تقدم البحث وتحليل مادة رابطة البولي يوريثين ذات الأساس المائي

في الوقت الحاضر، في صناعة التعبئة والتغليف والطباعة، تحتل أفلام البولي أوليفين المركز الأول في المواد الأساسية لأفلام الطباعة والتغليف، مثل فيلم البولي بروبيلين ثنائي المحور (BOPP)، فيلم البولي إيثيلين (PE)، وما إلى ذلك، يليه البولي إيثيلين تيريفثاليت جليكول. فيلم إستر (PET)، فيلم نايلون (PA)، إلخ. تحتوي سلاسل البولي يوريثين الجزيئية ذات الأساس المائي على المزيد من المجموعات القطبية ولها توتر سطحي مرتفع. ولذلك، فإن أحبار WPU مناسبة للطلاء السطحي للركائز شديدة القطبية مثل PET وPA. تتمتع مادة BOPP، باعتبارها ركيزة طباعة مهمة، بطاقة سطحية منخفضة، لذلك يصعب تبليل WPU على سطحها، مما يؤدي إلى ضعف جودة الطباعة [2-4].

من أجل تحسين إمكانية تطبيق حبر WPU على الركيزة لفيلم BOPP، فإن الطرق الرئيسية المستخدمة حاليًا هي: أولاً، يتم إجراء المعالجة السطحية مثل معالجة الإكليل ومعالجة الطلاء على الفيلم قبل الطباعة، والمجموعات القطبية مثل الكربوكسيل والهيدروكسيل يتم تقديم المجموعات إلى السطح. ، لزيادة التوتر السطحي لفيلم BOPP، وبالتالي تحسين قابلية التبلل والالتصاق لحبر WPU؛ ثانيًا، يمكن أن تؤدي إضافة معززات الالتصاق إلى الحبر المائي، مثل السيليكون والبولي بروبيلين المكلور وما إلى ذلك، إلى تقليل التصاق الحبر المائي. التوتر السطحي. والثالث هو تصميم البنية الجزيئية لـ WPU بعناية لتقليل محتوى المجموعات القطبية والتوتر السطحي في سلسلتها الجزيئية لتحقيق هدف تحسين جودة الطباعة على أفلام BOPP. هذه هي إحدى الطرق الأكثر بحثًا حاليًا.

يتمتع السيليكون بمزايا الطاقة السطحية المنخفضة، والتوافق الحيوي الجيد، والثبات الحراري العالي ومقاومة الأكسجين، وقد تم استخدامه على نطاق واسع في تعديل مواد البولي يوريثين [5]. لي وآخرون. [6] درس تعديل المزج والتعديل في الموقع لمستحلب WPU مع بولي أورجانوسيلوكسان ووجد أن استخدام طريقة المزج الفيزيائي يمكن أن يقلل بشكل أكثر فعالية من الطاقة السطحية لـ WPU. من خلال الاستفادة من الطاقة السطحية المنخفضة للمركبات المحتوية على الفلور، فإن إدخال المجموعات المحتوية على الفلور في جزيئات البولي يوريثان المنقولة بالماء يمكن أن يقلل بشكل فعال من الطاقة السطحية للبولي يوريثان المائي ويحسن الكارهة للماء. على سبيل المثال، شو وآخرون. [7] أجرى تعديل الهيدروكسيل لميثاكريلات دوديكافلوروهيبتيل (DFHMA) لتوليف EDFHMA، ثم تفاعل مع اللاكتيد الكحولي لتوليف الجليكول المحتوي على الفلور (PLPF)، ثم تفاعل مع هيكساميثيلين ديول تم تحضير البولي يوريثين بواسطة تفاعل الأيزوسيانات (HDI). بالمقارنة مع المجموعة الضابطة، انخفضت الطاقة السطحية لـ WPU التي تحتوي على EDFHMA بنحو 20 مليون نيوتن / م. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت الدراسات ذات الصلة أن تطعيم السلاسل الجانبية الطويلة من الدهون في السلسلة الجزيئية WPU يمكن أن يقلل أيضًا من التوتر السطحي لـ WPU، وأثناء عملية تكوين فيلم WPU، ستتجمع السلاسل الجانبية الطويلة من الدهون على سطح الفيلم، وهو أمر مفيد للتفاعل مع المواد ذات القطبية المنخفضة. يحدث تأثير توافق مماثل في فيلم BOPP، مما يحسن التصاق WPU على سطح فيلم BOPP. وبناء على ذلك، تشانغ وآخرون. [8] يستخدم بوليول البوليستر السائل BY3003 مع سلاسل أليفاتية طويلة متفرعة لتحضير لاتكس WPU المناسب لطباعة أفلام BOPP. BY3003 يجعل التوتر السطحي لللاتكس المحضر لا يتجاوز 43 mN/m، في حين أن التوتر السطحي لللاتكس WPU التقليدي يتجاوز 55 mN/m. ولذلك، فإن قوة قشر T للأحبار المصنوعة من هذه اللاتكس تزيد عن 0.8 نيوتن/15 ملم.

