Aktuální stav výzkumu inkoustu na vodní bázi

- Aug 22, 2019-

Barvy na vodní bázi mohou vyřešit problémy s emisemi a znečištěním v současném obalovém a polygrafickém průmyslu díky jejich vynikajícímu vlivu na životní prostředí. Dostali stále větší pozornost a stali se hlavním cílem budoucího výzkumu. Současně bude rovněž nahrazeno jeho použití. Tradiční inkousty na bázi rozpouštědel. Čína jasně uvedla inkousty na bázi vody a související suroviny jako zaměření budoucího vývoje výzkumu a hlavní směr rozvoje inkoustového průmyslu. Inkoust na bázi vody je nový „zelený“ tiskový materiál v 21. století. Má dvě pozoruhodné vlastnosti: jedna je nízká viskozita a dobrá tekutost; Druhým je, že nepoužívá organická rozpouštědla a je prospěšný pro ochranu životního prostředí. Inkousty na vodní bázi jsou na bázi vody s extrémně nízkým obsahem VOC, což ve srovnání s inkousty na bázi rozpouštědel výrazně zlepšuje pracovní prostředí výrobců inkoustů a operátorů tisku, čímž se snižuje škodlivé působení škodlivých látek na jejich těla. Kromě toho také snižuje riziko požáru a toxicity způsobené statickou elektřinou a hořlavými rozpouštědly a poskytuje příznivé podmínky pro ekologizaci a ochranu životního prostředí v obalovém a polygrafickém průmyslu v budoucnosti. Přestože inkousty na vodní bázi mají v obalovém a polygrafickém průmyslu velké výhody díky své šetrnosti k životnímu prostředí, stále nemohou dosáhnout nulových emisí. Stále obsahují malá množství alkoholů, etherů a dokonce i organických aminů. Jedná se o malé znečištění životního prostředí, ale znečištění ovzduší v dílně je vážné. Oxid titaničitý a ropná pryskyřice C9 jsou jednou z důležitých surovin pro výrobu inkoustů.

 

1 Vývoj inkoustů na vodní bázi

1.1 Vývoj cizích vodních inkoustů

Zahraniční výzkum inkoustů na vodní bázi začal v 60. letech 20. století a prošel hlavně třemi fázemi: první etapa je první generace inkoustových produktů s pryskyřicí a pryskyřicí modifikovanou pryskyřicí jako pojivem a druhá fáze je rozpouštědlo. Styren-akrylová kopolymerová pryskyřice je inkoustový produkt druhé generace pojiva a třetí stupeň je inkoustový produkt třetí generace s polymerovanou emulzní pryskyřicí jako pojivem. V první fázi studie byl design a vývoj pryskyřic pro vodná pojiva klíčem k vývoji inkoustů obsahujících vodu. Jako polymerovaná emulzní pryskyřice mající strukturu jádro-obal a síťovou strukturu připravenou polymerací akrylového monomeru a styrenu se používá ve vodném inkoustu, nejen lesk a suchost inkoustu se výrazně zlepšují, ale také se podporují. Vývoj inkoustů na vodní bázi rozšířil konkurenci s inkousty na bázi rozpouštědel a vývoj inkoustů na vodní bázi vstoupil do nové fáze vývoje. V současné době se ve Spojených státech a některých evropských zemích používají zelené a ekologické inkousty a inkousty na bázi rozpouštědel obsahující benzen jsou zakázány. Na americkém trhu 40% plastových tisků používá inkousty na vodní bázi a prodej inkoustů roste. Je vidět, že inkoust se stal hlavním inkoustem pro tisk. V ostatních vyspělých zemích se inkoust a praní postupně stanou hlavním inkoustem používaným při tisku na plastové fólie. Uvádí se, že Spojené království má právní předpisy zakazující používání inkoustů na bázi rozpouštědel pro tisk filmů na balené potraviny. Ropná pryskyřice C9

