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जल-आधारित स्याही के विकास की खोज और पर्यावरण-अनुकूल जल-आधारित पॉलीयूरेथेन स्याही का अध्ययन
वायु प्रदूषण लंबे समय से एक बड़ी चिंता का विषय रहा है, जिसमें धूल भरी आंधियों जैसी प्राकृतिक घटनाओं के साथ-साथ वीओसी जैसी जहरीली गैस उत्सर्जन का भी महत्वपूर्ण योगदान है। जैसे-जैसे पर्यावरण संरक्षण के बारे में जागरूकता बढ़ती है और विभिन्न राष्ट्रीय नीतियां लागू होती हैं, मुद्रण उद्योग, एक प्रमुख वीओसी उत्सर्जक, को अपरिहार्य सुधार का सामना करना पड़ा है। नतीजतन, पर्यावरण-अनुकूल मुद्रण स्याही वैश्विक मुद्रण उद्योग अनुसंधान में एक केंद्र बिंदु बन गई है। उपलब्ध पर्यावरण-अनुकूल स्याही में, पानी-आधारित स्याही, ऊर्जा-इलाज योग्य स्याही और वनस्पति तेल-आधारित स्याही सहित, पानी-आधारित स्याही सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाती हैं। जल-आधारित स्याही में कार्बनिक सॉल्वैंट्स का अनुपात कम होता है, जो वीओसी उत्सर्जन को कम करता है और पर्यावरण संरक्षण सिद्धांतों के अनुरूप होता है। हालाँकि, पानी-आधारित स्याही में धीमी गति से सूखने और ठीक होने का समय और खराब पानी और क्षार प्रतिरोध जैसी कमियां भी हैं, जो पारंपरिक औद्योगिक स्याही में उनके अनुप्रयोग को सीमित करती हैं। इस प्रकार, राल संशोधन के माध्यम से इन कमजोरियों में सुधार करना एक महत्वपूर्ण फोकस बन गया है। यह पेपर जल-आधारित स्याही के विकास और अनुप्रयोग, राल संशोधनों के अध्ययन, जल-आधारित पॉलीयुरेथेन का उपयोग करके मुद्रण स्याही पर अनुसंधान में प्रगति और इस क्षेत्र में भविष्य की संभावनाओं की रूपरेखा देता है।
- प्रयोगात्मक
- जल-आधारित स्याही का विकास
स्याही का एक लंबा इतिहास रहा है, जो मुद्रण के आविष्कार के साथ-साथ उभरा। 1900 में लिथॉल रेड पिगमेंट की शुरूआत के बाद, स्याही व्यापक हो गई, जिससे देशों को स्याही अनुसंधान में निवेश करने के लिए प्रेरित किया गया। जल-आधारित स्याही स्याही की व्यावहारिकता की उच्च माँगों के परिणामस्वरूप व्युत्पन्न हैं। जल-आधारित स्याही पर अनुसंधान 1960 के दशक में विदेशों में शुरू हुआ, मुख्य रूप से मुद्रण दरों में तेजी लाने और पेट्रोलियम-आधारित कच्चे माल पर निर्भरता को कम करने के लिए। इन स्याही में उस समय मुद्रण आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए मुख्य सामग्री के रूप में बेंजीन और शेलैक या सोडियम लिग्नोसल्फोनेट जैसे कार्बनिक यौगिकों का उपयोग किया जाता था। 1970 के दशक में, शोधकर्ताओं ने ऐक्रेलिक मोनोमर्स को स्टाइरीन के साथ पॉलिमराइज़ करके कोर-शेल और नेटवर्क संरचना के साथ एक पॉलिमर इमल्शन रेज़िन विकसित किया, जो पर्यावरणीय आवश्यकताओं को पूरा करते हुए स्याही की चमक और पानी प्रतिरोध को बनाए रखता है। हालाँकि, जैसे-जैसे पर्यावरण जागरूकता बढ़ी और सख्त पर्यावरण कानून बनाए गए, स्याही में बेंजीन-आधारित ऑर्गेनिक्स का अनुपात कम हो गया। 1980 के दशक तक, पश्चिमी यूरोपीय देशों ने "हरित स्याही मुद्रण" और "नई जल-आधारित स्याही मुद्रण" की अवधारणाओं और प्रौद्योगिकियों की शुरुआत की।
