ข่าว
การสำรวจการพัฒนาหมึกพิมพ์สูตรน้ำและการศึกษาหมึกโพลียูรีเทนสูตรน้ำที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
มลภาวะทางอากาศเป็นปัญหาสำคัญมายาวนาน โดยการปล่อยก๊าซพิษ เช่น สารอินทรีย์ระเหย (VOC) มีส่วนสำคัญควบคู่ไปกับปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ เช่น พายุฝุ่น เนื่องจากความตระหนักในเรื่องการปกป้องสิ่งแวดล้อมเพิ่มมากขึ้นและมีการนำนโยบายระดับชาติต่างๆ มาใช้ อุตสาหกรรมการพิมพ์ ซึ่งเป็นตัวปล่อย VOC รายใหญ่ จึงต้องเผชิญกับการปฏิรูปที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ ด้วยเหตุนี้ หมึกพิมพ์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมจึงกลายเป็นจุดสนใจในการวิจัยอุตสาหกรรมการพิมพ์ระดับโลก ในบรรดาหมึกที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมที่มีอยู่ รวมถึงหมึกแบบน้ำ หมึกที่สามารถรักษาพลังงานได้ และหมึกที่ใช้น้ำมันพืช หมึกแบบน้ำนั้นมีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด หมึกสูตรน้ำมีตัวทำละลายอินทรีย์ในสัดส่วนที่ต่ำกว่า ซึ่งช่วยลดการปล่อยสาร VOC และสอดคล้องกับหลักการปกป้องสิ่งแวดล้อม อย่างไรก็ตาม หมึกสูตรน้ำยังมีข้อเสีย เช่น แห้งช้าและแห้งตัวช้า ตลอดจนทนต่อน้ำและด่างได้ไม่ดี ทำให้จำกัดการใช้งานกับหมึกอุตสาหกรรมแบบดั้งเดิม ดังนั้นการปรับปรุงจุดอ่อนเหล่านี้ด้วยการดัดแปลงเรซินจึงกลายเป็นจุดสนใจที่สำคัญ บทความนี้สรุปการพัฒนาและการประยุกต์ใช้หมึกสูตรน้ำ การศึกษาการดัดแปลงเรซิน ความคืบหน้าในการวิจัยเกี่ยวกับหมึกพิมพ์ที่ใช้โพลียูรีเทนสูตรน้ำ และแนวโน้มในอนาคตในสาขานี้
- การทดลอง
- การพัฒนาหมึกสูตรน้ำ
หมึกพิมพ์มีประวัติอันยาวนาน เกิดขึ้นควบคู่ไปกับการประดิษฐ์การพิมพ์ หลังจากการแนะนำเม็ดสี Lithol Red ในปี 1900 หมึกก็แพร่หลาย ส่งผลให้ประเทศต่างๆ ลงทุนในการวิจัยหมึก หมึกสูตรน้ำเป็นอนุพันธ์ที่เกิดจากความต้องการใช้งานหมึกได้มากขึ้น การวิจัยเกี่ยวกับหมึกสูตรน้ำเริ่มต้นขึ้นในต่างประเทศในช่วงทศวรรษ 1960 โดยมีวัตถุประสงค์หลักเพื่อเพิ่มความเร็วในการพิมพ์และลดการพึ่งพาวัตถุดิบจากปิโตรเลียม หมึกเหล่านี้ใช้สารประกอบอินทรีย์ เช่น เบนซินและครั่งหรือโซเดียมลิกโนซัลโฟเนตเป็นวัสดุหลักเพื่อตอบสนองความต้องการในการพิมพ์ในขณะนั้น ในปี 1970 นักวิจัยได้พัฒนาเรซินโพลีเมอร์อิมัลชันที่มีโครงสร้างแกนกลางและโครงข่ายโดยการโพลิเมอไรซ์อะคริลิกโมโนเมอร์กับสไตรีน รักษาความมันเงาของหมึกและความทนทานต่อน้ำ ขณะเดียวกันก็เป็นไปตามข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อม อย่างไรก็ตาม เมื่อความตระหนักรู้ด้านสิ่งแวดล้อมเพิ่มมากขึ้นและมีการประกาศใช้กฎหมายสิ่งแวดล้อมที่เข้มงวดมากขึ้น สัดส่วนของสารอินทรีย์ที่ใช้เบนซีนในหมึกก็ลดลง ในช่วงทศวรรษที่ 1980 ประเทศในยุโรปตะวันตกได้แนะนำแนวคิดและเทคโนโลยีของ "การพิมพ์ด้วยหมึกสีเขียว" และ "การพิมพ์ด้วยหมึกน้ำแบบใหม่"