1.2 Vývoj domácích vodních inkoustů

Ve srovnání se zahraničím začal domácí výzkum inkoustů na vodní bázi pozdě, což lze zhruba rozdělit do čtyř fází: první generace inkoustových produktů byla představena ze Singapuru a druhá generace inkoustových produktů byla vyvinuta na základě první generace inkoustu. Třetí generace inkoustových výrobků byla dovážena přímo ze zahraničí. Čtvrtá generace inkoustových produktů je v současnosti používaným inkoustem nejvyšší kvality. Špičkové výrobky, které se v současné době používají, jsou vyráběny samy vyvinutými pryskyřicemi nebo přímo pomocí dovážených pryskyřic a byly nejprve vyvinuty a uvedeny do výroby v Tianjin Ink Factory. Po vstupu do WTO, který čelí vážným výzvám, byl na programu postupně zařazen vývoj ekologických a energeticky úsporných inkoustů, které nahradí tradiční inkousty na bázi rozpouštědel, takže vědci stále více upřednostňují inkousty na vodní bázi s dobrým účinkem na životní prostředí. a směrem k vývoji „vysokorychlostního, vícebarevného, rychleschnoucího, bez znečištění, nízké spotřeby energie, standardizace“. Na konci roku 2003 vyvinul Wuhan Institute pro moderní průmyslové technologie řadu inkoustů na bázi vody s netoxickým, nedráždivým zápachem, nekorozivním, nehořlavým, nevýbušným a bezpečným použitím [7], široce používá se ve zlatě. Tisk na natíraný papír, tabule, vlnitý papír, samolepicí papír, knihy a časopisy. Na začátku roku 2004 společnost Shanghai Meide Fine Chemical Co., Ltd. nedávno uvedla na trh vysoce kvalitní nízkoteplotní termosetový inkoust MD-1002 bez zápachu šetrný k životnímu prostředí [8]. Obsah formaldehydu v tomto produktu je nižší než 15 pp, což splňuje požadavky japonského a německého textilního potisku a barvení životního prostředí. Užitný model má výhody silné krycí schopnosti, jemné textury a schopnosti projít skrz síto 250 mesh nebo více, pohodlný provoz a barvu inkoustu lze libovolně upravit. V roce 2005 byly v literatuře uvedeny zprávy o použití styren-akrylové pryskyřice jako suroviny pro syntézu inkoustů na vodní bázi. Ve srovnání se zahraničními inkousty je jemnost lepší než u zahraničních podobných produktů. Lesk inkoustu je srovnatelný a viskozita je o něco vyšší než u cizího inkoustu. Ve stejném roce bylo v literatuře uvedeno, že jako pojivo byla použita polyuretan-polyakrylátová kompozitní emulze a plastová hlubotisková vodní barva byla připravena s použitím ftalocyaninové modři jako pigmentu. Produkt má dobrou přilnavost k PET filmu a OPP filmu a dobrou odolnost proti vodě. V roce 2011 bylo v literatuře uváděno, že k přípravě vodného inkoustu byla použita zesítěná modifikovaná styren-akrylová emulze a připravený produkt měl relativně dobrou stálost při tření, stabilitu, odolnost proti vodě, lesk a sílu tónování. Ve srovnání s předchozím obdobím dosáhly čínské inkousty na vodní bázi velkého pokroku ve výzkumu, vývoji a technologii. Čtyři barevné inkousty, tečky, přetisky a vysokorychlostní tiskové inkousty na vodní bázi vyráběné společností v zásadě splňovaly požadavky většiny kartonových továren. Kromě nízkých nákladů není jeho kvalita horší než u dováženého inkoustu a zákazníci mu důvěřují. V posledních letech se počet dovážených linek na výrobu flexografického tisku v Číně každým rokem neustále zvyšuje s ohledem na estetické povědomí o obalech a environmentální povědomí. Mnoho z nich je dováženo vysoce kvalitním tříbarevným a čtyřbarevným potiskem na vlnitý papír na vodní bázi. Slot pro inkoustový tisk atd.