चीन का स्याही उद्योग मुद्रा के उत्पादन के साथ किंग राजवंश के अंत में शुरू हुआ, जो 1975 तक आयातित स्याही पर बहुत अधिक निर्भर था, जब टियांजिन इंक फैक्ट्री और गंगू इंक फैक्ट्री ने पहली घरेलू जल-आधारित ग्रैव्यूअर स्याही विकसित और उत्पादित की। 1990 के दशक तक, चीन ने 100 से अधिक फ्लेक्सो प्रिंटिंग उत्पादन लाइनों का आयात किया था, जिससे जल-आधारित स्याही का उपयोग तेजी से आगे बढ़ा। 2003 में, चाइना इंडस्ट्रियल टेक्नोलॉजी रिसर्च इंस्टीट्यूट ने संबंधित उत्पादों को सफलतापूर्वक विकसित किया और 2004 की शुरुआत में, शंघाई मीडे कंपनी ने जापानी और जर्मन मानकों को पूरा करने वाली पूरी तरह से जल-आधारित, कम तापमान वाली थर्मोसेटिंग स्याही का उत्पादन किया। यद्यपि 21वीं सदी की शुरुआत में जल-आधारित स्याही पर चीन के शोध में तेजी से विकास हुआ तुलनात्मक रूप से, चीन का विकास धीमा था।
बाजार को और बढ़ावा देने के लिए, चीन ने मई 2007 में पहला जल-आधारित स्याही मानक पेश किया और 2011 में "हरित नवाचार विकास" की वकालत की, जिसका लक्ष्य विलायक-आधारित स्याही को पानी-आधारित स्याही से बदलना था। मुद्रण उद्योग के लिए 2016 की "13वीं पंचवर्षीय योजना" में, "जल-आधारित पर्यावरण सामग्री पर अनुसंधान" और "हरित मुद्रण" प्रमुख फोकस थे। 2020 तक, हरित और डिजिटल प्रिंटिंग के राष्ट्रीय प्रचार ने पानी आधारित स्याही बाजार का विस्तार किया।
- जल-आधारित स्याही का अनुप्रयोग
20वीं सदी की शुरुआत में, संयुक्त राज्य अमेरिका ने पहली बार फ्लेक्सो प्रिंटिंग में पानी आधारित स्याही का इस्तेमाल किया। 1970 के दशक तक, उच्च गुणवत्ता वाले पानी आधारित ग्रेव्योर स्याही का इस्तेमाल विभिन्न पैकेजिंग पेपर, मोटी बुकशेल्फ़ और कार्डबोर्ड के लिए व्यापक रूप से किया जाने लगा। 1980 के दशक में, चमकदार और मैट स्क्रीन प्रिंटिंग पानी आधारित स्याही विदेशों में विकसित की गई, जिससे कपड़ों, कागज़, PVC, पॉलीस्टाइनिन, एल्युमिनियम फ़ॉइल और धातुओं में उनका इस्तेमाल बढ़ा। वर्तमान में, उनके पर्यावरण के अनुकूल, गैर विषैले और सुरक्षित विशेषताओं के कारण, पानी आधारित स्याही का इस्तेमाल मुख्य रूप से खाद्य पैकेजिंग प्रिंटिंग में किया जाता है, जैसे कि तंबाकू पैकेजिंग और पेय की बोतलें। जैसे-जैसे पर्यावरण कानून बेहतर होते हैं, पानी आधारित स्याही का इस्तेमाल विविधतापूर्ण और तीव्र होता जाता है। चीन भी प्रिंटिंग उद्योग में उनके इस्तेमाल को बढ़ावा दे रहा है।
- परिणाम और चर्चा
- राल संशोधनों पर अनुसंधान