بالإضافة إلى ذلك، فإن درجة امتداد ما بعد السلسلة، ومحتوى حمض ثنائي ميثيلول البيوتيريك والنسبة المولية NCO/OH لها أيضًا تأثير كبير على خصائص اللاتكس والفيلم في WPU، خاصة على قوة التقشير T للحبر المقابل. من خلال تحسين هذه العوامل، تم الحصول على مستحلب بولي يوريثين ذو أساس مائي مع توتر سطحي منخفض يصل إلى 39.6 ملي نيوتن/م وثبات التصاق لأفلام BOPP يتجاوز 95%، مع قوة قشر T مقابلة للحبر تصل إلى 2.05 نيوتن/متر. 15 ملم[8] .

أصبحت الطباعة النافثة للحبر طريقة إخراج أساسية، كما أن الأبحاث حول أجهزة الإخراج وأحبار الطباعة مستمرة أيضًا في التعمق. ترتبط قابلية طباعة الحبر بخصائص النقل والترطيب مثل اللزوجة وحجم الجسيمات والتوتر السطحي، وترتبط خصائص الطلاء بالخصائص الميكانيكية والصلابة ومقاومة الشيخوخة. من أجل الحصول على حبر WPU بأداء ممتاز، قام Wang et al. [9] استخدم طريقة بلمرة المستحلب مع WPU كبذرة لتجميع مستحلبات WPUA ذات القشرة الأساسية بمحتويات مختلفة من ميثيل ميثاكريلات (MMA). مع زيادة محتوى MMA في WPUA، يزيد متوسط ​​حجم الجسيمات وزاوية التلامس لـ WPUA، ويتم تعزيز مقاومة الحرارة وصلابة طلاء WPUA. تُظهِر أحبار الطباعة النافثة للحبر المحضرة باستخدام مستحلب WPUA كراتنج أساسي إمكانية طباعة جيدة. يين وآخرون. [10] استخدم إيزوسيانات الإيزوفورون (IPDI)، والبوليول، وحمض ثنائي ميثيلول البيوتيريك (DMBA) و3،5-ثنائي ميثيل بيرازول (DMP) كمواد خام لتجميع سلسلة من كتلة البولي يوريثين ذات الأساس المائي (BWPU). تتمتع BWPU التي تم إنهاؤها بـ DMP بطلاقة جيدة في نفث الحبر وثبات اللون، ولديها إمكانات كبيرة في التطبيقات الصناعية للطباعة النافثة للحبر الرقمية.

الطباعة ثلاثية الأبعاد، والمعروفة أيضًا باسم تكنولوجيا التصنيع بالإضافة، هي تقنية القولبة الأكثر تمثيلاً في الإنتاج الذكي الحالي. لديها مزايا قابلية المعالجة القوية والكفاءة العالية. يمكن تخصيصها وفقًا للاحتياجات المختلفة وهي مناسبة لمعالجة المعدات ذات الهياكل المعقدة. التصنيع، لديها آفاق تطبيق واسعة في مجالات الطيران وتصنيع المعدات البحرية والطب الحيوي. بالمقارنة مع البولي يوريثان التقليدي، فإن معظم وحدات WPU لها خواص ميكانيكية ضعيفة، وخصائص ريولوجية، واستقرار حراري، وموصلية كهربائية، ولها قوة تحلل مائي ضعيفة في البيئات الرطبة. من أجل التغلب على أوجه القصور المذكورة أعلاه، عادة ما يتم إدخال الحشوات غير العضوية مثل أنابيب الكربون النانوية أو الطين أو الجرافين في مصفوفة WPU لتشكيل هجينة عضوية غير عضوية، وبالتالي تحسين أدائها [11-13].

فاديلو وآخرون. [14-15] قام بتحسين أداء حبر البولي يوريثين اليوريا (WBPUU) المعتمد على الماء من البولي كابرولاكتون-بولي إيثيلين جلايكول (PCLPEG) في الكتابة المباشرة ثلاثية الأبعاد عن طريق إضافة بلورات السليلوز النانوية (CNC) في الموقع كمعدل للريولوجيا. خصائص في تكنولوجيا الطباعة يمكنها تحسين قابلية الطباعة ودقة شكل الهياكل ثلاثية الأبعاد، بالإضافة إلى تحسين الاستقرار الميكانيكي والحراري للأجزاء الناتجة.

تشن وآخرون. [16] طور طريقة توليف في الموقع لتعديل WPU (WPUCNF) باستخدام ألياف السليلوز النانوية (CNF) لتحسين إمكانية الطباعة. تؤدي إضافة CNF أثناء عملية الاستحلاب إلى تقليل حجم الجسيمات النانوية WPU وزيادة لزوجة التعليق. بالإضافة إلى ذلك، تمت إضافة CNF إضافي لتحضير الحبر المركب WPUCN/CNF، والذي أظهر قابلية طباعة ممتازة في أشكال مختلفة من هياكل الطباعة مثل أقراص العسل أو أكوام الخشب أو الأذن البشرية.