อุตสาหกรรมหมึกของจีนเริ่มต้นขึ้นในช่วงปลายราชวงศ์ชิงด้วยการผลิตสกุลเงิน โดยพึ่งพาหมึกนำเข้าเป็นอย่างมาก จนกระทั่งปี 1975 เมื่อโรงงานหมึกเทียนจินและโรงงานหมึกกังกู่พัฒนาและผลิตหมึกพิมพ์แบบน้ำในประเทศเป็นแห่งแรก ในช่วงทศวรรษ 1990 จีนได้นำเข้าสายการผลิตการพิมพ์แบบเฟล็กโซมากกว่า 100 สาย ทำให้การใช้หมึกพิมพ์แบบน้ำก้าวหน้าขึ้นอย่างรวดเร็ว ในปี 2003 สถาบันวิจัยเทคโนโลยีอุตสาหกรรมจีนประสบความสำเร็จในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้อง และในช่วงต้นปี 2004 บริษัท Shanghai Meide ได้ผลิตหมึกพิมพ์แบบน้ำทั้งหมดที่อุณหภูมิต่ำที่เทอร์โมเซตติ้งซึ่งเป็นไปตามมาตรฐานของญี่ปุ่นและเยอรมนี แม้ว่าการวิจัยหมึกพิมพ์แบบน้ำของจีนจะพัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วงต้นศตวรรษที่ 21 แต่ประเทศตะวันตกก็ประสบความสำเร็จอย่างมากแล้ว โดยผลิตภัณฑ์เฟล็กโซประมาณ 95% และผลิตภัณฑ์แบบเกรเวียร์ 80% ในสหรัฐอเมริกาใช้หมึกพิมพ์แบบน้ำ ในขณะที่สหราชอาณาจักรและญี่ปุ่นใช้หมึกพิมพ์แบบน้ำสำหรับบรรจุภัณฑ์อาหารและยา เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว การพัฒนาของจีนนั้นช้ากว่า
เพื่อส่งเสริมตลาดต่อไป จีนได้เปิดตัวมาตรฐานหมึกแบบน้ำเป็นครั้งแรกในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2550 และในปี พ.ศ. 2554 ได้สนับสนุน "การพัฒนานวัตกรรมสีเขียว" โดยมีเป้าหมายเพื่อแทนที่หมึกที่ใช้ตัวทำละลายด้วยหมึกแบบน้ำ ใน "แผนห้าปีฉบับที่ 13" ประจำปี 2016 สำหรับอุตสาหกรรมการพิมพ์ "การวิจัยเกี่ยวกับวัสดุด้านสิ่งแวดล้อมที่ใช้น้ำ" และ "การพิมพ์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม" ถือเป็นประเด็นสำคัญ ภายในปี 2020 การส่งเสริมการพิมพ์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและการพิมพ์ดิจิทัลระดับชาติได้ขยายตลาดหมึกน้ำ
- การใช้หมึกสูตรน้ำ
ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 สหรัฐอเมริกาได้นำหมึกพิมพ์แบบน้ำมาใช้ในการพิมพ์เฟล็กโซเป็นครั้งแรก ในช่วงทศวรรษ 1970 หมึกพิมพ์แบบน้ำคุณภาพสูงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับกระดาษบรรจุภัณฑ์ต่างๆ ชั้นวางหนังสือหนา และกระดาษแข็ง ในช่วงทศวรรษ 1980 หมึกพิมพ์แบบน้ำสำหรับการพิมพ์สกรีนแบบมันเงาและแบบด้านได้รับการพัฒนาในต่างประเทศ โดยขยายการใช้งานไปยังผ้า กระดาษ พีวีซี โพลิสไตรีน ฟอยล์อลูมิเนียม และโลหะ ปัจจุบัน หมึกพิมพ์แบบน้ำส่วนใหญ่ใช้ในการพิมพ์บรรจุภัณฑ์อาหาร เช่น บรรจุภัณฑ์ยาสูบและขวดเครื่องดื่ม เนื่องจากมีคุณสมบัติเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ปลอดสารพิษ และปลอดภัย เมื่อกฎหมายด้านสิ่งแวดล้อมได้รับการปรับปรุง การใช้หมึกพิมพ์แบบน้ำจึงมีความหลากหลายและเข้มข้นมากขึ้น จีนยังส่งเสริมการใช้หมึกพิมพ์แบบน้ำในอุตสาหกรรมการพิมพ์อย่างต่อเนื่อง