स्याही का प्रदर्शन राल अंतर से प्रभावित होता है। आम तौर पर, पानी आधारित स्याही रेजिन आमतौर पर पॉलीयूरेथेन, संशोधित ऐक्रेलिक इमल्शन, या पॉलीएक्रेलिक रेजिन होते हैं। बेहतर चमक के साथ जल-आधारित पॉलीयुरेथेन (डब्ल्यूपीयू) रेजिन का व्यापक रूप से पैकेजिंग प्रिंटिंग में उपयोग किया जाता है। इस प्रकार, पानी आधारित स्याही की पर्यावरण मित्रता और चमक में सुधार के लिए WPU प्रदर्शन को बढ़ाना मुद्रण उद्योग में फोकस बन गया है।
- जल-आधारित पॉलीयुरेथेन को संशोधित करना
कम आणविक भार वाले पॉलीओल्स से बने जल-आधारित पॉलीयुरेथेन को पॉलिएस्टर, पॉलीथर और हाइब्रिड प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है। पॉलिएस्टर और पॉलीथर पॉलिमर के विभिन्न गुणों के आधार पर, उनकी ताकत और स्थिरता अलग-अलग होती है। आम तौर पर, पॉलीथर पॉलीयुरेथेन में पॉलिएस्टर पॉलीयुरेथेन की तुलना में कम ताकत और स्थिरता होती है, लेकिन बेहतर उच्च तापमान प्रतिरोध प्रदर्शित करते हैं और हाइड्रोलिसिस की संभावना कम होती है। उदाहरण के लिए, पॉलीथीन ग्लाइकोल मोनोमिथाइल ईथर का उपयोग करके स्याही की "स्थिरता" बढ़ाने से इसकी सहनशीलता विशेषताओं में सुधार होता है। हालाँकि, यह केवल एक संदर्भ बिंदु है। विभिन्न शोध संस्थान WPU के विशिष्ट पहलुओं को बढ़ाने के लिए विभिन्न तरीके अपनाते हैं।
उदाहरण के लिए, 2010 में, उच्च कठोरता और प्रभाव शक्ति वाले एपॉक्सी रेजिन को स्याही की चिपचिपाहट और आसंजन के मुद्दों को संबोधित करने के लिए चुना गया था, जिससे स्याही की ताकत बढ़ गई थी। 2006 में, बीजिंग केमिकल यूनिवर्सिटी द्वारा प्रकाशित एक अध्ययन में लंबे नरम खंड के साथ एक विशेष राल बनाने के लिए एथिलीन ग्लाइकॉल-आधारित पॉलीयुरेथेन का उपयोग किया गया, जिससे स्याही के लचीलेपन में सुधार हुआ और अप्रत्यक्ष रूप से पानी आधारित स्याही को मजबूत किया गया। कुछ टीमें रासायनिक पदार्थों को जोड़कर संशोधन परिणाम प्राप्त करती हैं: डब्ल्यूपीयू में सुधार करने के लिए सिलिका या ऑर्गेनोसिलिकॉन को शामिल करना, जिसके परिणामस्वरूप स्याही की तन्य शक्ति में वृद्धि होती है। कार्बोक्सिल-टर्मिनेटेड ब्यूटाडीन नाइट्राइल पॉलीयुरेथेन का उपयोग स्याही झुकने के प्रदर्शन और चिपचिपाहट को बेहतर बनाने, अधिक जटिल वातावरण के अनुकूल होने के लिए किया जाता है।
इस प्रकार, शोधकर्ता आमतौर पर स्याही गुणों के आधार पर विशिष्ट पॉलिएस्टर का चयन करते हैं, गर्मी प्रतिरोधी पॉलिएस्टर पॉलीओल्स को संश्लेषित करने के लिए उपयुक्त पॉलीएसिड और पॉलीओल्स का उपयोग करते हैं, मजबूत आसंजन के साथ ध्रुवीय समूहों को पेश करते हैं, पॉलीयुरेथेन क्रिस्टलीयता में सुधार करने के लिए उपयुक्त कच्चे माल का चयन करते हैं, और डब्ल्यूपीयू चिपकने वाले को बढ़ाने के लिए युग्मन एजेंटों का उपयोग करते हैं। नमी और गर्मी प्रतिरोध।
