Kemajuan penelitian dan analisis pengikat poliuretan berbahan dasar air

Saat ini, dalam industri pengemasan dan percetakan, film poliolefin menempati urutan pertama dalam bahan dasar film percetakan dan pengemasan, seperti film polipropilen berorientasi biaksial (BOPP), film polietilen (PE), dll., Disusul oleh polietilen tereftalat glikol. Film ester (PET), film nilon (PA), dll. Rantai molekul poliuretan berbahan dasar air mengandung lebih banyak gugus polar dan memiliki tegangan permukaan yang tinggi. Oleh karena itu, tinta WPU cocok untuk melapisi permukaan substrat yang sangat polar seperti PET dan PA. BOPP, sebagai substrat pencetakan yang penting, memiliki energi permukaan yang lebih rendah, sehingga WPU sulit untuk dibasahi pada permukaannya, sehingga menghasilkan kualitas pencetakan yang buruk [2-4].

Untuk meningkatkan penerapan tinta WPU pada substrat film BOPP, metode utama yang saat ini digunakan adalah: Pertama, perlakuan permukaan seperti perlakuan corona dan perlakuan pelapisan dilakukan pada film sebelum dicetak, dan gugus polar seperti karboksil dan hidroksil kelompok diperkenalkan ke permukaan. , untuk meningkatkan tegangan permukaan film BOPP, sehingga meningkatkan keterbasahan dan daya rekat tinta WPU; kedua, menambahkan promotor adhesi ke tinta berbahan dasar air, seperti silikon, polipropilena terklorinasi, dll., dapat mengurangi daya rekat tinta berbahan dasar air. Tegangan permukaan. Yang ketiga adalah merancang struktur molekul WPU secara hati-hati untuk mengurangi kandungan gugus polar dan tegangan permukaan dalam rantai molekulnya guna mencapai tujuan meningkatkan kualitas pencetakan pada film BOPP. Ini adalah salah satu metode yang paling banyak diteliti saat ini.

Silikon memiliki keunggulan energi permukaan yang rendah, biokompatibilitas yang baik, stabilitas termal dan ketahanan oksigen yang tinggi, serta telah banyak digunakan dalam modifikasi bahan poliuretan [5]. Li dkk. [6] mempelajari modifikasi pencampuran dan modifikasi in-situ emulsi WPU dengan poliorganosiloksan dan menemukan bahwa penggunaan metode pencampuran fisik dapat lebih efektif mengurangi energi permukaan WPU. Memanfaatkan rendahnya energi permukaan senyawa yang mengandung fluor, memasukkan gugus yang mengandung fluor ke dalam molekul poliuretan yang ditularkan melalui air dapat secara efektif mengurangi energi permukaan poliuretan berbahan dasar air dan meningkatkan hidrofobisitas. Misalnya, Xu dkk. [7] melakukan modifikasi hidroksilasi dodecafluoroheptyl methacrylate (DFHMA) untuk mensintesis EDFHMA, kemudian direaksikan dengan laktida beralkohol untuk mensintesis glikol yang mengandung fluor (PLPF), dan kemudian direaksikan dengan heksametilen diol Poliuretan dibuat melalui reaksi isosianat (HDI). Dibandingkan dengan kelompok kontrol, energi permukaan WPU yang mengandung EDFHMA menurun hampir 20 mN/m. Selain itu, penelitian yang relevan menunjukkan bahwa mencangkokkan rantai samping lemak panjang ke dalam rantai molekul WPU juga dapat mengurangi tegangan permukaan WPU, dan selama proses pembentukan film WPU, rantai samping lemak panjang akan berkumpul ke permukaan film, yang bermanfaat. untuk interaksi dengan bahan polaritas rendah. Efek kompatibilitas serupa terjadi pada film BOPP, yang meningkatkan daya rekat WPU pada permukaan film BOPP. Berdasarkan hal ini, Zhang dkk. [8] menggunakan poliol poliester cair BY3003 dengan rantai alifatik bercabang panjang untuk menyiapkan lateks WPU yang cocok untuk pencetakan film BOPP. BY3003 membuat tegangan permukaan lateks olahan tidak melebihi 43 mN/m, sedangkan tegangan permukaan lateks WPU tradisional melebihi 55 mN/m. Oleh karena itu, kekuatan kulit T dari tinta yang terbuat dari lateks ini berada di atas 0,8 N/15 mm.