العيوب الكامنة في مادة البولي يوريثين مثل نقطة الانصهار العالية ومعدل التحلل البطيء تعيق تطبيقه في هندسة الأنسجة للطباعة ثلاثية الأبعاد. وفي ضوء ذلك، فنغ وآخرون. [17] قام بتطوير مادة البولي يوريثين المستندة إلى الماء القابلة للتحلل الحيوي (WBPU) القابلة للطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام الأحماض الأمينية باستخدام عملية كيميائية خضراء تعتمد على الماء. من خلال التحكم في محتوى موسع السلسلة المحبة للماء، فإن الكتلة المطبوعة لديها تدهور يمكن التحكم فيه ولا تسبب تراكم المنتجات الحمضية. ومن المتصور أنه يمكن استخدامه كمادة بيولوجية بديلة لهندسة الأنسجة.

حاليًا، يمكن لطرق الطباعة ثلاثية الأبعاد إنشاء كائنات ثابتة فقط ولا تتضمن أي تغييرات وظيفية في الخصائص الجوهرية أو الخارجية، بينما تُعرف الطباعة رباعية الأبعاد بأنها استخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء مواد ذات هياكل نشطة تستجيب للقوى الخارجية مثل الحرارة، المغناطيسية، أو الضوء. عند تحفيزها، تكون المادة قادرة على التغيير بمرور الوقت لتغيير الشكل المطبوع ثلاثي الأبعاد. هناك نوعان رئيسيان من مواد البوليمر المستخدمة في الطباعة رباعية الأبعاد: الهلاميات المائية سريعة الاستجابة وبوليمرات ذاكرة الشكل (SMP). من بين مختلف SMPs، يعرض البولي يوريثين مجموعة متنوعة من الخصائص التي تجعله مرشحًا ممتازًا للطباعة رباعية الأبعاد. على سبيل المثال، في عام 2019، سو وآخرون. [18] درس تكوين المركبات القائمة على طلاء البولي يوريثين المائي كسلائف طباعة رباعية الأبعاد عن طريق إضافة جسيمات نانوية كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) وأكسيد السيليكون (SiO2) إلى الطلاء.

نمذجة الترسيب المنصهر (FDM) هي طريقة نماذج أولية سريعة تستخدم في الطابعات ثلاثية الأبعاد. من أجل إعداد مواد WPU ذات خصائص شاملة ممتازة واستخدامها لحماية أسطح منتجات الطباعة FDM. من أجل تحسين الخواص الميكانيكية ومقاومة الماء لغشاء WPU في نفس الوقت، قام Zhang Jing et al. [19] تم استخدام البلمرة في الموقع والفلورة السطحية لتحضير غشاء مركب من الأنابيب النانوية / البولي يوريثين المائي (AHNTs / WPU). زادت زاوية ملامسة الماء. بحجم كبير يصل إلى 114.5 درجة، يُظهر كارهة للماء بشكل أفضل. يتم تشكيل فيلم مركب WPU على سطح FDM. تظهر النتائج التجريبية أنه يمكن تحسين مقاومة الماء والخواص الميكانيكية للعينة، وله تأثير واضح لحماية السطح.

في الآونة الأخيرة، تشنغ لينغ وآخرون. [20] استخدم عامل اقتران السيلان KH550 لإجراء التعديل الوظيفي للرابطة التساهمية لأسود الكربون (CB)، وحصل على KH550 المعدل CB، وأعد المواد المركبة KH550/CB/WPU. تعمل إضافة CB على تحسين الاستقرار الحراري لـ WPU بشكل كبير. تم اختيار محتوى CB المعدل بنسبة 3% لإعداد حبر الطباعة ثلاثي الأبعاد. بالمقارنة مع منتجات الطباعة غير ثلاثية الأبعاد الأخرى، تم تحسين خصائصها الموصلة بمقدار 1 إلى 2 أوامر من حيث الحجم.

بالإضافة إلى ذلك، بالمقارنة مع الجزيئات الخطية الكبيرة التقليدية، فإن البنية الكروية ثلاثية الأبعاد للبوليمرات مفرطة التفرع لها مجموعات نهائية وفيرة ولزوجة أقل، والتي يمكن أن توفر المزيد من مواقع التعديل [21] وبالتالي تستخدم على نطاق واسع في التطبيقات البصرية. الطلاءات المعالجة والطباعة ثلاثية الأبعاد والراتنجات الحساسة للضوء وغيرها من المجالات. تشانغ دونغ تشى وآخرون. [22] تم تحضير أكريليت البولي يوريثين عالي الامتياز القائم على الماء عن طريق أسترة بوليول بوليستر شديد الامتياز يحتوي على 16 مجموعة هيدروكسيل طرفية مع أنهيدريد السكسينيك والتفاعل مع مجموعة إيزوسيانات من إيزوسيانات إيثيل أكريليت لإدخال روابط مزدوجة. بعد ذلك، باستخدامه كالراتنج المصفوفي، تم تحضير سلسلة من الراتنجات الحساسة للضوء ذات الأساس المائي للطباعة ثلاثية الأبعاد عن طريق مضاعفة المونومرات المخففة التفاعلية أكريلويل مورفولين والبولي إيثيلين جليكول دياكريلات. تتمتع أجهزة الطباعة ثلاثية الأبعاد المعدة بخصائص طباعة أفضل. دقة.