- जल प्रतिरोध संशोधन
चूंकि स्याही मुख्य रूप से बाहरी पैकेजिंग के लिए उपयोग की जाती है और अक्सर पानी के संपर्क में आती है, खराब पानी प्रतिरोध से कठोरता, चमक कम हो सकती है, और यहां तक कि स्याही छीलने या क्षति हो सकती है, जो भंडारण प्रदर्शन को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित कर सकती है। WPU जल प्रतिरोध में सुधार सामग्री के रूप में अच्छे जल प्रतिरोध वाले पॉलीओल्स का उपयोग करके स्याही भंडारण प्रदर्शन को बढ़ाता है। उदाहरण के लिए, ऐक्रेलिक मोनोमर्स के साथ WPU को संशोधित करना या एपॉक्सी राल सामग्री को समायोजित करने से स्याही जल प्रतिरोध में सुधार हो सकता है।
मानक पॉलीयुरेथेन को बदलने के लिए उच्च-जल-प्रतिरोध पॉलिमर का उपयोग करने के अलावा, शोधकर्ता अक्सर वांछित प्रभाव प्राप्त करने के लिए कार्बनिक या अकार्बनिक पदार्थ जोड़ते हैं। उदाहरण के लिए, राल में नैनोस्केल सिलिका को शामिल करने से जल प्रतिरोध और ताकत बढ़ जाती है, जो स्याही उत्पादन में व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली विधि है। "इमल्शन कोपोलिमराइजेशन विधि" जल प्रतिरोध में सुधार के लिए समग्र पीयूए बनाती है, जबकि पॉलीथीन ग्लाइकोल मोनोमिथाइल ईथर संशोधन और ऑर्गेनोसिलिकॉन-संशोधित डब्ल्यूपीयू के एसीटोन संश्लेषण जैसी विधियां जल प्रतिरोध को बढ़ाती हैं।
- उच्च तापमान प्रतिरोध संशोधन
आम तौर पर, WPU का उच्च तापमान प्रतिरोध अपेक्षाकृत कमजोर होता है, जो पानी आधारित स्याही के ताप प्रतिरोध को सीमित करता है। पॉलीथर पॉलीयुरेथेन में आमतौर पर दोहरे बांड की संख्या के कारण पॉलिएस्टर पॉलीयुरेथेन की तुलना में बेहतर उच्च तापमान प्रतिरोध होता है। पॉलिमराइजेशन मोनोमर्स के रूप में लंबी-श्रृंखला पॉलिमर या बेंजीन रिंग एस्टर/ईथर जोड़ने से पॉलिमर उच्च तापमान प्रतिरोध में सुधार होता है और, परिणामस्वरूप, पानी आधारित स्याही गर्मी प्रतिरोध में सुधार होता है। लंबी-श्रृंखला पॉलीथर पॉलीयुरेथेन का उपयोग करने के अलावा, कुछ टीमें जटिलता बढ़ाने और उच्च तापमान प्रतिरोध को बढ़ाने के लिए मिश्रित सामग्री का उपयोग करती हैं। उदाहरण के लिए, डीएमपीए, पॉलीथर 220 और आईपीडीआई से संश्लेषित डब्ल्यूपीयू में नैनो टिन ऑक्साइड एंटीमनी जोड़ने से स्याही की परतें गर्मी को अवशोषित करने में सक्षम हो जाती हैं, जिससे उच्च तापमान प्रतिरोध में सुधार होता है। पॉलीयुरेथेन में सिलिका एयरजेल मिलाने से तापीय चालकता भी कम हो जाती है और स्याही ताप प्रतिरोध बढ़ जाता है।
- स्थिरता संशोधन