- ผลลัพธ์และการอภิปราย
- การวิจัยเกี่ยวกับการดัดแปลงเรซิน
ประสิทธิภาพของหมึกขึ้นอยู่กับความแตกต่างของเรซิน โดยทั่วไปแล้ว เรซินหมึกสูตรน้ำมักเป็นโพลียูรีเทน อิมัลชันอะคริลิกดัดแปลง หรือโพลีอะคริลิกเรซิน เรซินโพลียูรีเทนสูตรน้ำ (WPU) ซึ่งมีความมันเงาที่เหนือกว่า ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการพิมพ์บรรจุภัณฑ์ ดังนั้นการเพิ่มประสิทธิภาพ WPU เพื่อปรับปรุงความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและความมันวาวของหมึกสูตรน้ำจึงกลายเป็นประเด็นสำคัญในอุตสาหกรรมการพิมพ์
- การปรับเปลี่ยนโพลียูรีเทนสูตรน้ำ
โพลียูรีเทนสูตรน้ำประกอบด้วยโพลีออลน้ำหนักโมเลกุลต่ำ สามารถจำแนกได้เป็นประเภทโพลีเอสเตอร์ โพลีอีเทอร์ และไฮบริด ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติที่แตกต่างกันของโพลีเอสเตอร์และโพลีเมอร์โพลีเมอร์ ความแข็งแรงและความเสถียรของพวกมันจะแตกต่างกันไป โดยทั่วไป โพลียูรีเทนโพลียูรีเทนมีความแข็งแรงและความเสถียรต่ำกว่าโพลียูรีเทนโพลียูรีเทน แต่มีความทนทานต่ออุณหภูมิสูงได้ดีกว่าและมีแนวโน้มที่จะไฮโดรไลซิสน้อยกว่า ตัวอย่างเช่น การเพิ่มความ "สม่ำเสมอ" ของหมึกโดยใช้โพลีเอทิลีนไกลคอลโมโนเมทิลอีเทอร์จะช่วยเพิ่มคุณลักษณะความทนทานของหมึก อย่างไรก็ตาม นี่เป็นเพียงจุดอ้างอิงเท่านั้น สถาบันวิจัยหลายแห่งนำวิธีการที่แตกต่างกันมาใช้เพื่อปรับปรุงลักษณะเฉพาะของ WPU
ตัวอย่างเช่น ในปี 2010 เลือกใช้อีพอกซีเรซินที่มีความเหนียวและทนแรงกระแทกสูงเพื่อจัดการกับปัญหาความหนืดและการยึดเกาะของหมึก ดังนั้นจึงช่วยเพิ่มความแข็งแรงของหมึก ในปี 2549 การศึกษาที่ตีพิมพ์โดย Beijing Chemical University ได้ใช้โพลียูรีเทนที่มีเอทิลีนไกลคอลเป็นส่วนประกอบหลักเพื่อสร้างเรซินชนิดพิเศษที่มีส่วนที่อ่อนนุ่มยาว ช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นของหมึก และเพิ่มความแข็งแกร่งให้หมึกที่ใช้น้ำทางอ้อม บางทีมบรรลุผลการปรับเปลี่ยนโดยการเติมสารเคมี: ผสมผสานซิลิกาหรือออร์กาโนซิลิคอนเพื่อปรับปรุง WPU ส่งผลให้มีความต้านทานแรงดึงของหมึกเพิ่มขึ้น โพลียูรีเทนบิวทาไดอีนไนไตรล์ที่สิ้นสุดด้วยคาร์บอกซิลถูกนำมาใช้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการดัดงอของหมึกและความหนืด โดยปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนมากขึ้น
ดังนั้น โดยทั่วไปแล้ว นักวิจัยจะเลือกโพลีเอสเตอร์ที่เฉพาะเจาะจงตามคุณสมบัติของหมึก โดยใช้โพลีเอซิดและโพลิออลที่เหมาะสมเพื่อสังเคราะห์โพลีออลโพลีเอสเตอร์ทนความร้อน การแนะนำกลุ่มขั้วที่มีการยึดเกาะที่แข็งแกร่ง การเลือกวัตถุดิบที่เหมาะสมเพื่อปรับปรุงความเป็นผลึกของโพลียูรีเทน และใช้สารเชื่อมต่อเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของกาว WPU ทนต่อความชื้นและความร้อน
