ความคืบหน้าการวิจัยและการวิเคราะห์สารยึดเกาะโพลียูรีเทนสูตรน้ำ

ในปัจจุบัน ในอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์และการพิมพ์ ฟิล์มโพลีโอเลฟินครองอันดับหนึ่งในวัสดุฐานของฟิล์มการพิมพ์และบรรจุภัณฑ์ เช่น ฟิล์มโพลีโพรพีลีน (BOPP) ที่เน้นแกนสองแกน ฟิล์มโพลีเอทิลีน (PE) เป็นต้น ตามด้วยโพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลตไกลคอล ฟิล์มเอสเทอร์ (PET) ฟิล์มไนลอน (PA) ฯลฯโซ่โมเลกุลโพลียูรีเทนสูตรน้ำประกอบด้วยหมู่ขั้วมากกว่าและมีแรงตึงผิวสูง ดังนั้นหมึก WPU จึงเหมาะสำหรับการเคลือบผิวของพื้นผิวที่มีขั้วสูง เช่น PET และ PA BOPP ซึ่งเป็นวัสดุพิมพ์ที่สำคัญมีพลังงานพื้นผิวต่ำกว่า ดังนั้น WPU จึงยากต่อการทำให้เปียกบนพื้นผิว ส่งผลให้คุณภาพการพิมพ์ไม่ดี [2-4]

เพื่อปรับปรุงการบังคับใช้หมึก WPU กับซับสเตรตของฟิล์ม BOPP วิธีการหลักที่ใช้อยู่ในปัจจุบันคือ: ขั้นแรก ให้ทำการรักษาพื้นผิว เช่น การเคลือบโคโรนาและการเคลือบบนฟิล์มก่อนการพิมพ์ และกลุ่มขั้ว เช่น คาร์บอกซิลและไฮดรอกซิล มีการนำกลุ่มต่างๆ ออกมาสู่ผิวน้ำ เพื่อเพิ่มแรงตึงผิวของฟิล์ม BOPP ซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการเปียกน้ำและการยึดเกาะของหมึก WPU ประการที่สอง การเพิ่มสารส่งเสริมการยึดเกาะให้กับหมึกสูตรน้ำ เช่น ซิลิโคน โพลีโพรพีลีนคลอรีน ฯลฯ สามารถลดการยึดเกาะของหมึกสูตรน้ำได้ แรงตึงผิว. ประการที่สามคือการออกแบบโครงสร้างโมเลกุลของ WPU อย่างระมัดระวัง เพื่อลดปริมาณของกลุ่มขั้วโลกและแรงตึงผิวในสายโซ่โมเลกุล เพื่อให้บรรลุเป้าหมายในการปรับปรุงคุณภาพการพิมพ์บนฟิล์ม BOPP นี่เป็นหนึ่งในวิธีการวิจัยเพิ่มเติมในปัจจุบัน

