilib, qatronlarni o'zgartirish orqali ushbu zaif tomonlarni yaxshilash muhim e'tiborga aylandi. Ushbu maqolada suv asosidagi siyohlarni ishlab chiqish va qo'llash, qatron modifikatsiyalarini o'rganish, suvga asoslangan poliuretanlardan foydalangan holda bosma siyohlar bo'yicha tadqiqotlardagi yutuqlar va bu sohadagi kelajak istiqbollari ko'rsatilgan.

• Eksperimental

1. Suvga asoslangan siyohlarni ishlab chiqish

Murakkablar bosib chiqarish ixtirosi bilan birga paydo bo'lgan uzoq tarixga ega. 1900 yilda Lithol Red Pigment joriy etilgandan so'ng, siyohlar keng tarqalib, mamlakatlarni siyoh tadqiqotiga sarmoya kiritishga undadi. Suvga asoslangan siyohlar siyohning amaliyligi uchun yuqori talablardan kelib chiqqan hosiladir. Suvga asoslangan siyohlar bo'yicha tadqiqotlar 1960-yillarda xorijda boshlangan, birinchi navbatda, bosib chiqarish tezligini tezlashtirish va neftga asoslangan xom ashyoga bog'liqlikni kamaytirish uchun. Ushbu siyohlar o'sha paytdagi bosma ehtiyojlarni qondirish uchun asosiy materiallar sifatida benzollar va shellac yoki natriy lignosulfonat kabi organik birikmalardan foydalangan. 1970-yillarda tadqiqotchilar akril monomerlarni stirol bilan polimerlash, siyohning yorqinligi va suvga chidamliligini saqlab, atrof-muhit talablariga javob berish orqali yadro qobig'i va tarmoq tuzilishiga ega polimer emulsiya qatronini ishlab chiqdilar. Biroq, atrof-muhitga oid xabardorlik oshgani va qat'iy ekologik qonunlar qabul qilinganligi sababli, siyohlardagi benzolga asoslangan organik moddalar ulushi kamaydi. 1980-yillarga kelib Gʻarbiy Yevropa mamlakatlarida “yashil siyoh bosib chiqarish” va “yangi suv asosidagi siyoh bosib chiqarish” tushunchalari va texnologiyalari joriy etildi.

Xitoyning siyoh sanoati Qing sulolasining oxirida valyuta ishlab chiqarish bilan boshlandi, 1975 yilgacha Tianjin siyoh fabrikasi va Gangu siyoh fabrikasi birinchi mahalliy suvga asoslangan gravür siyohni ishlab chiqdi va ishlab chiqargunga qadar import qilingan siyohlarga tayandi. 1990-yillarga kelib, Xitoy 100 dan ortiq flekso bosma ishlab chiqarish liniyalarini import qildi, bu esa suvga asoslangan siyohlardan foydalanishni tez sur'atda rivojlantirdi. 2003 yilda Xitoy sanoat texnologiyalari tadqiqot instituti tegishli mahsulotlarni muvaffaqiyatli ishlab chiqdi va 2004 yil boshida Shanxay Meide kompaniyasi Yaponiya va Germaniya standartlariga javob beradigan to'liq suvga asoslangan, past haroratli termoset siyoh ishlab chiqardi. Xitoyning suvga asoslangan siyohlar bo'yicha tadqiqotlari 21-asr boshlarida jadal rivojlanishga erishgan bo'lsa-da, G'arb mamlakatlari allaqachon sezilarli yutuqlarga erishgan: Qo'shma Shtatlardagi flekso mahsulotlarning taxminan 95 foizi va gravür mahsulotlarining 80 foizi suvga asoslangan siyohlardan foydalangan, Buyuk Britaniya esa va Yaponiya oziq-ovqat va farmatsevtika mahsulotlarini qadoqlash uchun suvga asoslangan siyohlarni qabul qildi. Nisbatan, Xitoyning rivojlanishi sekinroq edi.

