जल-आधारित पॉलीयुरेथेन बाइंडर की अनुसंधान प्रगति और विश्लेषण

वर्तमान में, पैकेजिंग और प्रिंटिंग उद्योग में, पॉलीओलेफ़िन फिल्में प्रिंटिंग और पैकेजिंग फिल्म बेस सामग्री में पहले स्थान पर हैं, जैसे कि बायएक्सियलली ओरिएंटेड पॉलीप्रोपाइलीन (बीओपीपी) फिल्म, पॉलीइथाइलीन (पीई) फिल्म, आदि, इसके बाद पॉलीइथाइलीन टेरेफ्थेलेट ग्लाइकोल है। एस्टर (पीईटी) फिल्म, नायलॉन (पीए) फिल्म, आदि। जल-आधारित पॉलीयुरेथेन आणविक श्रृंखलाओं में अधिक ध्रुवीय समूह होते हैं और उच्च सतह तनाव होता है। इसलिए, WPU स्याही पीईटी और पीए जैसे अत्यधिक ध्रुवीय सब्सट्रेट्स की सतह कोटिंग के लिए उपयुक्त हैं। बीओपीपी, एक महत्वपूर्ण मुद्रण सब्सट्रेट के रूप में, इसकी सतह ऊर्जा कम होती है, इसलिए डब्ल्यूपीयू को इसकी सतह पर गीला करना मुश्किल होता है, जिसके परिणामस्वरूप खराब मुद्रण गुणवत्ता होती है [2-4]।

बीओपीपी फिल्म के सब्सट्रेट पर डब्ल्यूपीयू स्याही की प्रयोज्यता में सुधार करने के लिए, वर्तमान में उपयोग की जाने वाली मुख्य विधियां हैं: सबसे पहले, मुद्रण से पहले फिल्म पर सतह उपचार जैसे कोरोना उपचार और कोटिंग उपचार किया जाता है, और ध्रुवीय समूह जैसे कार्बोक्सिल और हाइड्रॉक्सिल समूहों को सतह पर पेश किया जाता है। , बीओपीपी फिल्म की सतह के तनाव को बढ़ाने के लिए, जिससे डब्ल्यूपीयू स्याही की वेटेबिलिटी और आसंजन में सुधार होगा; दूसरा, पानी आधारित स्याही में आसंजन प्रमोटर, जैसे सिलिकॉन, क्लोरीनयुक्त पॉलीप्रोपाइलीन आदि जोड़ने से पानी आधारित स्याही का आसंजन कम हो सकता है। सतह तनाव। तीसरा, बीओपीपी फिल्मों पर इसकी मुद्रण गुणवत्ता में सुधार के लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए इसकी आणविक श्रृंखला में ध्रुवीय समूहों की सामग्री और सतह तनाव को कम करने के लिए डब्ल्यूपीयू की आणविक संरचना को सावधानीपूर्वक डिजाइन करना है। यह वर्तमान में अधिक शोधित तरीकों में से एक है।