ซิลิโคนมีข้อดีคือพลังงานพื้นผิวต่ำ มีความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดี มีความเสถียรทางความร้อนสูงและทนต่อออกซิเจน และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการปรับเปลี่ยนวัสดุโพลียูรีเทน [5] หลี่และคณะ [6] ศึกษาการดัดแปลงการผสมและการดัดแปลงอิมัลชัน WPU ในแหล่งกำเนิดด้วยโพลีออร์กาโนซิลอกเซน และพบว่าการใช้วิธีผสมทางกายภาพสามารถลดพลังงานพื้นผิวของ WPU ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น การใช้ประโยชน์จากพลังงานพื้นผิวต่ำของสารประกอบที่ประกอบด้วยฟลูออรีน การแนะนำกลุ่มที่ประกอบด้วยฟลูออรีนเข้าไปใน โมเลกุล โพลียูรีเทนในน้ำสามารถลดพลังงานพื้นผิวของโพลียูรีเทนสูตรน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ และปรับปรุงความสามารถในการไม่ชอบน้ำ ตัวอย่างเช่น Xu และคณะ [7] ทำการดัดแปลงไฮดรอกซีเลชันของ dodecafluoroheptyl methacrylate (DFHMA) เพื่อสังเคราะห์ EDFHMA จากนั้นทำปฏิกิริยากับแอลกอฮอล์แลคไทด์เพื่อสังเคราะห์ไกลคอลที่มีฟลูออรีน (PLPF) จากนั้นทำปฏิกิริยากับเฮกซาเมทิลีนไดออล โพลียูรีเทนที่เตรียมโดยปฏิกิริยาไอโซไซยาเนต (HDI) เมื่อเปรียบเทียบกับกลุ่มควบคุม พลังงานพื้นผิวของ WPU ที่มี EDFHMA ลดลงเกือบ 20 mN/m นอกจากนี้ การศึกษาที่เกี่ยวข้องแสดงให้เห็นว่าการต่อกิ่งโซ่ด้านไขมันยาวเข้ากับโซ่โมเลกุล WPU ยังสามารถลดแรงตึงผิวของ WPU ได้อีกด้วย และในระหว่างกระบวนการสร้างฟิล์มของ WPU โซ่ข้างไขมันยาวจะรวมเข้ากับพื้นผิวฟิล์ม ซึ่งเป็นประโยชน์ ปฏิกิริยากับวัสดุที่มีขั้วต่ำ เอฟเฟกต์ความเข้ากันได้ที่คล้ายกันเกิดขึ้นในฟิล์ม BOPP ซึ่งช่วยเพิ่มการยึดเกาะของ WPU บนพื้นผิวของฟิล์ม BOPP จากนี้ จางและคณะ [8] ใช้โพลีออลโพลีเอสเตอร์เหลว BY3003 พร้อมโซ่อะลิฟาติกแบบกิ่งยาวเพื่อเตรียมน้ำยาง WPU เหมาะสำหรับการพิมพ์ฟิล์ม BOPP BY3003 ทำให้แรงตึงผิวของน้ำยางที่เตรียมไว้ไม่เกิน 43 mN/m ในขณะที่แรงตึงผิวของน้ำยาง WPU แบบดั้งเดิมนั้นเกิน 55 mN/m ดังนั้นค่าแรงลอกตัว T ของหมึกที่ทำจากลาเท็กซ์เหล่านี้จึงสูงกว่า 0.8 N/15 mm

นอกจากนี้ ระดับของส่วนขยายหลังสายโซ่ ปริมาณกรดไดเมทิลบิวทิริก และอัตราส่วนโมลาร์ NCO/OH ยังส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติของน้ำยางและฟิล์มของ WPU โดยเฉพาะอย่างยิ่งต่อความแข็งแรงของเปลือกตัว T ของหมึกที่เกี่ยวข้อง ด้วยการปรับปัจจัยเหล่านี้ให้เหมาะสม ทำให้ได้โพลียูรีเทนอิมัลชันสูตรน้ำที่มีแรงตึงผิวต่ำเพียง 39.6 mN/m และความคงทนต่อการยึดเกาะกับฟิล์ม BOPP ที่เกิน 95% โดยมีค่าความต้านทานการลอกแบบ T ที่สอดคล้องกันของหมึกสูงถึง 2.05 N/ 15 มม. [ 8] .