Bozorni yanada targ'ib qilish uchun Xitoy 2007 yil may oyida birinchi suvga asoslangan siyoh standartini joriy qildi va 2011 yilda erituvchiga asoslangan siyohlarni suvga asoslangan siyohlar bilan almashtirishni maqsad qilgan "yashil innovatsiyalarni rivojlantirish" ni himoya qildi. Poligrafiya sanoati uchun 2016 yilgi "13-besh yillik reja"da "suvga asoslangan ekologik materiallar bo'yicha tadqiqotlar" va "yashil bosma" asosiy yo'nalishlar bo'ldi. 2020 yilga kelib, yashil va raqamli bosib chiqarishning milliy targ'iboti suvga asoslangan siyoh bozorini kengaytirdi.

2. Suvga asoslangan siyohlarni qo'llash

20-asrning boshlarida Qo'shma Shtatlar birinchi marta flekso bosib chiqarishda suvga asoslangan siyohlarni qo'llagan. 1970-yillarga kelib, yuqori sifatli suvga asoslangan gravür siyohlari turli xil qadoqlash qog'ozlari, qalin kitob javonlari va karton uchun keng qo'llanila boshlandi. 1980-yillarda xorijda porloq va mot ekranli bosma suvga asoslangan siyohlar ishlab chiqilib, ularning matolar, qog'oz, PVX, polistirol, alyuminiy folga va metallarga qo'llanilishi kengaytirildi. Hozirgi vaqtda ekologik toza, toksik bo'lmagan va xavfsiz xususiyatlari tufayli suvga asoslangan siyohlar asosan tamaki qadoqlari va ichimliklar idishlari kabi oziq-ovqat mahsulotlarini chop etishda qo'llaniladi. Atrof-muhit qonunlari takomillashgani sayin, suvga asoslangan siyohlarni qo'llash diversifikatsiya va faollashishda davom etmoqda. Xitoy ham ularni matbaa sanoatida qo'llashni izchil rivojlantirmoqda.

• Natijalar va muhokama

1. Qatronlar modifikatsiyalari bo'yicha tadqiqotlar

Murakkab ishlashi qatronlar farqiga ta'sir qiladi. Odatda, suvga asoslangan siyoh qatronlari odatda poliuretan, o'zgartirilgan akril emulsiyalar yoki poliakril qatronlardir. Suvga asoslangan poliuretan (WPU) qatronlari, yuqori porlashi bilan, qadoqlashda chop etishda keng qo'llaniladi. Shunday qilib, suvga asoslangan siyohning ekologik tozaligi va porlashini yaxshilash uchun WPU ish faoliyatini yaxshilash poligrafiya sanoatida asosiy e'tiborga aylandi.

2. Suvga asoslangan poliuretanlarni o'zgartirish

Past molekulyar og'irlikdagi poliollardan tashkil topgan suvga asoslangan poliuretanlarni poliester, polieter va gibrid turlarga bo'lish mumkin. Polyester va polieter polimerlarning turli xossalariga asoslanib, ularning mustahkamligi va barqarorligi farqlanadi. Umuman olganda, polieter poliuretanlar polyester poliuretanlarga qaraganda past kuch va barqarorlikka ega, ammo yuqori haroratga yaxshi qarshilik ko'rsatadi va gidrolizga kamroq moyil bo'ladi. Misol uchun, polietilen glikol monometil efir yordamida siyohning "konsistensiyasi" ni oshirish uning bardoshlik xususiyatlarini yaxshilaydi. Biroq, bu faqat mos yozuvlar nuqtasi. Turli tadqiqot institutlari WPUning o'ziga xos jihatlarini yaxshilash uchun turli usullarni qo'llaydi.