सिलिकॉन में कम सतह ऊर्जा, अच्छी जैव-अनुकूलता, उच्च तापीय स्थिरता और ऑक्सीजन प्रतिरोध के फायदे हैं, और इसका व्यापक रूप से पॉलीयुरेथेन सामग्रियों के संशोधन में उपयोग किया गया है [5]। ली एट अल. [6] पॉलीऑर्गेनोसिलोक्सेन के साथ डब्ल्यूपीयू इमल्शन के सम्मिश्रण संशोधन और इन-सीटू संशोधन का अध्ययन किया और पाया कि भौतिक सम्मिश्रण विधि का उपयोग डब्ल्यूपीयू की सतह ऊर्जा को अधिक प्रभावी ढंग से कम कर सकता है। फ्लोरीन युक्त यौगिकों की कम सतह ऊर्जा का लाभ उठाते हुए, जलजनित पॉलीयूरेथेन अणुओं में फ्लोरीन युक्त समूहों को शामिल करने से पानी आधारित पॉलीयूरेथेन की सतह ऊर्जा को प्रभावी ढंग से कम किया जा सकता है और हाइड्रोफोबिसिटी में सुधार हो सकता है। उदाहरण के लिए, जू एट अल. [7] EDFHMA को संश्लेषित करने के लिए डोडेकाफ्लोरोहेप्टाइल मेथैक्रिलेट (DFHMA) का हाइड्रॉक्सिलेशन संशोधन किया गया, फिर फ्लोरीन युक्त ग्लाइकोल (PLPF) को संश्लेषित करने के लिए अल्कोहलयुक्त लैक्टाइड के साथ प्रतिक्रिया की गई, और फिर हेक्सामेथिलीन डायोल के साथ प्रतिक्रिया की गई, पॉलीयुरेथेन को आइसोसाइनेट (HDI) प्रतिक्रिया द्वारा तैयार किया गया। नियंत्रण समूह की तुलना में, EDFHMA युक्त WPU की सतह ऊर्जा लगभग 20 mN/m कम हो गई। इसके अलावा, प्रासंगिक अध्ययनों से पता चला है कि WPU आणविक श्रृंखला में लंबी वसा पक्ष श्रृंखलाओं को ग्राफ्ट करने से WPU की सतह का तनाव भी कम हो सकता है, और WPU की फिल्म निर्माण प्रक्रिया के दौरान, लंबी वसा पक्ष श्रृंखलाएं फिल्म की सतह पर एकत्रित हो जाएंगी, जो फायदेमंद है कम ध्रुवता वाली सामग्रियों के साथ अंतःक्रिया के लिए। बीओपीपी फिल्म में एक समान संगतता प्रभाव होता है, जो बीओपीपी फिल्म की सतह पर डब्ल्यूपीयू के आसंजन में सुधार करता है। इसके आधार पर, झांग एट अल। [8] बीओपीपी फिल्म प्रिंटिंग के लिए उपयुक्त डब्ल्यूपीयू लेटेक्स तैयार करने के लिए लंबी शाखाओं वाली स्निग्ध श्रृंखलाओं के साथ तरल पॉलिएस्टर पॉलीओल BY3003 का उपयोग किया गया। BY3003 तैयार लेटेक्स की सतह तनाव को 43 mN/m से अधिक नहीं बनाता है, जबकि पारंपरिक WPU लेटेक्स की सतह तनाव 55 mN/m से अधिक है। इसलिए, इन लेटेक्स से बनी स्याही की टी-छील ताकत 0.8 एन/15 मिमी से ऊपर है।

इसके अलावा, पोस्ट-चेन एक्सटेंशन की डिग्री, डाइमिथाइलोल ब्यूटिरिक एसिड सामग्री और एनसीओ/ओएच मोलर अनुपात का भी डब्ल्यूपीयू के लेटेक्स और फिल्म गुणों पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है, खासकर संबंधित स्याही की टी-छील ताकत पर। इन कारकों को अनुकूलित करके, 39.6 एमएन/एम जितना कम सतह तनाव और 95% से अधिक बीओपीपी फिल्मों के लिए आसंजन स्थिरता के साथ एक पानी आधारित पॉलीयुरेथेन इमल्शन प्राप्त किया गया था, स्याही की संबंधित टी-छील ताकत 2.05 एन/ 15 मिमी [8]।

