Archwilio Datblygiad Inciau Seiliedig ar Ddŵr ac Astudio Inciau Polywrethan sy'n Seiliedig ar Ddŵr Eco-Gyfeillgar

Mae llygredd aer wedi bod yn bryder mawr ers amser maith, gydag allyriadau nwyon gwenwynig fel VOCs yn gyfranwyr sylweddol ochr yn ochr â ffenomenau naturiol fel stormydd llwch. Wrth i ymwybyddiaeth o ddiogelu'r amgylchedd dyfu a bod polisïau cenedlaethol amrywiol yn cael eu gweithredu, mae'r diwydiant argraffu, allyrrwr VOC mawr, wedi wynebu diwygio anochel. O ganlyniad, mae inciau argraffu ecogyfeillgar wedi dod yn ganolbwynt mewn ymchwil diwydiant argraffu byd-eang. Ymhlith yr inciau ecogyfeillgar sydd ar gael, gan gynnwys inciau dŵr, inciau y gellir eu gwella ag ynni, ac inciau sy'n seiliedig ar olew llysiau, inciau dŵr yw'r rhai a ddefnyddir fwyaf. Mae inciau sy'n seiliedig ar ddŵr yn cynnwys cyfran is o doddyddion organig, gan leihau allyriadau VOC ac alinio ag egwyddorion diogelu'r amgylchedd. Fodd bynnag, mae anfanteision i inciau sy'n seiliedig ar ddŵr hefyd fel amseroedd sychu a halltu araf a gwrthiant dŵr ac alcali gwael, gan gyfyngu ar eu cymhwysiad mewn inciau diwydiannol traddodiadol. Felly, mae gwella'r gwendidau hyn trwy addasu resin wedi dod yn ffocws sylweddol. Mae'r papur hwn yn amlinellu datblygiad a chymhwysiad inciau seiliedig ar ddŵr, yr astudiaeth o addasiadau resin, y cynnydd mewn ymchwil ar inciau argraffu gan ddefnyddio polywrethanau dŵr, a'r rhagolygon ar gyfer y dyfodol yn y maes hwn.

• Arbrofol

1. Datblygu Inciau Seiliedig ar Ddŵr

Mae gan inciau hanes hir, yn dod i'r amlwg ochr yn ochr â dyfeisio argraffu. Ar ôl cyflwyno Lithol Red Pigment ym 1900, daeth inciau'n eang, gan annog gwledydd i fuddsoddi mewn ymchwil inc. Mae inciau seiliedig ar ddŵr yn ddeilliad sy'n deillio o alwadau uwch am ymarferoldeb inc. Dechreuodd ymchwil ar inciau seiliedig ar ddŵr dramor yn y 1960au, yn bennaf i gyflymu cyfraddau argraffu a lleihau dibyniaeth ar ddeunyddiau crai petrolewm. Roedd yr inciau hyn yn defnyddio cyfansoddion organig fel bensenau a shellac neu lignosulfonate sodiwm fel prif ddeunyddiau i ddiwallu anghenion argraffu ar y pryd. Yn y 1970au, datblygodd ymchwilwyr resin emwlsiwn polymer gyda strwythur craidd-cragen a rhwydwaith trwy bolymeru monomerau acrylig gyda styrene, gan gynnal sglein yr inciau a gwrthiant dwr wrth fodloni gofynion amgylcheddol. Fodd bynnag, wrth i ymwybyddiaeth amgylcheddol gynyddu ac wrth i ddeddfau amgylcheddol llymach gael eu deddfu, gostyngodd cyfran yr organigyn seiliedig ar bensen mewn inciau. Erbyn yr 1980au, cyflwynodd gwledydd Gorllewin Ewrop y cysyniadau a'r technolegau "argraffu inc gwyrdd" ac "argraffu inc newydd yn seiliedig ar ddŵr."