Misol uchun, 2010 yilda siyohning yopishqoqligi va yopishish muammolarini hal qilish uchun yuqori qattiqlik va zarba kuchiga ega epoksi qatronlar tanlab olindi va shu bilan siyoh kuchini oshirdi. 2006 yilda Pekin Kimyo Universiteti tomonidan chop etilgan tadqiqotda etilen glikol asosidagi poliuretandan uzun yumshoq segmentli maxsus qatronlar hosil qilish, siyohning moslashuvchanligini yaxshilash va suvga asoslangan siyohni bilvosita mustahkamlagan. Ba'zi jamoalar kimyoviy moddalarni qo'shish orqali modifikatsiya natijalariga erishadilar: WPUni yaxshilash uchun kremniy yoki organosilikonni o'z ichiga oladi, bu esa siyohning kuchlanish kuchini oshiradi. Karboksil bilan yakunlangan butadien nitril poliuretan murakkabroq muhitlarga moslashib, siyohning egilish samaradorligi va yopishqoqligini yaxshilash uchun ishlatiladi.

Shunday qilib, tadqiqotchilar odatda siyoh xususiyatlariga asoslangan maxsus poliesterlarni tanlaydilar, issiqqa chidamli poliester poliollarini sintez qilish uchun tegishli poli kislotalar va poliollardan foydalanadilar, kuchli yopishqoqlikka ega qutbli guruhlarni kiritadilar, poliuretanning kristalliligini yaxshilash uchun mos xom ashyoni tanlaydilar va WPU yopishtiruvchi moddalarni yaxshilash uchun biriktiruvchi vositalardan foydalanadilar. namlik va issiqlikka chidamlilik.

3. Suvga chidamlilik modifikatsiyasi

Murakkab asosan tashqi qadoqlash uchun ishlatilganligi va tez-tez suv bilan aloqa qilganligi sababli, suvga chidamliligi pastligi qattiqlik, porlash va hatto siyohning tozalanishi yoki shikastlanishiga olib kelishi mumkin, bu esa saqlash ishiga sezilarli ta'sir qiladi. WPU suvga chidamliligini yaxshilash material sifatida yaxshi suvga chidamli poliollardan foydalanish orqali siyohni saqlash samaradorligini oshiradi. Masalan, WPUni akril monomerlar bilan o'zgartirish yoki epoksi qatroni tarkibini sozlash siyoh suvga chidamliligini oshirishi mumkin.

Standart poliuretanni almashtirish uchun yuqori suvga chidamli polimerlardan foydalanishdan tashqari, tadqiqotchilar ko'pincha kerakli effektga erishish uchun organik yoki noorganik moddalarni qo'shadilar. Misol uchun, nano o'lchamdagi kremniyni qatronga kiritish suvga chidamlilik va kuchni oshiradi, siyoh ishlab chiqarishda keng qo'llaniladigan usul. "Emulsiya kopolimerizatsiya usuli" suvga chidamliligini oshirish uchun kompozit PUA hosil qiladi, polietilen glikol monometil efir modifikatsiyasi va organosilikon bilan o'zgartirilgan WPUning aseton sintezi kabi usullar suvga chidamliligini oshiradi.

4. Yuqori haroratga chidamlilikni o'zgartirish

Umuman olganda, WPU ning yuqori haroratga chidamliligi nisbatan zaif, suvga asoslangan siyohning issiqlikka chidamliligini cheklaydi. Polieter poliuretanlar odatda er-xotin bog'lanishlar soni tufayli polyester poliuretanlarga qaraganda yaxshiroq yuqori haroratga chidamliligiga ega. Polimerizatsiya monomerlari sifatida uzun zanjirli polimerlarni yoki benzol halqali efirlarni/efirlarni qo'shish polimerning yuqori haroratga chidamliligini va shuning uchun suvga asoslangan siyohning issiqlikka chidamliligini yaxshilaydi. Uzoq zanjirli polieter poliuretanlardan foydalanish bilan bir qatorda, ba'zi jamoalar murakkablikni oshirish va yuqori haroratga chidamliligini oshirish uchun kompozit materiallardan foydalanadilar. Misol uchun, DMPA, polieter 220 va IPDI dan sintez qilingan WPUga nano qalay oksidi surma qo'shilishi siyoh qatlamlarining issiqlikni yutish imkonini beradi va yuqori haroratga chidamliligini oshiradi. Poliuretanga silika aerojel qo'shilishi ham issiqlik o'tkazuvchanligini pasaytiradi va siyohning issiqlikka chidamliligini oshiradi.