 

2 Výzkumný stav inkoustů na vodní bázi

2.1 Stav výzkumu spojovacích materiálů

Jako základní materiál inkoustu na bázi vody hraje pojivo rozhodující roli ve výkonu a tisku inkoustu. Inovace v technickém výzkumu pojiva podporuje rychlý rozvoj inkoustové technologie. Pryskyřice na vodní bázi známá jako zelená pryskyřice 21. století získala stále větší pozornost a výzkum kvůli své nízké toxicitě, nehořlavosti, žádnému organickému rozpouštědlu, žádnému znečištění a dalším vynikajícím vlastnostem. V současné době existuje mnoho výzkumů pojiv doma i v zahraničí, zejména modifikované pryskyřice ve vodě rozpustné kalafuny, ve vodě rozpustné pryskyřice kyseliny polyakrylové a emulze ve vodě rozpustné pryskyřice.

2.1.1 Modifikovaná kalafuna ve vodě rozpustná pryskyřice

Pryskyřice se používá k formulaci inkoustů na vodní bázi v množství asi 70% a má výhody nízké ceny, jednoduchého výrobního procesu, vysokého lesku inkoustu atd. Nevýhodou je, že odolnost vůči vodě je po tisku špatná. tiskový proces je nestabilní a střední a vysoké kvality není dosaženo. Požadavky na lesk a odolnost proti vodě požadované pro tisk obalů. Chen Xueheng a další modifikovaná přírodní kalafuna s kyselinou fumarovou a pentaerythritolem k přípravě fumarové kyseliny modifikované borovicové parfémové pryskyřice s nízkou cenou, vysokou změkčovací teplotou, dobrou rozpustností a vynikajícím komplexním výkonem. Feng Lianxiang a další používají kyselinu akrylovou k modifikaci kalafuny, a poté vodné pojivo pro inkoust připravené kopolymerací s polyvinylbutyralem (PVB) má vynikající adhezi a rozpustnost ve vodě a je vhodné pro papír na výrobu tabáku.

2.1.2 Ve vodě rozpustná pryskyřice kyseliny polyakrylové

Používá se hlavně při přípravě vysoce kvalitních inkoustů na vodní bázi a má vynikající tvarovatelnost, odolnost vůči světlu, přilnavost, odolnost proti korozi a povětrnostním vlivům. Po letech výzkumu došlo k velkému pokroku v úpravách. Hlavními nedostatky jsou však nízká odolnost proti vodě a skvrnám, nízká adheze na neabsorpční materiály a pomalá rychlost sušení. Proto je stále hlavním výzkumem, který jej upravuje, aby se zlepšila jeho přilnavost a odolnost proti vodě. směr. V EP 1059341 se organická látka obsahující křemík přidává do akrylové pryskyřice a styrenového kopolymeru pro syntézu ve vodě rozpustné akrylové pryskyřice, která může být použita pro přípravu vodného inkoustu pro inkoustovou tiskárnu, a inkoust z něj připravený má dobrou odolnost proti otěru a světlo odpor. Odolnost proti vodě, ale náklady na inkoust jsou vysoké, lze použít pouze jako inkoust pro tisk ochranných známek vysoké kvality. Výzkum a vývoj s nízkými náklady a rozsáhlým používáním inkoustu je proto stále dalším směrem výzkumu.

Peng Xuejun a kol. použil azobisisobutyronitril jako iniciátor N, N-dimethylethanolaminu jako neutralizační činidlo pro kopolymeraci methylmethakrylátu, methylakrylátu, kyseliny akrylové a kvartérních monomerů N-methylolakrylamidu. Byly připraveny disperzní pryskyřice a filmotvorná pryskyřice vhodná pro flexografický čtyřbarevný přetiskovací vodný inkoust a jako spojovací materiál byla vyvinuta sada tříbarevných a černých čtyřbarevných přetiskovaných vodných inkoustů. Tento proces je jednoduchý a levný, obsah organických těkavých látek je mnohem nižší než u domácích podobných produktů a má v současné době dobré vyhlídky na použití u dovážených inkoustových výrobků. Liu Xu a kol. modifikoval akrylovou pryskyřici zavedením epoxidové pryskyřice, aby se zlepšila její adheze a stálost kompozitu. Index inkoustu na vodní bázi, který připravil, dosáhl nebo překročil národní normu a splňuje požadavky praktické aplikace. Hlubotiskové kompozitní plastové inkoustové pole má velkou užitnou hodnotu a perspektivu trhu.