Dechreuodd diwydiant inc Tsieina yn y Brenhinllin Qing hwyr gyda chynhyrchu arian cyfred, gan ddibynnu'n fawr ar inciau a fewnforiwyd tan 1975, pan ddatblygodd a chynhyrchodd Tianjin Ink Factory a Gangu Ink Factory yr inc gravure domestig cyntaf yn seiliedig ar ddŵr. Erbyn y 1990au, roedd Tsieina wedi mewnforio dros 100 o linellau cynhyrchu argraffu flexo, gan hyrwyddo'r defnydd o inciau seiliedig ar ddŵr yn gyflym. Yn 2003, datblygodd Sefydliad Ymchwil Technoleg Ddiwydiannol Tsieina gynhyrchion cysylltiedig yn llwyddiannus, ac yn gynnar yn 2004, cynhyrchodd Shanghai Meide Company inc thermosetio tymheredd isel llawn dŵr yn bodloni safonau Japaneaidd ac Almaeneg. Er bod ymchwil Tsieina ar inciau seiliedig ar ddŵr wedi gweld datblygiad cyflym ar ddechrau'r 21ain ganrif, roedd gwledydd y Gorllewin eisoes wedi cyflawni cynnydd sylweddol: roedd tua 95% o gynhyrchion flexo ac 80% o gynhyrchion gravure yn yr Unol Daleithiau yn defnyddio inciau seiliedig ar ddŵr, tra bod y DU a mabwysiadodd Japan inciau dŵr ar gyfer pecynnu bwyd a fferyllol. Yn gymharol, roedd datblygiad Tsieina yn arafach.

Er mwyn hyrwyddo'r farchnad ymhellach, cyflwynodd Tsieina y safon inc seiliedig ar ddŵr gyntaf ym mis Mai 2007 ac yn 2011 eiriolodd dros "ddatblygiad arloesi gwyrdd," gyda'r nod o ddisodli inciau sy'n seiliedig ar doddydd ag inciau seiliedig ar ddŵr. Yn y "13eg Cynllun Pum Mlynedd" 2016 ar gyfer y diwydiant argraffu, roedd "ymchwil ar ddeunyddiau amgylcheddol dŵr" ac "argraffu gwyrdd" yn ffocws allweddol. Erbyn 2020, ehangodd hyrwyddiad cenedlaethol argraffu gwyrdd a digidol y farchnad inc seiliedig ar ddŵr.

2. Defnyddio Inciau Seiliedig ar Ddŵr

Yn gynnar yn yr 20fed ganrif, cymhwysodd yr Unol Daleithiau inciau dŵr am y tro cyntaf mewn argraffu flexo. Erbyn y 1970au, roedd inciau gravure o ansawdd uchel yn seiliedig ar ddŵr yn cael eu defnyddio'n helaeth ar gyfer papurau pecynnu amrywiol, silffoedd llyfrau trwchus, a chardbord. Yn yr 1980au, datblygwyd inciau argraffu sgrin sgleiniog a matte dramor, gan ehangu eu cymhwysiad i ffabrigau, papur, PVC, polystyren, ffoil alwminiwm a metelau. Ar hyn o bryd, oherwydd eu nodweddion eco-gyfeillgar, nad ydynt yn wenwynig, a diogel, defnyddir inciau dŵr yn bennaf mewn argraffu pecynnu bwyd, megis pecynnu tybaco a photeli diod. Wrth i ddeddfau amgylcheddol wella, mae'r defnydd o inciau sy'n seiliedig ar ddŵr yn parhau i arallgyfeirio a dwysáu. Mae Tsieina hefyd yn hyrwyddo eu defnydd yn raddol yn y diwydiant argraffu.

• Canlyniadau a Thrafodaeth

1. Ymchwil ar Addasiadau Resin

Mae perfformiad inc yn cael ei ddylanwadu gan wahaniaethau resin. Yn gyffredinol, mae resinau inc sy'n seiliedig ar ddŵr yn nodweddiadol yn polywrethan, emylsiynau acrylig wedi'u haddasu, neu resinau polyacrylig. Defnyddir resinau polywrethan dŵr (WPU), gyda sglein uwch, yn eang mewn argraffu pecynnu. Felly, mae gwella perfformiad WPU i wella cyfeillgarwch amgylcheddol a sglein inc dŵr wedi dod yn ffocws yn y diwydiant argraffu.