WPU स्थिरता जल-आधारित स्याही भंडारण प्रदर्शन को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करती है। पानी और उच्च तापमान प्रतिरोध के अलावा, आणविक भार और संरचना व्यवस्था महत्वपूर्ण है। आणविक संरचना में अधिक हाइड्रोजन बांड के कारण पॉलिएस्टर रेजिन आमतौर पर पॉलीथर रेजिन की तुलना में अधिक स्थिर होते हैं। मिश्रित पॉलीयुरेथेन बनाने के लिए एस्टर पदार्थों को जोड़ने से स्थिरता बढ़ जाती है, जैसे बेहतर स्थिरता और घर्षण प्रतिरोध के साथ दोहरे घटक WPU बनाने के लिए आइसोसाइनेट और सिलेन फैलाव का उपयोग करना। गर्मी उपचार और शीतलन भी अधिक हाइड्रोजन बांड बना सकते हैं, आणविक व्यवस्था को मजबूत कर सकते हैं और डब्ल्यूपीयू स्थिरता और पानी-आधारित स्याही भंडारण प्रदर्शन को बढ़ा सकते हैं।
- आसंजन सुधार
जबकि WPU को अनुकूलित करने से जल प्रतिरोध, उच्च तापमान प्रतिरोध और स्थिरता में सुधार होता है, WPU अभी भी आणविक भार और ध्रुवता के कारण पॉलीथीन (पीई) प्लास्टिक उत्पादों के लिए खराब आसंजन दिखाते हैं। आमतौर पर, WPU को बेहतर बनाने और गैर-ध्रुवीय सामग्रियों के लिए पानी-आधारित स्याही आसंजन को बढ़ाने के लिए समान ध्रुवता और आणविक भार पॉलिमर या मोनोमर्स जोड़े जाते हैं। उदाहरण के लिए, पॉलीविनाइल क्लोराइड-हाइड्रॉक्सीएथाइल एक्रिलेट रेज़िन के साथ WPU को सह-पॉलीमराइज़ करने से स्याही और कोटिंग्स के बीच जलरोधी आसंजन में सुधार होता है। WPU में ऐक्रेलिक पॉलिएस्टर रेजिन जोड़ने से एक अद्वितीय आणविक लिंक संरचना बनती है, जो WPU आसंजन को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाती है। हालाँकि, ये विधियाँ चमक जैसे मूल स्याही गुणों को प्रभावित कर सकती हैं। इसलिए, औद्योगिक तकनीकें स्याही के आसंजन को बेहतर बनाने के लिए गुणों में बदलाव किए बिना सामग्रियों का उपचार करती हैं, जैसे सोखना बढ़ाने के लिए इलेक्ट्रोड या अल्पकालिक लौ उपचार के साथ सतहों को सक्रिय करना।
- निष्कर्ष
वर्तमान में, पानी आधारित स्याही का व्यापक रूप से खाद्य पैकेजिंग, फार्मास्युटिकल पैकेजिंग, कार्यशालाओं, किताबों और अन्य कोटिंग्स या प्रिंटिंग अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है। हालाँकि, उनकी अंतर्निहित प्रदर्शन सीमाएँ व्यापक अनुप्रयोगों को प्रतिबंधित करती हैं। जैसे-जैसे जीवन स्तर में सुधार के साथ पर्यावरण और सुरक्षा जागरूकता बढ़ती है, वीओसी उत्सर्जन को कम करने वाली जल-आधारित पर्यावरण-अनुकूल स्याही तेजी से विलायक-आधारित स्याही की जगह ले रही है, जो पारंपरिक विलायक-आधारित स्याही बाजारों को चुनौती दे रही है।
इस संदर्भ में, नैनोटेक्नोलॉजी और कार्बनिक और अकार्बनिक यौगिकों के संकरण जैसे अभिनव तरीकों के माध्यम से जल-आधारित रेजिन, विशेष रूप से जल-आधारित पॉलीयूरेथेन को संशोधित करके स्याही के प्रदर्शन को बढ़ाना भविष्य के जल-आधारित स्याही विकास के लिए महत्वपूर्ण है। इसलिए, व्यापक अनुप्रयोगों के लिए जल-आधारित स्याही के प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए रेजिन संशोधनों पर और अधिक व्यापक शोध की आवश्यकता है।