2.1.3 Ve vodě rozpustná pryskyřice emulzního typu

V posledních letech byl vývoj pojiv typu emulze velmi rychlý, zejména vývoj kompozitních emulzí. V US 4 973 617 se polyamid přidává do systému, ve kterém anhydrid kyseliny maleinové reaguje s kalafunou, a získaný produkt se používá k modifikaci emulzní akrylové pryskyřice a poté se přidá malé množství propanolu za vzniku pojiva, které se použije v inkoust, aby se inkoust. Byla zlepšena potiskovatelnost a odolnost proti vodě. Cai Dongyu a kol. kombinoval výhody ve vodě polyuretanové a akrylové pryskyřice a připravil vodný inkoustový pojivo-urethan s dobrou odolností vůči vodě a vynikající stálostí přilnavosti a dobrou stabilitou k PET a OPP filmům emulzní polymerací. Polyakrylátová (PUA) kompozitní emulze, z níž se připravený vodný inkoust používá hlavně pro hlubotisk plastů. Hu Mingjin a kol. použil methylakrylát jako tvrdý monomer, butylakrylát jako měkký monomer a kyselinu akrylovou jako funkční monomer. Tyto suroviny byly syntetizovány na emulzní pojivo předemulgačním procesem a byla z nich připravena odolnost vůči lesku a vodě. Velmi jemné inkousty na vodní bázi s vynikajícími parametry, jako je jemnost. Jiang Chen a kol. Syntetizovala zesítěnou polyakrylátovou emulzi polymerací typu jádro-obal a diskutovala adhezi, odolnost proti vodě a odolnost filmotvorných materiálů této emulze k běžným obalovým materiálům při pokojové teplotě a vytvrzování teplem. Vliv vlastností, jako je rozpouštědlo a tvrdost. Výsledky výzkumu ukazují, že konstrukce jádra obalu, poměr měkkých a tvrdých monomerů a výběr a dávkování funkčních monomerů různých syntetických procesů mají velký vliv na účinnost pojiv na bázi inkoustu.

Zhang Lin navrhl tvrdý monomer s vysokým Tg jako jádro, měkký monomer s nízkým Tg jako obal, zesíťující monomer M v jádru, mírné zesítění a funkční skupinu, jako je karboxylová skupina nebo amidová skupina ve skořepinové vrstvě. Akrylová emulze typu jádro-skořápka syntetizovaná zesíťovací reakcí během sušení. Bylo zjištěno, že když množství zesíťujícího monomeru M je 0,5% hmotnosti jádrového monomeru a celkové množství MAA a MAM je 1% hmotnosti skořepinového monomeru a MAA / MAM = 1, pak získaný produkt je vodě odolný vůči potahovému filmu. Pohlaví je nejlepší. Wang Haiqiao a kol. kopolymerovaný silan A-174 obsahující dvojnou vazbu vazebného činidla s akrylovým monomerem pro syntézu vodné emulze pro akrylové barvy na substrátu z plastového filmu. Emulze může procházet křemíkem během tvorby filmu. Hydroxylová skupina je rychle zesíťována, čímž se zlepšuje vodotěsnost potahového filmu a podobně. Studie ukázaly, že použití silanového vazebného činidla A-174 může zlepšit odolnost polymeru vůči vodě a výrazně zlepšit odolnost proti praní formulovaného vodného inkoustu. Je zřejmé, že použití organických sloučenin obsahujících křemík ke zlepšení odolnosti emulze vůči vodě a přípravy emulzního polymeru regulovatelného hmotou k vyřešení nevýhody špatné rozpustnosti bude v budoucnu hlavním směrem výzkumu. V posledních letech je výzkum ve vodě rozpustné pryskyřice emulzního typu relativně horký, stále však existují charakteristiky špatné rozpustnosti a špatné odolnosti vůči vodě. Proto je určeno optimální dávkování pro smíchání s polyakrylovou pryskyřicí a vývoj nové rozpustnosti typu kompozitní emulze ve vodě. Pryskyřice pro zlepšení výše uvedených nedostatků je stále směr budoucího úsilí.

