Ход исследований и анализ полиуретанового связующего на водной основе

В настоящее время в упаковочной и полиграфической промышленности полиолефиновые пленки занимают первое место среди основных материалов для печати и упаковочных пленок, таких как двуосноориентированная полипропиленовая (БОПП) пленка, полиэтиленовая (ПЭ) пленка и т. д., за ней следует полиэтилентерефталатгликоль. Эстеровая (ПЭТ) пленка, нейлоновая (ПА) пленка и т. д. Молекулярные цепи полиуретана на водной основе содержат больше полярных групп и имеют высокое поверхностное натяжение. Таким образом, чернила WPU подходят для покрытия поверхностей высокополярных материалов, таких как ПЭТ и ПА. БОПП, как важная печатная подложка, имеет более низкую поверхностную энергию, поэтому WPU трудно смачивать на его поверхности, что приводит к плохому качеству печати [2-4].

Чтобы улучшить применимость чернил WPU к подложке пленки БОПП, в настоящее время используются следующие основные методы: во-первых, перед печатью на пленке выполняется поверхностная обработка, такая как обработка коронным разрядом и обработка покрытием, а также полярные группы, такие как карбоксильные и гидроксильные группы. группы выводятся на поверхность. , для увеличения поверхностного натяжения пленки БОПП, тем самым улучшая смачиваемость и адгезию чернил WPU; во-вторых, добавление усилителей адгезии к чернилам на водной основе, таких как силикон, хлорированный полипропилен и т. д., может снизить адгезию чернил на водной основе. Поверхностное натяжение. В-третьих, тщательно спроектировать молекулярную структуру WPU, чтобы снизить содержание полярных групп и поверхностное натяжение в его молекулярной цепи, чтобы достичь цели улучшения качества печати на БОПП-пленках. Это один из наиболее изученных методов в настоящее время.

Силикон обладает преимуществами низкой поверхностной энергии, хорошей биосовместимости, высокой термостабильности и устойчивости к кислороду и широко используется при модификации полиуретановых материалов [5]. Ли и др. [6] изучили модификацию смешиванием и модификацию эмульсии WPU полиорганосилоксаном in-situ и обнаружили, что использование метода физического смешивания может более эффективно снизить поверхностную энергию WPU. Используя низкую поверхностную энергию фторсодержащих соединений, введение фторсодержащих групп в водные молекулы полиуретана может эффективно снизить поверхностную энергию полиуретана на водной основе и улучшить гидрофобность. Например, Сюй и др. [7] выполнили модификацию гидроксилирования додекафторгептилметакрилата (ДФГМА) для синтеза ЭДФГМА, затем провели реакцию с алкоголизированным лактидом для синтеза фторсодержащего гликоля (ФЛПФ), а затем прореагировали с гексаметилендиолом. Полиуретан получали изоцианатной (ГДИ) реакцией. По сравнению с контрольной группой поверхностная энергия WPU, содержащего ЭДФГМА, снизилась почти на 20 мН/м. Кроме того, соответствующие исследования показали, что прививка длинных жировых боковых цепей в молекулярную цепь WPU также может снизить поверхностное натяжение WPU, а в процессе формирования пленки WPU длинные боковые цепи жира будут агрегироваться с поверхностью пленки, что полезно. к взаимодействию с малополярными материалами. Аналогичный эффект совместимости возникает и с БОПП-пленкой, что улучшает адгезию WPU на поверхности БОПП-пленки. На основании этого Чжан и др. [8] использовали жидкий полиэфирполиол BY3003 с длинными разветвленными алифатическими цепями для приготовления латекса WPU, пригодного для печати на пленках БОПП. BY3003 обеспечивает поверхностное натяжение приготовленного латекса не более 43 мН/м, тогда как поверхностное натяжение традиционного латекса WPU превышает 55 мН/м. Таким образом, прочность чернил, изготовленных из этих латексов, при Т-образном отслаивании превышает 0,8 Н/15 мм.

Кроме того, степень удлинения пост-цепи, содержание диметилолмасляной кислоты и молярное соотношение NCO/OH также оказывают существенное влияние на свойства латекса и пленки WPU, особенно на прочность T-отслаивания соответствующих чернил. За счет оптимизации этих факторов была получена полиуретановая эмульсия на водной основе с поверхностным натяжением всего 39,6 мН/м и устойчивостью адгезии к БОПП-пленкам, превышающей 95%, с соответствующей прочностью чернил на Т-отслаивание до 2,05 Н/м. 15 мм [ 8] .

Струйная печать стала важным методом вывода, а исследования устройств вывода и печатных красок также продолжают углубляться. Печатные свойства чернил связаны со свойствами переноса и смачивания, такими как вязкость, размер частиц и поверхностное натяжение, а свойства покрытия связаны с механическими свойствами, твердостью и устойчивостью к старению. Чтобы получить чернила WPU с превосходными характеристиками, Wang et al. [9] использовали метод эмульсионной полимеризации с использованием WPU в качестве затравки для синтеза эмульсий WPUA ядро-оболочка с различным содержанием метилметакрилата (ММА). По мере увеличения содержания ММА в WPUA средний размер частиц и угол смачивания WPUA увеличиваются, а также повышаются термостойкость и твердость покрытия WPUA. Краски для струйной печати, приготовленные на основе эмульсии WPUA в качестве базовой смолы, демонстрируют хорошие печатные свойства. Инь и др. [10] использовали изофорондиизоцианат (ИПДИ), полиол, диметилолмасляную кислоту (ДМБА) и 3,5-диметилпиразол (ДМП) в качестве сырья для синтеза серии блочных полиуретанов на водной основе (БВПУ). BWPU с оконечным устройством DMP обладает хорошей плавностью печати при струйной печати и стойкостью цвета, а также имеет большой потенциал в промышленном применении цифровой струйной печати.

