Su bazlı poliüretan bağlayıcının araştırma ilerlemesi ve analizi

Şu anda ambalaj ve baskı endüstrisinde, çift eksenli yönlendirilmiş polipropilen (BOPP) film, polietilen (PE) film vb. gibi baskı ve ambalaj filmi temel malzemeleri arasında poliolefin filmler ilk sırayı alır ve bunu polietilen tereftalat glikol takip eder. Ester (PET) film, naylon (PA) film vb. Su bazlı poliüretan moleküler zincirler daha fazla polar grup içerir ve yüksek yüzey gerilimine sahiptir. Bu nedenle WPU mürekkepleri, PET ve PA gibi oldukça polar yüzeylerin yüzey kaplaması için uygundur. BOPP, önemli bir baskı alt katmanı olarak daha düşük Yüzey enerjisine sahiptir, dolayısıyla WPU'nun yüzeyinde ıslatılması zordur, bu da düşük baskı kalitesine neden olur [2-4].

WPU mürekkebin BOPP filmin alt katmanına uygulanabilirliğini arttırmak için şu anda kullanılan başlıca yöntemler şunlardır: İlk olarak, baskıdan önce film üzerine korona işlemi ve kaplama işlemi gibi yüzey işlemleri ve karboksil ve hidroksil gibi polar gruplar gerçekleştirilir. gruplar yüzeye tanıtılır. BOPP filminin yüzey gerilimini arttırmak, böylece WPU mürekkebinin ıslanabilirliğini ve yapışmasını iyileştirmek; ikincisi, su bazlı mürekkebe silikon, klorlu polipropilen vb. gibi yapışma arttırıcıların eklenmesi, su bazlı mürekkebin yapışmasını azaltabilir. Yüzey gerilimi. Üçüncüsü, BOPP filmlerinde baskı kalitesini artırma hedefine ulaşmak için WPU'nun moleküler yapısını, moleküler zincirindeki polar grupların içeriğini ve yüzey gerilimini azaltmak üzere dikkatli bir şekilde tasarlamaktır. Bu şu anda daha fazla araştırılan yöntemlerden biridir.

Silikon, düşük yüzey enerjisi, iyi biyouyumluluk, yüksek termal stabilite ve oksijen direnci gibi avantajlara sahiptir ve poliüretan malzemelerin modifikasyonunda yaygın olarak kullanılmaktadır [5]. Li ve diğerleri. [6], WPU emülsiyonunun poliorganosiloksan ile harmanlama modifikasyonunu ve yerinde modifikasyonunu inceledi ve fiziksel karıştırma yönteminin kullanılmasının WPU'nun yüzey enerjisini daha etkili bir şekilde azaltabileceğini buldu. Flor içeren bileşiklerin düşük yüzey enerjisinden yararlanarak, flor içeren grupların su bazlı poliüretan moleküllerine dahil edilmesi, su bazlı poliüretanın yüzey enerjisini etkili bir şekilde azaltabilir ve hidrofobikliği geliştirebilir. Örneğin, Xu ve ark. [7], EDFHMA'yı sentezlemek için dodekafloroheptil metakrilatın (DFHMA) hidroksilasyon modifikasyonunu gerçekleştirdi, daha sonra flor içeren glikolü (PLPF) sentezlemek için alkolize laktit ile reaksiyona soktu ve daha sonra hekzametilen diol ile reaksiyona soktu. Poliüretan, izosiyanat (HDI) reaksiyonuyla hazırlandı. Kontrol grubuyla karşılaştırıldığında, EDFHMA içeren WPU'nun yüzey enerjisi yaklaşık 20 mN/m azaldı. Ek olarak ilgili çalışmalar, uzun yağlı yan zincirlerin WPU moleküler zincirine aşılanmasının WPU'nun yüzey gerilimini de azaltabildiğini ve WPU'nun film oluşum süreci sırasında uzun yağlı yan zincirlerin film yüzeyine toplanacağını ve bunun faydalı olduğunu göstermiştir. Düşük polariteli malzemelerle etkileşime. BOPP filminde de benzer bir uyumluluk etkisi meydana gelir ve bu da WPU'nun BOPP filminin yüzeyine yapışmasını artırır. Buna dayanarak Zhang ve ark. [8], BOPP film baskısına uygun WPU lateksini hazırlamak için uzun dallı alifatik zincirlere sahip sıvı polyester poliol BY3003'ü kullandı. BY3003, hazırlanan lateksin yüzey geriliminin 43 mN/m'yi aşmamasını sağlarken, geleneksel WPU lateksinin yüzey gerilimi 55 mN/m'yi aşıyor. Bu nedenle bu latekslerden yapılan mürekkeplerin T soyulma mukavemeti 0,8 N/15 mm'nin üzerindedir.