Selain itu, derajat ekstensi pasca-rantai, kandungan asam butirat dimetilol, dan rasio molar NCO/OH juga memiliki pengaruh yang signifikan terhadap sifat lateks dan film WPU, terutama pada kekuatan kulit T dari tinta yang bersangkutan. Dengan mengoptimalkan faktor-faktor ini, diperoleh emulsi poliuretan berbahan dasar air dengan tegangan permukaan serendah 39,6 mN/m dan ketahanan adhesi pada film BOPP melebihi 95%, dengan kekuatan kulit T tinta yang sesuai sebesar 2,05 N/ 15 mm [ 8] .

Pencetakan inkjet telah menjadi metode keluaran yang penting, dan penelitian tentang perangkat keluaran dan tinta cetak juga terus diperdalam. Kemampuan mencetak tinta berkaitan dengan sifat transfer dan pembasahan seperti viskositas, ukuran partikel, dan tegangan permukaan, sedangkan sifat pelapis berkaitan dengan sifat mekanik, kekerasan, dan ketahanan terhadap penuaan. Untuk mendapatkan tinta WPU dengan performa prima, Wang dkk. [9] menggunakan metode polimerisasi emulsi dengan WPU sebagai benih untuk mensintesis emulsi WPUA cangkang inti dengan kandungan metil metakrilat (MMA) yang berbeda. Dengan meningkatnya kandungan MMA dalam WPUA, ukuran partikel rata-rata dan sudut kontak WPUA meningkat, serta ketahanan panas dan kekerasan lapisan WPUA meningkat. Tinta cetak inkjet yang dibuat dengan emulsi WPUA sebagai resin dasar menunjukkan kemampuan cetak yang baik. Yin dkk. [10] menggunakan isophorone diisocyanate (IPDI), poliol, dimethylol butyric acid (DMBA) dan 3,5-dimethylpyrazole (DMP) sebagai bahan baku untuk mensintesis rangkaian blok Polyurethane berbasis air (BWPU). BWPU yang diakhiri dengan DMP memiliki kelancaran inkjet dan tahan luntur warna yang baik, serta memiliki potensi besar dalam aplikasi industri pencetakan inkjet digital.

Pencetakan 3D, juga dikenal sebagai teknologi manufaktur aditif, adalah teknologi pencetakan paling representatif dalam produksi cerdas saat ini. Ini memiliki keunggulan kemampuan proses yang kuat dan efisiensi tinggi. Ini dapat disesuaikan sesuai dengan kebutuhan yang berbeda dan cocok untuk pemrosesan peralatan dengan struktur yang kompleks. Manufaktur, memiliki prospek penerapan yang luas di bidang kedirgantaraan, manufaktur peralatan lepas pantai, dan biomedis. Dibandingkan dengan poliuretan tradisional, sebagian besar WPU memiliki sifat mekanik, sifat reologi, stabilitas termal, dan konduktivitas listrik yang buruk, serta memiliki kekuatan hidrolisis yang buruk di lingkungan lembab. Untuk mengatasi kekurangan di atas, bahan pengisi anorganik seperti karbon nanotube, tanah liat atau graphene biasanya dimasukkan ke dalam matriks WPU untuk membentuk hibrida organik-anorganik, sehingga meningkatkan kinerjanya [11-13].

Vadillo dkk. [14-15] meningkatkan kinerja tinta poliuretan urea (WBPUU) berbasis air polikaprolakton-polietilen glikol (PCLPEG) baru dalam penulisan langsung 3D dengan menambahkan nanokristal selulosa (CNC) in situ sebagai pengubah reologi. Sifat dalam teknologi pencetakan yang dapat meningkatkan kemampuan cetak dan ketepatan bentuk struktur 3D, serta meningkatkan stabilitas mekanik dan termal bagian yang dihasilkan.

Chen dkk. [16] mengembangkan metode sintesis in-situ untuk memodifikasi WPU (WPUCNF) dengan menggunakan nanofibril selulosa (CNF) untuk meningkatkan kemampuan cetaknya. Penambahan CNF selama proses emulsifikasi mengurangi ukuran nanopartikel WPU dan meningkatkan viskositas suspensi. Selain itu, CNF tambahan ditambahkan untuk menyiapkan tinta komposit WPUCN/CNF, yang menunjukkan kemampuan cetak yang sangat baik dalam berbagai bentuk struktur pencetakan seperti sarang lebah, tumpukan kayu, atau telinga manusia.