इंकजेट प्रिंटिंग एक आवश्यक आउटपुट विधि बन गई है, और आउटपुट डिवाइस और प्रिंटिंग स्याही पर शोध भी लगातार गहरा हो रहा है। स्याही की मुद्रण क्षमता चिपचिपाहट, कण आकार और सतह तनाव जैसे स्थानांतरण और गीला करने के गुणों से संबंधित है, और कोटिंग गुण यांत्रिक गुणों, कठोरता और उम्र बढ़ने के प्रतिरोध से संबंधित हैं। उत्कृष्ट प्रदर्शन के साथ WPU स्याही प्राप्त करने के लिए, वांग एट अल। [9] विभिन्न मिथाइल मेथैक्रिलेट (एमएमए) सामग्री के साथ कोर-शेल डब्लूपीयूए इमल्शन को संश्लेषित करने के लिए बीज के रूप में डब्लूपीयू के साथ एक इमल्शन पोलीमराइजेशन विधि का उपयोग किया गया। जैसे-जैसे WPUA में MMA सामग्री बढ़ती है, WPUA का औसत कण आकार और संपर्क कोण बढ़ता है, और WPUA कोटिंग की गर्मी प्रतिरोध और कठोरता बढ़ जाती है। बेस रेज़िन के रूप में WPUA इमल्शन से तैयार की गई इंकजेट प्रिंटिंग स्याही अच्छी मुद्रण क्षमता दिखाती है। यिन एट अल. [10] ब्लॉक वॉटर-आधारित पॉलीयुरेथेन (बीडब्ल्यूपीयू) की एक श्रृंखला को संश्लेषित करने के लिए कच्चे माल के रूप में आइसोफोरोन डायसोसाइनेट (आईपीडीआई), पॉलीओल, डाइमिथाइलॉल ब्यूटिरिक एसिड (डीएमबीए) और 3,5-डाइमिथाइलपाइराज़ोल (डीएमपी) का उपयोग किया जाता है। डीएमपी-टर्मिनेटेड बीडब्ल्यूपीयू में अच्छी इंकजेट प्रवाह और रंग स्थिरता है, और डिजिटल इंकजेट प्रिंटिंग औद्योगिक अनुप्रयोगों में काफी संभावनाएं हैं।

3डी प्रिंटिंग, जिसे एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग तकनीक के रूप में भी जाना जाता है, वर्तमान बुद्धिमान उत्पादन में सबसे अधिक प्रतिनिधि मोल्डिंग तकनीक है। इसमें मजबूत प्रक्रियाशीलता और उच्च दक्षता के फायदे हैं। इसे विभिन्न आवश्यकताओं के अनुसार अनुकूलित किया जा सकता है और यह जटिल संरचनाओं वाले उपकरण प्रसंस्करण के लिए उपयुक्त है। विनिर्माण, एयरोस्पेस, अपतटीय उपकरण विनिर्माण और बायोमेडिसिन के क्षेत्र में इसकी व्यापक अनुप्रयोग संभावनाएं हैं। पारंपरिक पॉलीयुरेथेन की तुलना में, अधिकांश डब्ल्यूपीयू में खराब यांत्रिक गुण, रियोलॉजिकल गुण, थर्मल स्थिरता और विद्युत चालकता होती है, और आर्द्र वातावरण में खराब हाइड्रोलिसिस शक्ति होती है। उपरोक्त कमियों को दूर करने के लिए, कार्बन नैनोट्यूब, मिट्टी या ग्राफीन जैसे अकार्बनिक भराव को आमतौर पर कार्बनिक-अकार्बनिक संकर बनाने के लिए डब्ल्यूपीयू मैट्रिक्स में पेश किया जाता है, जिससे इसके प्रदर्शन में सुधार होता है [11-13]।

वाडिलो एट अल. [14-15] रियोलॉजी संशोधक के रूप में सेल्युलोज नैनोक्रिस्टल (सीएनसी) को जोड़कर सीधे 3डी लेखन में नई पॉलीकैप्रोलैक्टोन-पॉलीइथाइलीन ग्लाइकोल (पीसीएलपीईजी) जल-आधारित पॉलीयूरेथेन यूरिया (डब्ल्यूबीपीयूयू) स्याही के प्रदर्शन में सुधार हुआ। मुद्रण प्रौद्योगिकी में गुण जो 3डी संरचनाओं की मुद्रण क्षमता और आकार निष्ठा में सुधार कर सकते हैं, साथ ही परिणामी भागों की यांत्रिक और थर्मल स्थिरता में सुधार कर सकते हैं।