2. Addasu Polywrethanau Seiliedig ar Ddŵr

Gellir dosbarthu polywrethanau dŵr, sy'n cynnwys polyolau pwysau moleciwlaidd isel, yn fathau o polyester, polyether, a hybrid. Yn seiliedig ar briodweddau gwahanol bolymerau polyester a polyether, mae eu cryfder a'u sefydlogrwydd yn amrywio. Yn gyffredinol, mae gan polywrethan polyether gryfder a sefydlogrwydd is na polywrethanau polyester ond maent yn dangos gwell ymwrthedd tymheredd uchel ac yn llai tebygol o gael hydrolysis. Er enghraifft, mae cynyddu "cysondeb" yr inc trwy ddefnyddio ether monomethyl polyethylen glycol yn gwella ei nodweddion goddefgarwch. Fodd bynnag, dim ond pwynt cyfeirio yw hwn. Mae sefydliadau ymchwil amrywiol yn mabwysiadu gwahanol ddulliau i wella agweddau penodol ar WPU.

Er enghraifft, yn 2010, dewiswyd resinau epocsi gyda chaledwch uchel a chryfder effaith i fynd i'r afael â materion gludedd inc ac adlyniad, a thrwy hynny wella cryfder inc. Yn 2006, defnyddiodd astudiaeth a gyhoeddwyd gan Brifysgol Cemegol Beijing polywrethan sy'n seiliedig ar ethylene glycol i ffurfio resin arbennig gyda segment meddal hir, gan wella hyblygrwydd inc a chryfhau inc seiliedig ar ddŵr yn anuniongyrchol. Mae rhai timau'n cyflawni canlyniadau addasu trwy ychwanegu sylweddau cemegol: ymgorffori silica neu organosilicon i wella WPU, gan arwain at gryfder tynnol inc gwell. Defnyddir polywrethan nitril bwtadien â therfyniad carboxyl i wella perfformiad plygu inc a gludedd, gan addasu i amgylcheddau mwy cymhleth.

Felly, mae ymchwilwyr fel arfer yn dewis polyesterau penodol yn seiliedig ar briodweddau'r inc, gan ddefnyddio polyolau a polyolau priodol i syntheseiddio polyolau polyester sy'n gwrthsefyll gwres, gan gyflwyno grwpiau pegynol â adlyniad cryf, dewis deunyddiau crai addas i wella crisialu polywrethan, a defnyddio cyfryngau cyplu i wella gludyddion WPU. lleithder a gwrthsefyll gwres.

3. Addasiad Gwrthiant Dŵr

Gan fod inc yn cael ei ddefnyddio'n bennaf ar gyfer pecynnu allanol ac yn cysylltu â dŵr yn aml, gall ymwrthedd dŵr gwael arwain at lai o galedwch, sglein, a hyd yn oed pilio neu ddifrod inc, gan effeithio'n sylweddol ar berfformiad storio. Mae gwella ymwrthedd dŵr WPU yn gwella perfformiad storio inc trwy ddefnyddio polyolau â gwrthiant dŵr da fel deunyddiau. Er enghraifft, gall addasu WPU gyda monomerau acrylig neu addasu cynnwys resin epocsi wella ymwrthedd dŵr inc.

Ar wahân i ddefnyddio polymerau gwrthsefyll dŵr uchel i ddisodli polywrethan safonol, mae ymchwilwyr yn aml yn ychwanegu sylweddau organig neu anorganig i gyflawni'r effaith a ddymunir. Er enghraifft, mae ymgorffori silica nanoscale mewn resin yn gwella ymwrthedd a chryfder dŵr, dull a ddefnyddir yn eang mewn cynhyrchu inc. Mae'r "dull copolymerization emwlsiwn" yn creu PUA cyfansawdd i wella ymwrthedd dŵr, tra bod dulliau fel addasu ether monomethyl polyethylen glycol a synthesis aseton o WPU a addaswyd gan organosilicon yn gwella ymwrthedd dŵr.

4. Addasiad Gwrthiant Tymheredd Uchel

Yn gyffredinol, mae ymwrthedd tymheredd uchel WPU yn gymharol wan, gan gyfyngu ar wrthwynebiad gwres inc sy'n seiliedig ar ddŵr. Yn nodweddiadol mae gan polywrethanau polyether well ymwrthedd tymheredd uchel na polywrethanau polyester oherwydd nifer y bondiau dwbl. Mae ychwanegu polymerau cadwyn hir neu esterau / etherau cylch bensen fel monomerau polymerization yn gwella ymwrthedd tymheredd uchel polymer ac, o ganlyniad, ymwrthedd gwres inc seiliedig ar ddŵr. Yn ogystal â defnyddio polywrethan polyether cadwyn hir, mae rhai timau'n defnyddio deunyddiau cyfansawdd i gynyddu cymhlethdod a gwella ymwrthedd tymheredd uchel. Er enghraifft, mae ychwanegu antimoni tun ocsid nano i WPU wedi'i syntheseiddio o DMPA, polyether 220, ac IPDI yn galluogi haenau inc i amsugno gwres, gan wella ymwrthedd tymheredd uchel. Mae ychwanegu airgel silica i polywrethan hefyd yn lleihau dargludedd thermol ac yn gwella ymwrthedd gwres inc.