การพิมพ์แบบอิงค์เจ็ตกลายเป็นวิธีการส่งออกที่สำคัญ และการวิจัยเกี่ยวกับอุปกรณ์ส่งออกและหมึกพิมพ์ก็ยังคงเจาะลึกมากขึ้นเช่นกัน ความสามารถในการพิมพ์ของหมึกนั้นสัมพันธ์กับคุณสมบัติการถ่ายโอนและการเปียก เช่น ความหนืด ขนาดอนุภาค และแรงตึงผิว และคุณสมบัติของการเคลือบนั้นสัมพันธ์กับคุณสมบัติทางกล ความแข็ง และความต้านทานการเสื่อมสภาพ เพื่อให้ได้หมึก WPU ที่มีประสิทธิภาพดีเยี่ยม Wang และคณะ [9] ใช้วิธีการพอลิเมอไรเซชันแบบอิมัลชันกับ WPU เป็นเมล็ดพืชเพื่อสังเคราะห์อิมัลชัน WPUA แบบเปลือกแกนที่มีปริมาณเมทิลเมทาคริเลต (MMA) ที่แตกต่างกัน เมื่อปริมาณ MMA ใน WPUA เพิ่มขึ้น ขนาดอนุภาคเฉลี่ยและมุมสัมผัสของ WPUA จะเพิ่มขึ้น และความต้านทานความร้อนและความแข็งของการเคลือบ WPUA ก็จะเพิ่มขึ้นด้วย หมึกพิมพ์อิงค์เจ็ทที่เตรียมด้วยอิมัลชัน WPUA เป็นเรซินพื้นฐานแสดงความสามารถในการพิมพ์ที่ดี หยินและคณะ [10] ใช้ isophorone diisocyanate (IPDI), polyol, dimethylol butyric acid (DMBA) และ 3,5-dimethylpyrazole (DMP) เป็นวัตถุดิบในการสังเคราะห์ชุดของ Polyurethane สูตรน้ำแบบบล็อก (BWPU) BWPU ที่สิ้นสุดด้วย DMP มีความคล่องแคล่วของอิงค์เจ็ทและความคงทนของสีที่ดี และมีศักยภาพที่ยอดเยี่ยมในการใช้งานในอุตสาหกรรมการพิมพ์อิงค์เจ็ทดิจิทัล

การพิมพ์ 3 มิติหรือที่เรียกว่าเทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อ เป็นเทคโนโลยีการขึ้นรูปที่เป็นตัวแทนมากที่สุดในการผลิตอัจฉริยะในปัจจุบัน มีข้อดีคือสามารถแปรรูปได้ดีและมีประสิทธิภาพสูง สามารถปรับแต่งได้ตามความต้องการที่แตกต่างกัน และเหมาะสำหรับการแปรรูปอุปกรณ์ที่มีโครงสร้างที่ซับซ้อน การผลิต มีแนวโน้มการใช้งานที่กว้างขวางในด้านการบินและอวกาศ การผลิตอุปกรณ์นอกชายฝั่ง และชีวเวชศาสตร์ เมื่อเปรียบเทียบกับโพลียูรีเทนแบบดั้งเดิม WPU ส่วนใหญ่มีคุณสมบัติเชิงกล สมบัติทางรีโอโลยี ความเสถียรทางความร้อน และการนำไฟฟ้าต่ำ และมีความแข็งแรงในการไฮโดรไลซิสต่ำในสภาพแวดล้อมที่ชื้น เพื่อที่จะเอาชนะข้อบกพร่องข้างต้น สารตัวเติมอนินทรีย์ เช่น ท่อนาโนคาร์บอน ดินเหนียว หรือกราฟีน มักจะถูกนำมาใช้ในเมทริกซ์ WPU เพื่อสร้างลูกผสมอินทรีย์-อนินทรีย์ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของมัน [11-13]

วาดิลโล และคณะ [14-15] ปรับปรุงประสิทธิภาพของหมึกโพลียูรีเทนยูเรียสูตรน้ำ (WBPUU) แบบใหม่ polycaprolactone-polyethylene glycol (PCLPEG) ในการเขียนแบบ 3 มิติโดยตรง โดยการเพิ่มเซลลูโลสนาโนคริสตัล (CNC) ในแหล่งกำเนิดเป็นตัวดัดแปลงกระแสวิทยา คุณสมบัติในเทคโนโลยีการพิมพ์ที่สามารถปรับปรุงความสามารถในการพิมพ์และความเที่ยงตรงของรูปร่างของโครงสร้าง 3 มิติ รวมถึงปรับปรุงเสถียรภาพทางกลและความร้อนของชิ้นส่วนที่เกิดขึ้น