- การปรับเปลี่ยนการต้านทานน้ำ
เนื่องจากหมึกส่วนใหญ่จะใช้สำหรับบรรจุภัณฑ์ด้านนอกและสัมผัสกับน้ำบ่อยครั้ง การต้านทานน้ำที่ไม่ดีอาจส่งผลให้ความแข็ง ความมันเงา และแม้แต่การหลุดลอกของหมึกหรือความเสียหายลดลง ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพการจัดเก็บ การปรับปรุงการกันน้ำของ WPU ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการจัดเก็บหมึกโดยใช้โพลีออลที่กันน้ำได้ดีเป็นวัสดุ ตัวอย่างเช่น การปรับเปลี่ยน WPU ด้วยอะคริลิกโมโนเมอร์หรือการปรับปริมาณอีพอกซีเรซินสามารถปรับปรุงการกันน้ำของหมึกได้
นอกเหนือจากการใช้โพลีเมอร์ต้านทานน้ำสูงเพื่อทดแทนโพลียูรีเทนมาตรฐานแล้ว นักวิจัยยังมักเติมสารอินทรีย์หรืออนินทรีย์เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ตามที่ต้องการ ตัวอย่างเช่น การรวมซิลิการะดับนาโนลงในเรซินจะช่วยเพิ่มความทนทานต่อน้ำและความแข็งแรง ซึ่งเป็นวิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตหมึก "วิธีการโคพอลิเมอไรเซชันแบบอิมัลชัน" จะสร้าง PUA แบบคอมโพสิตเพื่อปรับปรุงการต้านทานน้ำ ในขณะที่วิธีการต่างๆ เช่น การดัดแปลงโพลีเอทิลีนไกลคอลโมโนเมทิลอีเทอร์และการสังเคราะห์อะซิโตนของ WPU ที่ดัดแปลงด้วยออร์กาโนซิลิกอนจะช่วยเพิ่มการต้านทานน้ำ
- การปรับเปลี่ยนความต้านทานต่ออุณหภูมิสูง
โดยทั่วไป ความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงของ WPU ค่อนข้างอ่อนแอ ซึ่งจำกัดความต้านทานความร้อนของหมึกสูตรน้ำ โดยทั่วไปโพลีอีเทอร์โพลียูรีเทนจะมีความทนทานต่ออุณหภูมิสูงได้ดีกว่าโพลียูรีเทนโพลียูรีเทนเนื่องจากจำนวนพันธะคู่ การเติมโพลีเมอร์สายยาวหรือเบนซีนริงเอสเทอร์/อีเทอร์เป็นโมโนเมอร์โพลีเมอไรเซชันจะช่วยเพิ่มความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงของโพลีเมอร์ และส่งผลให้ทนความร้อนของหมึกสูตรน้ำได้ นอกจากการใช้โพลียูรีเทนโพลียูรีเทนสายโซ่ยาวแล้ว บางทีมยังใช้วัสดุคอมโพสิตเพื่อเพิ่มความซับซ้อนและเพิ่มความต้านทานต่ออุณหภูมิสูง ตัวอย่างเช่น การเติมนาโนทินออกไซด์แอนติโมนีให้กับ WPU ที่สังเคราะห์จาก DMPA, โพลีเอเทอร์ 220 และ IPDI ช่วยให้ชั้นหมึกดูดซับความร้อน ช่วยเพิ่มความต้านทานต่ออุณหภูมิสูง การเติมซิลิกาแอโรเจลลงในโพลียูรีเทนยังช่วยลดการนำความร้อนและเพิ่มความต้านทานความร้อนของหมึกอีกด้วย
- การปรับเปลี่ยนเสถียรภาพ