5. Addasiad Sefydlogrwydd

Mae sefydlogrwydd WPU yn effeithio'n sylweddol ar berfformiad storio inc seiliedig ar ddŵr. Ar wahân i ddŵr a gwrthiant tymheredd uchel, mae pwysau moleciwlaidd a threfniant strwythur yn hanfodol. Yn gyffredinol, mae resinau polyester yn fwy sefydlog na resinau polyether oherwydd mwy o fondiau hydrogen yn y strwythur moleciwlaidd. Mae ychwanegu sylweddau ester i ffurfio polywrethanau cymysg yn cynyddu sefydlogrwydd, megis defnyddio gwasgariad isocyanate a silane i greu WPU cydran ddeuol gyda gwell sefydlogrwydd a gwrthiant abrasion. Gall triniaeth gwres ac oeri hefyd greu mwy o fondiau hydrogen, tynhau trefniant moleciwlaidd a gwella sefydlogrwydd WPU a pherfformiad storio inc seiliedig ar ddŵr.

6. Gwella Adlyniad

Er bod optimeiddio WPU yn gwella ymwrthedd dŵr, ymwrthedd tymheredd uchel, a sefydlogrwydd, mae WPUs yn dal i ddangos adlyniad gwael i gynhyrchion plastig polyethylen (PE) oherwydd pwysau moleciwlaidd a pholaredd. Yn nodweddiadol, mae polymerau neu fonomerau polaredd a phwysau moleciwlaidd tebyg yn cael eu hychwanegu i wella WPU a gwella adlyniad inc seiliedig ar ddŵr i ddeunyddiau nad ydynt yn begynol. Er enghraifft, mae cyd-polymereiddio WPU â resin polyvinyl clorid-hydroxyethyl acrylate yn gwella adlyniad diddos rhwng inciau a haenau. Mae ychwanegu resin polyester acrylig i WPU yn creu strwythur cyswllt moleciwlaidd unigryw, gan wella adlyniad WPU yn sylweddol. Fodd bynnag, gall y dulliau hyn effeithio ar briodweddau inc gwreiddiol fel sglein. Felly, mae technegau diwydiannol yn trin deunyddiau heb newid eiddo i wella adlyniad inc, megis actifadu arwynebau ag electrodau neu driniaeth fflam tymor byr i gynyddu arsugniad.

• Casgliad

Ar hyn o bryd, mae inciau seiliedig ar ddŵr yn cael eu defnyddio'n helaeth mewn pecynnu bwyd, pecynnu fferyllol, gweithdai, llyfrau, a haenau eraill neu gymwysiadau argraffu. Fodd bynnag, mae eu cyfyngiadau perfformiad cynhenid ​​yn cyfyngu ar gymwysiadau ehangach. Wrth i ymwybyddiaeth amgylcheddol a diogelwch gynyddu gyda safonau byw gwell, mae inciau ecogyfeillgar sy'n seiliedig ar ddŵr sy'n lleihau allyriadau VOC yn disodli inciau sy'n seiliedig ar doddydd yn gynyddol, gan herio marchnadoedd inc traddodiadol sy'n seiliedig ar doddydd.

Yn y cyd-destun hwn, mae gwella perfformiad inc trwy addasu resinau dŵr, yn enwedig polywrethanau dŵr, trwy ddulliau arloesol megis nanotechnoleg a hybrideiddio cyfansoddion organig ac anorganig yn hanfodol ar gyfer datblygu inc dŵr yn y dyfodol. Felly, mae angen ymchwil gynhwysfawr bellach ar addasiadau resin i wella perfformiad inc seiliedig ar ddŵr ar gyfer cymwysiadau ehangach.