2.2 Stav výzkumu aditiv

Jako důležitá surovina pro změnu výkonu inkoustů na vodní bázi v posledních letech pomocné látky postupně vzkvétaly. V současné době jsou běžně používanými aditivy: stabilizátor pH, rychle schnoucí činidlo, odpěňovadlo, ředicí činidlo, pomalou sušicí činidlo, smáčedlo a dispergační činidlo, vyrovnávací činidlo, baktericid a podobně. Vědecké použití těchto pomocných látek může zlepšit účinnost vodných inkoustů a zlepšit stabilitu vodných inkoustů. V literatuře bylo uvedeno, že u vysoce kvalitních kartonových inkoustů je použití voskových přísad klíčem k dosažení opotřebení a skluzu. Byly vybrány tři typy vosků: ultrajemný vosk (s nejužší distribucí velikosti částic), vosková emulze (s jemnou velikostí částic) a vosková disperze. Výsledky ukazují, že vosk může zlepšit odolnost a opotřebení razítka. Pohlaví, kromě různých metod zpracování vosku, ovlivní výkon vosku v inkoustu. Proto je při výběru voskových aditiv nutné komplexně zvážit vliv velikosti částic a dispergačního systému vosku na výkon inkoustu.

Barvy na vodní bázi mají obecně problém s nedostatečným leskem, který vážně brání široké aplikaci inkoustů na vodní bázi v oblasti balení a tisku. Podle analýzy lesku se lesk vodního inkoustu zmenšuje se zvyšováním hmotnostní frakce přidaného odpěňovacího činidla, což ukazuje, že když se odbarvovací činidlo přidá k inkoustu, je nepříznivě ovlivněna dispergovatelnost vodného inkoustu. Proto se zhoršuje lesk inkoustu; zahušťovadlo může zvýšit lesk inkoustu v určitém rozmezí množství, ale po určitém množství se lesk sníží; navíc, protože lesk typu světlé pasty je velmi lesklý, takže se používá k míchání inkoustů na vodní bázi a získané produkty mají světlou a průhlednou barvu a současně účinek a lesk vylepšený je také inkoustový film. Při použití pomocných látek bylo v inkoustovém systému uváděno, že multifunkční pomocné látky na bázi polymeru typu voda s extrémně nízkou těkavostí a bez zápachu mohou rychle a efektivně řídit pH systému. Aby se dosáhlo dobrého dispergačního a stabilizačního účinku, mohou být jako dispergační činidla pro vodné inkousty vybrány polymery, jako je polyurethan, kyselina polyakrylová a karboxylová kyselina; aby se zabránilo výskytu nežádoucích jevů, jako je smršťování, rybí oči a pomerančová kůra, je nutné dodržovat zásadu použití odpěňovače s nejnižší dávkou a nejlepším odpěňovacím účinkem; polyurethan je často používán jako nejčastěji používaná vyrovnávací látka ve vodných inkoustových systémech. Kromě toho bylo v literatuře uvedeno, že když je potlačovač pěnění smíchán s plastifikujícími odpěňovacími činidly na vnitřním a vnějším povrchu a množství odpěňovacího činidla je 2%, může být problém napěnění inkoustu dobře vyřešen.