5. Barqarorlikni o'zgartirish

WPU barqarorligi suvga asoslangan siyohni saqlash ishiga sezilarli ta'sir qiladi. Suv va yuqori haroratga chidamliligi bilan bir qatorda, molekulyar og'irlik va strukturaning joylashishi hal qiluvchi ahamiyatga ega. Polyester qatronlari molekulyar tuzilishda ko'proq vodorod aloqalari tufayli polieter qatronlariga qaraganda ancha barqarordir. Aralash poliuretanlarni hosil qilish uchun ester moddalarini qo'shish barqarorlikni oshiradi, masalan, izosiyanat va silan dispersiyasidan foydalanish, barqarorlik va aşınma qarshilik yaxshilangan ikki komponentli WPU yaratish. Issiqlik bilan ishlov berish va sovutish, shuningdek, ko'proq vodorod aloqalarini yaratishi, molekulyar tartibga solishni kuchaytirishi va WPU barqarorligi va suvga asoslangan siyohni saqlash samaradorligini oshirishi mumkin.

6. Adezyonni yaxshilash

WPU ni optimallashtirish suvga chidamliligini, yuqori haroratga chidamliligini va barqarorligini yaxshilagan bo'lsa-da, WPUlar hali ham molekulyar og'irlik va qutblilik tufayli polietilen (PE) plastmassa mahsulotlariga yomon yopishadi. Odatda, shunga o'xshash polarit va molekulyar og'irlikdagi polimerlar yoki monomerlar WPU ni yaxshilash va qutbsiz materiallarga suvga asoslangan siyoh yopishishini yaxshilash uchun qo'shiladi. Masalan, polivinilxlorid-gidroksietil akrilat qatroni bilan birgalikda polimerizatsiya qiluvchi WPU siyoh va qoplamalar orasidagi suv o'tkazmaydigan yopishqoqlikni yaxshilaydi. WPUga akril poliester qatroni qo'shilishi WPU yopishishini sezilarli darajada kuchaytiradigan noyob molekulyar bog'lanish strukturasini yaratadi. Biroq, bu usullar yorqinlik kabi asl siyoh xususiyatlariga ta'sir qilishi mumkin. Shu sababli, sanoat texnikasi siyoh yopishishini yaxshilash uchun xususiyatlarni o'zgartirmasdan, masalan, elektrodlar bilan yuzalarni faollashtirish yoki adsorbsiyani oshirish uchun qisqa muddatli olov bilan ishlov berish kabi materiallarga ishlov beradi.

• Xulosa

Hozirgi vaqtda suvga asoslangan siyohlar oziq-ovqat mahsulotlarini qadoqlash, farmatsevtika qadoqlash, ustaxonalar, kitoblar va boshqa qoplamalar yoki bosma ilovalarda keng qo'llaniladi. Biroq, ularning o'ziga xos ishlash cheklovlari kengroq ilovalarni cheklaydi. Atrof-muhit va xavfsizlik bo'yicha xabardorlik turmush darajasining yaxshilanishi bilan o'sib borar ekan, VOC emissiyasini kamaytiradigan suvga asoslangan ekologik toza siyohlar tobora ko'proq erituvchiga asoslangan siyohlarni almashtirib, an'anaviy solventga asoslangan siyoh bozorlarini qiyinlashtirmoqda.

Shu nuqtai nazardan, nanotexnologiya va organik va noorganik birikmalarning gibridizatsiyasi kabi innovatsion usullar orqali suvga asoslangan qatronlar, ayniqsa suvga asoslangan poliuretanlarni o'zgartirish orqali siyoh samaradorligini oshirish kelajakda suvga asoslangan siyohni rivojlantirish uchun juda muhimdir. Shu sababli, kengroq ilovalar uchun suvga asoslangan siyoh ish faoliyatini yaxshilash uchun qatron modifikatsiyalari bo'yicha qo'shimcha keng qamrovli tadqiqotlar talab etiladi.