เฉินและคณะ [16] พัฒนาวิธีการสังเคราะห์ในแหล่งกำเนิดเพื่อปรับเปลี่ยน WPU (WPUCNF) โดยใช้เซลลูโลสนาโนไฟบริลส์ (CNF) เพื่อปรับปรุงความสามารถในการพิมพ์ การเติม CNF ในระหว่างกระบวนการอิมัลชันจะช่วยลดขนาดของอนุภาคนาโน WPU และเพิ่มความหนืดของสารแขวนลอย นอกจากนี้ ยังมีการเพิ่ม CNF เพิ่มเติมเพื่อเตรียมหมึกคอมโพสิต WPUCN/CNF ซึ่งแสดงให้เห็นความสามารถในการพิมพ์ที่ยอดเยี่ยมในโครงสร้างการพิมพ์รูปทรงต่างๆ เช่น รวงผึ้ง กองไม้ หรือหูของมนุษย์

ข้อบกพร่องโดยธรรมชาติของโพลียูรีเทน เช่น จุดหลอมเหลวสูงและอัตราการย่อยสลายช้า เป็นอุปสรรคต่อการนำไปใช้ในวิศวกรรมเนื้อเยื่อการพิมพ์ 3 มิติ ด้วยเหตุนี้ Feng และคณะ [17] พัฒนาโพลียูรีเทนน้ำที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ (WBPU) ที่ดัดแปลงโดยกรดอะมิโนที่พิมพ์ได้แบบ 3 มิติ โดยใช้กระบวนการเคมีสีเขียวที่ใช้น้ำ ด้วยการควบคุมเนื้อหาของสารขยายสายโซ่ที่ชอบน้ำ บล็อกที่พิมพ์ออกมาจึงมีการย่อยสลายที่ควบคุมได้ และไม่ทำให้เกิดการสะสมของผลิตภัณฑ์ที่เป็นกรด มีการคาดการณ์ว่าสามารถใช้เป็นวัสดุทดแทนทางชีวภาพสำหรับวิศวกรรมเนื้อเยื่อได้

ในปัจจุบัน วิธีการพิมพ์แบบ 3 มิติสามารถสร้างได้เฉพาะวัตถุที่อยู่นิ่งเท่านั้น และไม่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงการทำงานใดๆ ในคุณสมบัติภายในหรือภายนอก ในขณะที่การพิมพ์ 4 มิติถูกกำหนดให้เป็นการใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติเพื่อสร้างวัสดุที่มีโครงสร้างแอคทีฟที่ตอบสนองต่อแรงภายนอก เช่น ความร้อน แม่เหล็กหรือแสง ด้วยการกระตุ้น วัสดุจึงสามารถเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไปเพื่อเปลี่ยนรูปร่าง 3 มิติที่พิมพ์ออกมา วัสดุโพลีเมอร์มีสองประเภทหลักที่ใช้สำหรับการพิมพ์ 4D: ไฮโดรเจลที่ตอบสนองและโพลีเมอร์หน่วยความจำรูปร่าง (SMP) ในบรรดา SMP ต่างๆ โพลียูรีเทนแสดงคุณสมบัติที่หลากหลาย ซึ่งทำให้เป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับการพิมพ์ 4D ตัวอย่างเช่น ในปี 2019 Su และคณะ [18] ศึกษาการก่อตัวของวัสดุผสมที่ใช้สารเคลือบโพลียูรีเทนสูตรน้ำเป็นสารตั้งต้นในการพิมพ์ 4 มิติ โดยการเติมอนุภาคนาโนคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส (CMC) และซิลิคอนออกไซด์ (SiO2) ลงในสารเคลือบ