चेन एट अल. [16] इसकी मुद्रण क्षमता में सुधार के लिए सेल्युलोज नैनोफाइब्रिल्स (सीएनएफ) का उपयोग करके डब्ल्यूपीयू (डब्ल्यूपीयूसीएनएफ) को संशोधित करने के लिए एक इन-सीटू संश्लेषण विधि विकसित की गई। पायसीकरण प्रक्रिया के दौरान सीएनएफ जोड़ने से डब्ल्यूपीयू नैनोकणों का आकार कम हो जाता है और निलंबन की चिपचिपाहट बढ़ जाती है। इसके अलावा, WPUCN/CNF मिश्रित स्याही तैयार करने के लिए अतिरिक्त सीएनएफ जोड़ा गया, जिसने मुद्रण संरचनाओं जैसे छत्ते, लकड़ी के ढेर, या मानव कान के विभिन्न आकारों में उत्कृष्ट मुद्रण क्षमता दिखाई।

पॉलीयुरेथेन की अंतर्निहित कमियाँ जैसे उच्च गलनांक और धीमी गिरावट दर 3डी प्रिंटिंग टिशू इंजीनियरिंग में इसके अनुप्रयोग में बाधा डालती हैं। इसे देखते हुए, फेंग एट अल। [17] जल-आधारित हरित रासायनिक प्रक्रिया का उपयोग करके एक 3डी प्रिंट करने योग्य अमीनो एसिड-संशोधित बायोडिग्रेडेबल जल-आधारित पॉलीयुरेथेन (डब्ल्यूबीपीयू) विकसित किया गया। हाइड्रोफिलिक श्रृंखला विस्तारक की सामग्री को नियंत्रित करके, मुद्रित ब्लॉक में नियंत्रणीय गिरावट होती है और अम्लीय उत्पादों के संचय का कारण नहीं बनता है। यह कल्पना की गई है कि इसका उपयोग ऊतक इंजीनियरिंग के लिए एक जैविक वैकल्पिक सामग्री के रूप में किया जा सकता है।

वर्तमान में, 3डी प्रिंटिंग विधियां केवल स्थिर वस्तुएं बना सकती हैं और आंतरिक या बाहरी गुणों में कोई कार्यात्मक परिवर्तन शामिल नहीं करती हैं, जबकि 4डी प्रिंटिंग को सक्रिय संरचनाओं वाली सामग्री बनाने के लिए 3डी प्रिंटिंग तकनीक के उपयोग के रूप में परिभाषित किया जाता है जो गर्मी जैसी बाहरी ताकतों पर प्रतिक्रिया करती है। चुंबकत्व, या प्रकाश. उत्तेजित, सामग्री मुद्रित 3डी आकार को बदलने के लिए समय के साथ बदलने में सक्षम है। 4डी प्रिंटिंग के लिए दो मुख्य प्रकार की पॉलिमर सामग्री का उपयोग किया जाता है: रिस्पॉन्सिव हाइड्रोजेल और शेप मेमोरी पॉलिमर (एसएमपी)। विभिन्न एसएमपी के बीच, पॉलीयुरेथेन विभिन्न प्रकार के गुण प्रदर्शित करता है जो इसे 4डी प्रिंटिंग के लिए एक उत्कृष्ट उम्मीदवार बनाता है। उदाहरण के लिए, 2019 में, सु एट अल। [18] कोटिंग में कार्बोक्सिमिथाइल सेलूलोज़ (सीएमसी) और सिलिकॉन ऑक्साइड (SiO2) नैनोकणों को जोड़कर 4डी प्रिंटिंग अग्रदूतों के रूप में पानी आधारित पॉलीयूरेथेन कोटिंग-आधारित कंपोजिट के निर्माण का अध्ययन किया गया।