ความเสถียรของ WPU ส่งผลต่อประสิทธิภาพการจัดเก็บหมึกแบบน้ำอย่างมาก นอกจากการทนทานต่อน้ำและอุณหภูมิสูงแล้ว น้ำหนักโมเลกุลและการจัดโครงสร้างก็มีความสำคัญเช่นกัน โดยทั่วไปเรซินโพลีเอสเตอร์จะมีความเสถียรมากกว่าเรซินโพลีเมอร์เนื่องจากมีพันธะไฮโดรเจนในโครงสร้างโมเลกุลมากกว่า การเติมสารเอสเทอร์เพื่อสร้างโพลียูรีเทนผสมจะช่วยเพิ่มความเสถียร เช่น การใช้ไอโซไซยาเนตและการกระจายตัวของไซเลน เพื่อสร้าง WPU ที่มีองค์ประกอบคู่ซึ่งมีความเสถียรและความต้านทานต่อการเสียดสีที่ดีขึ้น การอบชุบด้วยความร้อนและการทำความเย็นยังสามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนได้มากขึ้น ทำให้การจัดเรียงโมเลกุลกระชับขึ้น และเพิ่มความเสถียรของ WPU และประสิทธิภาพการจัดเก็บหมึกแบบน้ำ
- การปรับปรุงการยึดเกาะ
ในขณะที่การปรับ WPU ให้เหมาะสมจะช่วยเพิ่มความต้านทานต่อน้ำ ทนต่ออุณหภูมิสูง และความเสถียรได้ WPU ยังคงแสดงการยึดเกาะที่ไม่ดีกับผลิตภัณฑ์พลาสติกโพลีเอทิลีน (PE) เนื่องจากน้ำหนักโมเลกุลและขั้วไฟฟ้า โดยทั่วไปแล้ว โพลีเมอร์หรือโมโนเมอร์ที่มีขั้วและน้ำหนักโมเลกุลที่คล้ายกันจะถูกเพิ่มเพื่อปรับปรุง WPU และเพิ่มการยึดเกาะของหมึกสูตรน้ำกับวัสดุที่ไม่มีขั้ว ตัวอย่างเช่น การทำพอลิเมอร์ร่วม WPU กับเรซินโพลีไวนิลคลอไรด์-ไฮดรอกซีเอทิลอะคริเลตช่วยเพิ่มการยึดเกาะกันน้ำระหว่างหมึกและสารเคลือบ การเพิ่มเรซินอะคริลิกโพลีเอสเตอร์ลงใน WPU จะสร้างโครงสร้างการเชื่อมโยงโมเลกุลที่เป็นเอกลักษณ์ ซึ่งช่วยเพิ่มการยึดเกาะของ WPU ได้อย่างมาก อย่างไรก็ตาม วิธีการเหล่านี้อาจส่งผลต่อคุณสมบัติของหมึกต้นฉบับ เช่น ความมันเงา ดังนั้นเทคนิคทางอุตสาหกรรมจึงรักษาวัสดุโดยไม่เปลี่ยนแปลงคุณสมบัติเพื่อปรับปรุงการยึดเกาะของหมึก เช่น การเปิดใช้งานพื้นผิวด้วยอิเล็กโทรดหรือการบำบัดด้วยเปลวไฟระยะสั้นเพื่อเพิ่มการดูดซับ
- บทสรุป
ปัจจุบัน หมึกสูตรน้ำถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในบรรจุภัณฑ์อาหาร บรรจุภัณฑ์ยา เวิร์คช็อป หนังสือ และการเคลือบหรือการพิมพ์อื่นๆ อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพโดยธรรมชาติจะจำกัดการใช้งานในวงกว้าง ในขณะที่การตระหนักรู้ด้านสิ่งแวดล้อมและความปลอดภัยเติบโตขึ้นพร้อมกับมาตรฐานการครองชีพที่ดีขึ้น หมึกที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมที่ใช้น้ำซึ่งช่วยลดการปล่อยสารอินทรีย์ระเหย (VOC) กำลังเข้ามาแทนที่หมึกที่ใช้ตัวทำละลายมากขึ้น ซึ่งท้าทายตลาดหมึกที่ใช้ตัวทำละลายแบบดั้งเดิม
ในบริบทนี้ การเพิ่มประสิทธิภาพของหมึกโดยปรับเปลี่ยนเรซินที่ใช้ฐานน้ำ โดยเฉพาะโพลียูรีเทนที่ใช้ฐานน้ำ ผ่านวิธีการใหม่ๆ เช่น นาโนเทคโนโลยีและการผสมพันธุ์ของสารประกอบอินทรีย์และอนินทรีย์ ถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการพัฒนาหมึกที่ใช้ฐานน้ำในอนาคต ดังนั้น จำเป็นต้องมีการศึกษาวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับการดัดแปลงเรซินอย่างครอบคลุม เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของหมึกที่ใช้ฐานน้ำสำหรับการใช้งานในวงกว้างมากขึ้น