Ek olarak zincir sonrası uzatma derecesi, dimetilol bütirik asit içeriği ve NCO/OH molar oranı da WPU'nun lateks ve film özellikleri üzerinde, özellikle de karşılık gelen mürekkebin T-soyulma mukavemeti üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Bu faktörlerin optimize edilmesiyle, yüzey gerilimi 39,6 mN/m kadar düşük ve BOPP filmlerine %95'i aşan yapışma haslığı olan, buna karşılık gelen mürekkebin 2,05 N/ kadar yüksek T-soyulma mukavemetine sahip su bazlı bir poliüretan emülsiyonu elde edildi. 15mm [ 8] .

Mürekkep püskürtmeli baskı önemli bir çıktı yöntemi haline geldi ve çıktı aygıtları ve baskı mürekkepleri üzerine araştırmalar da derinleşmeye devam ediyor. Bir mürekkebin basılabilirliği, viskozite, parçacık boyutu ve yüzey gerilimi gibi transfer ve ıslatma özellikleriyle; kaplama özellikleri ise mekanik özellikler, sertlik ve yaşlanma direnciyle ilişkilidir. Mükemmel performansa sahip WPU mürekkebi elde etmek için Wang ve ark. [9], farklı metil metakrilat (MMA) içeriklerine sahip çekirdek-kabuk WPUA emülsiyonlarını sentezlemek için tohum olarak WPU ile bir emülsiyon polimerizasyon yöntemini kullandı. WPUA'daki MMA içeriği arttıkça, WPUA'nın ortalama parçacık boyutu ve temas açısı artar ve WPUA kaplamanın ısı direnci ve sertliği artar. Baz reçine olarak WPUA emülsiyonu ile hazırlanan mürekkep püskürtmeli baskı mürekkepleri iyi basılabilirlik gösterir. Yin ve ark. [10] bir dizi blok su bazlı Poliüretan (BWPU) sentezlemek için ham madde olarak izoforon diizosiyanat (IPDI), poliol, dimetilol bütirik asit (DMBA) ve 3,5-dimetilpirazol (DMP) kullandılar. DMP ile sonlandırılmış BWPU, iyi bir mürekkep püskürtme akıcılığına ve renk haslığına sahiptir ve dijital mürekkep püskürtmeli baskı endüstriyel uygulamalarında büyük bir potansiyele sahiptir.

Eklemeli üretim teknolojisi olarak da bilinen 3D baskı, mevcut akıllı üretimdeki en temsili kalıplama teknolojisidir. Güçlü işlenebilirlik ve yüksek verimlilik avantajlarına sahiptir. Farklı ihtiyaçlara göre özelleştirilebilir ve karmaşık yapılara sahip ekipman işlemeye uygundur. İmalat, havacılık, açık deniz ekipman imalatı ve biyotıp alanlarında geniş uygulama olanaklarına sahiptir. Geleneksel poliüretanlarla karşılaştırıldığında çoğu WPU'nun mekanik özellikleri, reolojik özellikleri, termal stabilitesi ve elektriksel iletkenliği zayıftır ve nemli ortamlarda zayıf hidroliz dayanımına sahiptir. Yukarıdaki eksikliklerin üstesinden gelmek için, karbon nanotüpler, kil veya grafen gibi inorganik dolgular genellikle WPU matrisine katılarak organik-inorganik hibritler oluşturulur ve böylece performansı artar [11-13].

Vadillo ve ark. [14-15] yeni polikaprolakton-polietilen glikol (PCLPEG) su bazlı poliüretan üre (WBPUU) mürekkebinin performansını, reoloji değiştirici olarak yerinde selüloz nanokristalleri (CNC) ekleyerek doğrudan 3 boyutlu yazmada geliştirdi. 3D yapıların basılabilirliğini ve şekil doğruluğunu iyileştirebilen, ayrıca ortaya çıkan parçaların mekanik ve termal stabilitesini geliştirebilen baskı teknolojisindeki özellikler.

Chen ve diğerleri. [16], basılabilirliğini geliştirmek için selüloz nanofibrilleri (CNF) kullanarak WPU'yu (WPUCNF) değiştirmek için yerinde bir sentez yöntemi geliştirdi. Emülsifikasyon işlemi sırasında CNF'nin eklenmesi, WPU nanopartiküllerinin boyutunu azaltır ve süspansiyonun viskozitesini arttırır. Ek olarak, WPUCN/CNF kompozit mürekkebini hazırlamak için ilave CNF eklendi; bu, petekler, tahta yığınları veya insan kulağı gibi çeşitli şekillerdeki baskı yapılarına mükemmel basılabilirlik gösterdi.