Kekurangan yang melekat pada poliuretan seperti titik leleh yang tinggi dan laju degradasi yang lambat menghambat penerapannya dalam rekayasa jaringan pencetakan 3D. Mengingat hal ini, Feng dkk. [17] mengembangkan poliuretan berbasis air (WBPU) termodifikasi asam amino yang dapat dicetak 3D menggunakan proses kimia ramah lingkungan berbasis air. Dengan mengontrol kandungan pemanjang rantai hidrofilik, blok cetakan memiliki degradasi yang terkendali dan tidak menyebabkan penumpukan produk asam. Diharapkan dapat digunakan sebagai bahan biologis alternatif untuk rekayasa jaringan.

Saat ini, metode pencetakan 3D hanya dapat membuat objek statis dan tidak melibatkan perubahan fungsional apa pun pada sifat intrinsik atau ekstrinsik, sedangkan pencetakan 4D didefinisikan sebagai penggunaan teknologi pencetakan 3D untuk membuat material dengan struktur aktif yang merespons gaya eksternal seperti panas, magnetisme, atau cahaya. Distimulasi, materi mampu berubah seiring waktu untuk mengubah bentuk 3D yang dicetak. Ada dua jenis bahan polimer utama yang digunakan untuk pencetakan 4D: hidrogel responsif dan polimer memori bentuk (SMP). Di antara berbagai SMP, poliuretan menampilkan beragam sifat yang menjadikannya kandidat yang sangat baik untuk pencetakan 4D. Misalnya, pada tahun 2019, Su dkk. [18] mempelajari pembentukan komposit berbasis lapisan poliuretan berbasis air sebagai prekursor pencetakan 4D dengan menambahkan nanopartikel karboksimetil selulosa (CMC) dan silikon oksida (SiO2) ke dalam lapisan.

Pemodelan deposisi menyatu (FDM) adalah metode prototipe cepat yang digunakan pada printer 3D. Untuk menyiapkan bahan WPU dengan sifat komprehensif yang sangat baik dan menggunakannya untuk perlindungan permukaan produk pencetakan FDM. Untuk secara bersamaan meningkatkan sifat mekanik dan kedap air membran WPU, Zhang Jing dkk. [19] menggunakan polimerisasi in-situ dan fluorinasi permukaan untuk menyiapkan membran komposit halloysite nanotube/poliuretan berbasis air (AHNTs/WPU). Sudut kontak air meningkat. Sebesar 114,5°, menunjukkan hidrofobisitas yang lebih baik. Film komposit WPU terbentuk pada permukaan FDM. Hasil percobaan menunjukkan bahwa hal ini dapat meningkatkan kedap air dan sifat mekanik sampel, serta memiliki efek perlindungan permukaan yang jelas.

Baru-baru ini, Zheng Ling dkk. [20] menggunakan bahan penggandeng silan KH550 untuk melakukan modifikasi fungsional ikatan kovalen karbon hitam (CB), memperoleh CB yang dimodifikasi KH550, dan menyiapkan material komposit KH550/CB/WPU. Penambahan CB secara signifikan meningkatkan stabilitas termal WPU. Konten CB yang dimodifikasi dipilih menjadi 3% untuk persiapan tinta cetak 3D. Dibandingkan dengan produk pencetakan non-3D lainnya, sifat konduktifnya ditingkatkan sebesar 1 hingga 2 kali lipat.

Selain itu, dibandingkan dengan makromolekul linier tradisional, struktur bola tiga dimensi dari polimer hiperbercabang memiliki gugus ujung yang melimpah dan viskositas yang lebih rendah, yang dapat menyediakan lebih banyak lokasi modifikasi [21] dan oleh karena itu banyak digunakan dalam aplikasi optik. Pelapis yang diawetkan, resin fotosensitif pencetakan 3D, dan bidang lainnya. Zhang Dongqi dkk. [22] menyiapkan akrilat poliuretan berbasis air bercabang banyak dengan mengesterifikasi poliol poliester bercabang hiper yang mengandung 16 gugus hidroksil terminal dengan suksinat anhidrida dan bereaksi dengan gugus isosianat dari isosianat etil akrilat untuk menghasilkan ikatan rangkap. Kemudian, dengan menggunakannya sebagai resin matriks, serangkaian resin fotosensitif berbasis air pencetakan 3D dibuat dengan menggabungkannya dengan monomer pengencer reaktif akriloilmorfolin dan polietilen glikol diakrilat. Perangkat pencetakan 3D yang disiapkan memiliki sifat pencetakan yang lebih baik. Ketepatan.