2.3 Stav výzkumu pigmentů

Když jsou vybrány pigmenty, odstín je primárním hlediskem následovaným faktory, jako je snadná dispergovatelnost, odolnost vůči alkoholu a zásaditosti a kompatibilita s jinými složkami. Barvy na vodní bázi obvykle používají pigmenty na vodní bázi, které jsou kompatibilní s vodnými pryskyřicemi, aby se dosáhlo dobré disperze. Vodné inkousty se obecně připravují z pigmentů na bázi jezera, protože pigmenty na bázi jezera způsobují špatnou stabilitu inkoustu při skladování a zvyšování viskozity v alkalickém médiu zahušťuje inkoustový film. U organických pigmentů se jako pigmenty pro inkoust obvykle používají azo nebo disazo, indigo a další vysoce kvalitní pigmenty, aby splňovaly požadavky na konstrukci inkoustových formulací. V procesu tisku jsou jako pigmenty pro inkoust vybrány domácí vysoce kvalitní pigmenty s jasnými barvami, nízkou viskozitou a stabilním systémem. S neustálým vývojem inkoustů na vodní bázi je vývoj pigmentů vhodných pro inkousty s dobrým výkonem v budoucnosti stále horkým tématem. V současné době se zahraniční patenty na inkousty na vodní bázi zaměřují hlavně na vývoj pojiv, jako je přidání kalafuny a zavedení ve vodě rozpustných organických sloučenin, emulzí, alkylpolyoxyethylenethersulfonátu a dalších monomerů, takže čistota obrázek je zřejmý. Zlepšení spočívá v tom, že získaný produkt má jednotný pigment, dobrou tekutost částic, optickou hustotu vyšší než 0,9 a inkoustový produkt na bázi vody, který lze rychle vysušit.

3 Směr výzkumu

V současnosti mají dovážené i domácí inkousty tu nevýhodu, že nejsou odolné vůči alkáliím, nejsou odolné vůči ethanolu a vodě, pomalé sušení, špatný lesk a snadno způsobují smršťování papíru. V literatuře bylo uvedeno, že použití UV inkoustů může vyřešit výše uvedené nedostatky, ale nejen to zvyšuje proces tisku, ale také zvyšuje náklady na tisk a nedosahuje dobrého ekonomického přínosu. Vodní UV inkousty na bázi vody se však stanou horkým místem v budoucím výzkumu kvůli jejich dobrému vývoji a perspektivám použití. Navíc s dalším rozvojem nanomateriálů a nanotechnologií bude postupně vzkvétat výzkum a vývoj nanokapalin. Jako důležitý technický index inkoustu je pro jeho kontrolu velmi důležitá viskozita. Některé experimentální studie zjistily, že aminační činidlo hraje zásadní roli při změně viskozity inkoustového systému a stabilitě jeho viskozity. Toto zjištění je v budoucnosti vysoké a nízké. Návrh systému formulace viskózního inkoustu a ideální viskozita aplikace inkoustu poskytují důležitý teoretický základ.

Doba schnutí, puchýře, tupost a nerovnoměrnost po sušení jsou stále nejdůležitějšími problémy při nanášení inkoustu, což přímo ovlivňuje rychlost nahrazování inkoustů na bázi rozpouštědla vodnými inkousty a omezuje široké použití inkoustů na bázi vody. Vývoj nových aditiv a pigmentů pro zlepšení výkonu inkoustu a snížení nákladů je proto stále naším směrem pro náš budoucí výzkum.

Celkově lze říci, že inkousty na vodní bázi jsou inkousty šetrné k životnímu prostředí, které neobsahují rozpouštědla a neobsahují rozpouštědla. Jsou zvláště vhodné pro balení a tisk výrobků s přísnými hygienickými podmínkami. Proto vývoj inkoustů na vodní bázi splňuje požadavky trhu a lze jej přizpůsobit. Poptávky na trhu. Přestože inkousty na vodní bázi jsou šetrné k životnímu prostředí a mají dobrou přizpůsobivost tisku, v jeho vývoji stále existují určité nedostatky. Například rychlost sušení inkoustu je nízká, energie sušení je vysoká, účinnost výroby je nízká a náklady jsou vysoké. Studujte problémy, které je třeba řešit. Vědci musí dále zkoumat a vyvíjet nové inkoustové materiály, aby zlepšili výkon inkoustu a snížili ceny, aby se lépe přizpůsobili poptávce na trhu.