3D-печать, также известная как технология аддитивного производства, является наиболее представительной технологией формования в современном интеллектуальном производстве. Он имеет такие преимущества, как высокая технологичность и высокая эффективность. Его можно настроить в соответствии с различными потребностями и подходит для обработки оборудования сложной конструкции. Производство, он имеет широкие перспективы применения в области аэрокосмической промышленности, производства морского оборудования и биомедицины. По сравнению с традиционными полиуретанами большинство WPU обладают плохими механическими свойствами, реологическими свойствами, термической стабильностью и электропроводностью, а также плохой гидролизной способностью во влажной среде. Для преодоления вышеуказанных недостатков в матрицу ВПУ обычно вводят неорганические наполнители, такие как углеродные нанотрубки, глина или графен, для образования органо-неорганических гибридов, тем самым улучшая ее характеристики [11-13].

Вадилло и др. [14-15] улучшили характеристики новых чернил на водной основе из полиуретанмочевины (WBPUU) из поликапролактона-полиэтиленгликоля (PCLPEG) при прямом 3D-письме за счет добавления нанокристаллов целлюлозы (CNC) in situ в качестве модификатора реологии. Свойства в технологии печати, которые могут улучшить возможность печати и точность формы 3D-структур, а также улучшить механическую и термическую стабильность получаемых деталей.

Чен и др. [16] разработали метод синтеза in-situ для модификации WPU (WPUCNF) с использованием нанофибрилл целлюлозы (CNF) для улучшения его пригодности для печати. Добавление УНВ в процессе эмульгирования уменьшает размер наночастиц WPU и увеличивает вязкость суспензии. Кроме того, для приготовления композитных чернил WPUCN/CNF было добавлено дополнительное количество CNF, которое показало превосходные возможности печати на печатных структурах различных форм, таких как соты, деревянные кучи или человеческие уши.

Присущие полиуретану недостатки, такие как высокая температура плавления и медленная скорость разложения, препятствуют его применению в тканевой 3D-печати. Ввиду этого Feng et al. [17] разработали биоразлагаемый полиуретан на водной основе (WBPU), модифицированный аминокислотами, для 3D-печати с использованием зеленого химического процесса на водной основе. Контролируя содержание гидрофильного удлинителя цепи, печатный блок имеет контролируемую деградацию и не вызывает накопления кислотных продуктов. Предполагается, что его можно будет использовать в качестве биологического альтернативного материала для тканевой инженерии.

В настоящее время методы 3D-печати могут создавать только статические объекты и не предполагают каких-либо функциональных изменений внутренних или внешних свойств, тогда как 4D-печать определяется как использование технологии 3D-печати для создания материалов с активными структурами, которые реагируют на внешние силы, такие как тепло, магнетизм или свет. При стимулировании материал способен со временем меняться, меняя напечатанную трехмерную форму. Существует два основных типа полимерных материалов, используемых для 4D-печати: чувствительные гидрогели и полимеры с памятью формы (SMP). Среди различных SMP полиуретан обладает множеством свойств, которые делают его отличным кандидатом для 4D-печати. Например, в 2019 году Су и др. [18] изучали формирование композитов на основе полиуретанового покрытия на водной основе в качестве предшественников 4D-печати путем добавления к покрытию наночастиц карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) и оксида кремния (SiO2).

Моделирование наплавлением (FDM) — это метод быстрого прототипирования, используемый на 3D-принтерах. Для получения материалов WPU с отличными комплексными свойствами и использования их для защиты поверхности печатной продукции FDM. Чтобы одновременно улучшить механические свойства и водонепроницаемость мембраны WPU, Zhang Jing et al. [19] использовали полимеризацию in-situ и поверхностное фторирование для получения композитной мембраны из галлуазитных нанотрубок и полиуретана на водной основе (AHNTs/WPU). Угол контакта с водой увеличился. При угле 114,5° он демонстрирует лучшую гидрофобность. На поверхности FDM формируется композитная пленка WPU. Результаты экспериментов показывают, что он может улучшить водонепроницаемость и механические свойства образца, а также оказывает очевидный эффект защиты поверхности.

Недавно Чжэн Лин и др. [20] использовали силановый связующий агент KH550 для проведения функциональной модификации ковалентной связи углеродной сажи (CB), получили модифицированный CB KH550 и приготовили композиционные материалы KH550/CB/WPU. Добавка CB значительно повышает термическую стабильность WPU. Содержание модифицированного CB было выбрано равным 3% для приготовления чернил для 3D-печати. По сравнению с другими продуктами, не предназначенными для 3D-печати, его проводящие свойства были улучшены на 1–2 порядка.

Кроме того, по сравнению с традиционными линейными макромолекулами, трехмерная сферическая структура сверхразветвленных полимеров имеет большое количество концевых групп и более низкую вязкость, что может обеспечить больше мест модификации [21] и поэтому широко используется в оптических приложениях. Отвержденные покрытия, светочувствительная смола для 3D-печати и другие области. Чжан Дунци и др. [22] получили сверхразветвленный полиуретанакрилат на водной основе путем этерификации сверхразветвленного полиэфирполиола, содержащего 16 концевых гидроксильных групп, янтарным ангидридом и реакции с изоцианатной группой изоцианат-этилакрилата с образованием двойных связей. Затем, используя его в качестве матричной смолы, была приготовлена ​​серия фоточувствительных смол на водной основе для 3D-печати путем соединения ее с реакционноспособными разбавляющими мономерами акрилоилморфолином и диакрилатом полиэтиленгликоля. Подготовленные устройства для 3D-печати обладают лучшими печатными свойствами. Точность.