การสร้างแบบจำลองการทับถมแบบหลอมละลาย (FDM) เป็นวิธีการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วที่ใช้ในเครื่องพิมพ์ 3 มิติ เพื่อเตรียมวัสดุ WPU ที่มีคุณสมบัติครอบคลุมดีเยี่ยม และใช้สำหรับการปกป้องพื้นผิวของผลิตภัณฑ์การพิมพ์ FDM เพื่อที่จะปรับปรุงคุณสมบัติทางกลและการกันน้ำของเมมเบรน WPU ไปพร้อมๆ กัน Zhang Jing และคณะ [19] ใช้พอลิเมอไรเซชันในแหล่งกำเนิดและฟลูออริเนชันที่พื้นผิวเพื่อเตรียมเมมเบรนคอมโพสิตท่อนาโนฮอลลอยไซต์/โพลียูรีเทนสูตรน้ำ (AHNTs/WPU) มุมสัมผัสน้ำเพิ่มขึ้น มีขนาดใหญ่ถึง 114.5° แสดงว่ามีคุณสมบัติกันน้ำได้ดีกว่า ฟิล์มคอมโพสิต WPU ถูกสร้างขึ้นบนพื้นผิวของ FDM ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าสามารถปรับปรุงคุณสมบัติกันน้ำและคุณสมบัติทางกลของตัวอย่างได้ และมีผลการปกป้องพื้นผิวที่ชัดเจน

เมื่อเร็วๆ นี้ Zheng Ling และคณะ [20] ใช้สารเชื่อมต่อไซเลน KH550 เพื่อดำเนินการดัดแปลงฟังก์ชันพันธะโควาเลนต์ของคาร์บอนแบล็ค (CB) ได้รับ CB ดัดแปลง KH550 และเตรียมวัสดุคอมโพสิต KH550/CB/WPU CB The นอกจากนี้ช่วยเพิ่มเสถียรภาพทางความร้อนของ WPU ได้อย่างมาก เนื้อหา CB ที่แก้ไขถูกเลือกให้เป็น 3% สำหรับการเตรียมหมึกพิมพ์ 3 มิติ เมื่อเปรียบเทียบกับผลิตภัณฑ์การพิมพ์ที่ไม่ใช่ 3D อื่นๆ คุณสมบัติการนำไฟฟ้าได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้น 1 ถึง 2 เท่า

นอกจากนี้ เมื่อเปรียบเทียบกับโมเลกุลขนาดใหญ่เชิงเส้นแบบดั้งเดิม โครงสร้างทรงกลมสามมิติของโพลีเมอร์ไฮเปอร์แบรนช์มีกลุ่มปลายมากมายและมีความหนืดต่ำกว่า ซึ่งสามารถให้ตำแหน่งการปรับเปลี่ยนได้มากขึ้น [21] และดังนั้นจึงใช้กันอย่างแพร่หลายในการใช้งานด้านแสง การเคลือบแบบบ่ม เรซินไวแสงการพิมพ์ 3 มิติ และสาขาอื่นๆ จาง ตงฉี และคณะ [22] เตรียมโพลียูรีเทนอะคริเลตสูตรน้ำแบบไฮเปอร์แบรนช์โดยเอสเทอริฟายเออร์โพลิออลโพลีเอสเตอร์ไฮเปอร์แบรนช์ที่มีหมู่ไฮดรอกซิลส่วนปลาย 16 หมู่พร้อมซัคซินิกแอนไฮไดรด์ และทำปฏิกิริยากับหมู่ไอโซไซยาเนตของไอโซไซยาเนตเอทิลอะคริเลตเพื่อแนะนำพันธะคู่ จากนั้น โดยใช้เป็นเมทริกซ์เรซิน เพื่อเตรียมชุดเรซินไวแสงที่ใช้น้ำในการพิมพ์ 3 มิติ โดยการผสมมันกับโมโนเมอร์เจือจางที่ทำปฏิกิริยาอย่างอะคริโลอิลมอร์โฟลีน และโพลีเอทิลีนไกลคอล ไดอะคริเลต อุปกรณ์การพิมพ์ 3 มิติที่เตรียมไว้มีคุณสมบัติการพิมพ์ที่ดีกว่า ความแม่นยำ.