Poliüretanın yüksek erime noktası ve yavaş bozunma hızı gibi doğal eksiklikleri, 3 boyutlu baskı doku mühendisliğinde uygulanmasını engellemektedir. Bunun ışığında, Feng ve ark. [17], su bazlı yeşil bir kimyasal işlem kullanarak 3D yazdırılabilir amino asitle modifiye edilmiş biyolojik olarak parçalanabilir su bazlı poliüretan (WBPU) geliştirdi. Hidrofilik zincir genişleticinin içeriği kontrol edilerek, baskılı blok kontrol edilebilir bir bozunmaya sahip olur ve asidik ürünlerin birikmesine neden olmaz. Doku mühendisliğinde biyolojik alternatif malzeme olarak kullanılabileceği öngörülüyor.

Şu anda 3D baskı yöntemleri yalnızca statik nesneler oluşturabiliyor ve içsel veya dışsal özelliklerde herhangi bir işlevsel değişiklik içermiyor; 4D baskı ise ısı, ısı gibi dış kuvvetlere tepki veren aktif yapılara sahip malzemeler oluşturmak için 3D baskı teknolojisinin kullanılması olarak tanımlanıyor. manyetizma veya ışık. Uyarıldığında malzeme, yazdırılan 3 boyutlu şekli değiştirmek için zamanla değişebilir. 4D baskı için kullanılan iki ana polimer malzeme türü vardır: duyarlı hidrojeller ve şekil hafızalı polimerler (SMP). Çeşitli SMP'ler arasında poliüretan, onu 4D baskı için mükemmel bir aday haline getiren çeşitli özellikler sergiliyor. Örneğin 2019 yılında Su ve ark. [18], kaplamaya karboksimetil selüloz (CMC) ve silikon oksit (SiO2) nanopartiküllerini ekleyerek 4D baskı öncülleri olarak su bazlı poliüretan kaplama bazlı kompozitlerin oluşumunu inceledi.

Erimiş biriktirme modelleme (FDM), 3D yazıcılarda kullanılan hızlı bir prototipleme yöntemidir. Mükemmel kapsamlı özelliklere sahip WPU malzemeleri hazırlamak ve bunları FDM baskı ürünlerinin yüzey korumasında kullanmak. WPU membranının mekanik özelliklerini ve su geçirmezliğini aynı anda geliştirmek için Zhang Jing ve ark. [19] halloysit nanotüp/su bazlı poliüretan (AHNT'ler/WPU) kompozit membran hazırlamak için yerinde polimerizasyon ve yüzey florlama kullandı. Su temas açısı arttı. 114,5° kadar büyük olduğundan daha iyi hidrofobiklik gösterir. FDM'nin yüzeyinde bir WPU kompozit film oluşturulur. Deneysel sonuçlar, numunenin su geçirmezliğini ve mekanik özelliklerini geliştirebileceğini ve belirgin bir yüzey koruma etkisine sahip olduğunu göstermektedir.

Son zamanlarda Zheng Ling ve ark. [20], karbon siyahının (CB) kovalent bağ fonksiyonel modifikasyonunu gerçekleştirmek için silan birleştirme ajanı KH550'yi kullandı, KH550 ile modifiye edilmiş CB elde etti ve KH550/CB/WPU kompozit malzemeleri hazırladı. CB Ekleme, WPU'nun termal stabilitesini önemli ölçüde artırır. 3D baskı mürekkebinin hazırlanması için değiştirilmiş CB içeriği %3 olacak şekilde seçildi. Diğer 3D olmayan baskı ürünleriyle karşılaştırıldığında iletken özellikleri 1 ila 2 kat arttı.

Ek olarak, geleneksel doğrusal makromoleküllerle karşılaştırıldığında, aşırı dallanmış polimerlerin üç boyutlu küresel yapısı, daha fazla modifikasyon bölgesi sağlayabilen [21] daha fazla uç grubuna ve daha düşük viskoziteye sahiptir ve bu nedenle optik uygulamalarda yaygın olarak kullanılır. Kürlenmiş kaplamalar, 3D baskı ışığa duyarlı reçine ve diğer alanlar. Zhang Dongqi ve diğerleri. [22], 16 terminal hidroksil grubu içeren aşırı dallanmış polyester poliolün süksinik anhidrit ile esterleştirilmesi ve çift bağların eklenmesi için izosiyanat etil akrilatın izosiyanat grubu ile reaksiyona sokulması yoluyla aşırı dallanmış su bazlı poliüretan akrilat hazırladılar. Daha sonra bunu matris reçinesi olarak kullanarak, reaktif seyreltici monomerler akriloilmorfolin ve polietilen glikol diakrilat ile birleştirerek bir dizi 3D baskı su bazlı ışığa duyarlı reçine hazırlandı. Hazırlanan 3D baskı cihazları daha iyi baskı özelliklerine sahiptir. Kesinlik.