फ़्यूज़्ड डिपोज़िशन मॉडलिंग (FDM) 3D प्रिंटर पर उपयोग की जाने वाली एक तेज़ प्रोटोटाइप विधि है। उत्कृष्ट व्यापक गुणों के साथ WPU सामग्री तैयार करने और FDM मुद्रण उत्पादों की सतह सुरक्षा के लिए उनका उपयोग करने के लिए। WPU झिल्ली के यांत्रिक गुणों और जलरोधीता में एक साथ सुधार करने के लिए, झांग जिंग एट अल। [19] हैलोसाइट नैनोट्यूब/जल-आधारित पॉलीयूरेथेन (एएचएनटी/डब्ल्यूपीयू) मिश्रित झिल्ली तैयार करने के लिए इन-सीटू पोलीमराइजेशन और सतह फ्लोरिनेशन का उपयोग किया जाता है। जल संपर्क कोण बढ़ गया। 114.5° जितना बड़ा, यह बेहतर हाइड्रोफोबिसिटी दर्शाता है। FDM की सतह पर एक WPU मिश्रित फिल्म बनती है। प्रायोगिक परिणाम बताते हैं कि यह नमूने की जलरोधीता और यांत्रिक गुणों में सुधार कर सकता है, और इसका स्पष्ट सतह संरक्षण प्रभाव होता है।

हाल ही में, झेंग लिंग एट अल। [20] कार्बन ब्लैक (सीबी) के सहसंयोजक बंधन कार्यात्मक संशोधन को पूरा करने के लिए सिलेन कपलिंग एजेंट केएच550 का उपयोग किया गया, केएच550 संशोधित सीबी प्राप्त किया गया, और केएच550/सीबी/डब्ल्यूपीयू मिश्रित सामग्री तैयार की गई। सीबी के जुड़ने से WPU की तापीय स्थिरता में उल्लेखनीय सुधार होता है। 3डी प्रिंटिंग स्याही की तैयारी के लिए संशोधित सीबी सामग्री को 3% चुना गया था। अन्य गैर-3डी प्रिंटिंग उत्पादों की तुलना में, इसके प्रवाहकीय गुणों में परिमाण के 1 से 2 ऑर्डर तक सुधार हुआ था।

इसके अलावा, पारंपरिक रैखिक मैक्रोमोलेक्यूल्स की तुलना में, हाइपरब्रांच्ड पॉलिमर की त्रि-आयामी गोलाकार संरचना में प्रचुर अंत समूह और कम चिपचिपापन होता है, जो अधिक संशोधन साइटें प्रदान कर सकता है [21] और इसलिए ऑप्टिकल अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। ठीक की गई कोटिंग्स, 3डी प्रिंटिंग फोटोसेंसिटिव रेज़िन और अन्य क्षेत्र। झांग डोंग्की एट अल। [22] स्यूसिनिक एनहाइड्राइड के साथ 16 टर्मिनल हाइड्रॉक्सिल समूहों वाले हाइपरब्रांच्ड पॉलिएस्टर पॉलीओल को एस्टरीकृत करके और डबल बॉन्ड पेश करने के लिए आइसोसाइनेट एथिल एक्रिलेट के आइसोसाइनेट समूह के साथ प्रतिक्रिया करके हाइपरब्रांच्ड पानी-आधारित पॉलीयूरेथेन एक्रिलेट तैयार किया गया। फिर, इसे मैट्रिक्स रेज़िन के रूप में उपयोग करते हुए, इसे प्रतिक्रियाशील तनु मोनोमर्स एक्रिलॉइलमॉर्फोलिन और पॉलीइथाइलीन ग्लाइकोल डायक्रिलेट के साथ मिश्रित करके 3डी प्रिंटिंग जल-आधारित फोटोसेंसिटिव रेज़िन की एक श्रृंखला तैयार की गई। तैयार 3डी प्रिंटिंग उपकरणों में बेहतर प्रिंटिंग गुण होते हैं। शुद्धता।