Avances de la investigación y análisis del aglutinante de poliuretano a base de agua.

En la actualidad, en la industria del embalaje y la impresión, las películas de poliolefina ocupan el primer lugar en los materiales base de las películas de impresión y embalaje, como la película de polipropileno biaxialmente orientado (BOPP), la película de polietileno (PE), etc., seguidas del politereftalato de etileno glicol. Película de éster (PET), película de nailon (PA), etc. Las cadenas moleculares de poliuretano a base de agua contienen más grupos polares y tienen una alta tensión superficial. Por lo tanto, las tintas WPU son adecuadas para el recubrimiento de superficies de sustratos altamente polares como PET y PA. El BOPP, como sustrato de impresión importante, tiene una menor energía superficial, por lo que es difícil mojar la superficie del WPU, lo que da como resultado una calidad de impresión deficiente [2-4].

Para mejorar la aplicabilidad de la tinta WPU al sustrato de la película BOPP, los principales métodos utilizados actualmente son: Primero, se realiza un tratamiento superficial como el tratamiento de corona y el tratamiento de recubrimiento en la película antes de la impresión, y se eliminan los grupos polares como el carboxilo y el hidroxilo. Los grupos se introducen en la superficie. , para aumentar la tensión superficial de la película BOPP, mejorando así la humectabilidad y adhesión de la tinta WPU; en segundo lugar, agregar promotores de adhesión a la tinta a base de agua, como silicona, polipropileno clorado, etc., puede reducir la adhesión de la tinta a base de agua. Tensión superficial. El tercero es diseñar cuidadosamente la estructura molecular de WPU para reducir el contenido de grupos polares y la tensión superficial en su cadena molecular para lograr el objetivo de mejorar su calidad de impresión en películas BOPP. Este es uno de los métodos más investigados actualmente.

La silicona tiene las ventajas de baja energía superficial, buena biocompatibilidad, alta estabilidad térmica y resistencia al oxígeno, y ha sido ampliamente utilizada en la modificación de materiales de poliuretano [5]. Li y col. [6] estudiaron la modificación de la mezcla y la modificación in situ de la emulsión de WPU con poliorganosiloxano y descubrieron que el uso del método de mezcla física puede reducir de manera más efectiva la energía superficial de la WPU. Aprovechando la baja energía superficial de los compuestos que contienen flúor, la introducción de grupos que contienen flúor en las moléculas de poliuretano a base de agua puede reducir eficazmente la energía superficial del poliuretano a base de agua y mejorar la hidrofobicidad. Por ejemplo, Xu et al. [7] realizaron una modificación por hidroxilación del metacrilato de dodecafluoroheptilo (DFHMA) para sintetizar EDFHMA, luego reaccionaron con lactida alcoholizada para sintetizar glicol que contiene flúor (PLPF) y luego reaccionaron con hexametilendiol. Se preparó poliuretano mediante reacción de isocianato (HDI). En comparación con el grupo de control, la energía superficial de la WPU que contiene EDFHMA disminuyó en casi 20 mN/m. Además, estudios relevantes han demostrado que el injerto de cadenas laterales largas de grasa en la cadena molecular de WPU también puede reducir la tensión superficial de WPU, y durante el proceso de formación de película de WPU, las cadenas laterales largas de grasa se agregarán a la superficie de la película, lo cual es beneficioso. a la interacción con materiales de baja polaridad. Se produce un efecto de compatibilidad similar en la película de BOPP, que mejora la adhesión del WPU a la superficie de la película de BOPP. En base a esto, Zhang et al. [8] utilizaron poliéster poliol líquido BY3003 con cadenas alifáticas ramificadas largas para preparar látex WPU adecuado para la impresión de películas BOPP. BY3003 hace que la tensión superficial del látex preparado no supere los 43 mN/m, mientras que la tensión superficial del látex WPU tradicional supera los 55 mN/m. Por lo tanto, la resistencia al pelado en T de las tintas fabricadas a partir de estos látex es superior a 0,8 N/15 mm.

Además, el grado de extensión poscadena, el contenido de ácido dimetilolbutírico y la relación molar NCO/OH también tienen un impacto significativo en las propiedades del látex y de la película de WPU, especialmente en la resistencia al pelado en T de la tinta correspondiente. Optimizando estos factores, se obtuvo una emulsión de poliuretano a base de agua con una tensión superficial tan baja como 39,6 mN/m y una solidez de adhesión a películas BOPP superior al 95%, con una correspondiente resistencia al despegado en T de la tinta tan alta como 2,05 N/m. 15 milímetros [ 8] .

La impresión por inyección de tinta se ha convertido en un método de producción esencial y la investigación sobre dispositivos de producción y tintas de impresión también continúa profundizándose. La imprimibilidad de una tinta está relacionada con las propiedades de transferencia y humectación, como la viscosidad, el tamaño de las partículas y la tensión superficial, y las propiedades del recubrimiento están relacionadas con las propiedades mecánicas, la dureza y la resistencia al envejecimiento. Para obtener tinta WPU con excelente rendimiento, Wang et al. [9] utilizaron un método de polimerización en emulsión con WPU como semilla para sintetizar emulsiones de WPUA núcleo-cubierta con diferentes contenidos de metacrilato de metilo (MMA). A medida que aumenta el contenido de MMA en WPUA, aumentan el tamaño promedio de partícula y el ángulo de contacto de WPUA, y mejoran la resistencia al calor y la dureza del recubrimiento de WPUA. Las tintas de impresión por inyección preparadas con emulsión WPUA como resina base muestran una buena imprimibilidad. Yin et al. [10] utilizaron diisocianato de isoforona (IPDI), poliol, ácido dimetilolbutírico (DMBA) y 3,5-dimetilpirazol (DMP) como materias primas para sintetizar una serie de bloques de poliuretano a base de agua (BWPU). BWPU con terminación DMP tiene buena fluidez de inyección de tinta y solidez del color, y tiene un gran potencial en aplicaciones industriales de impresión por inyección de tinta digital.

La impresión 3D, también conocida como tecnología de fabricación aditiva, es la tecnología de moldeo más representativa en la producción inteligente actual. Tiene las ventajas de una fuerte procesabilidad y alta eficiencia. Se puede personalizar según las diferentes necesidades y es adecuado para el procesamiento de equipos con estructuras complejas. Fabricación, tiene amplias perspectivas de aplicación en los campos de la industria aeroespacial, la fabricación de equipos marinos y la biomedicina. En comparación con los poliuretanos tradicionales, la mayoría de las WPU tienen propiedades mecánicas, propiedades reológicas, estabilidad térmica y conductividad eléctrica deficientes, y tienen poca resistencia a la hidrólisis en ambientes húmedos. Para superar las deficiencias anteriores, normalmente se introducen rellenos inorgánicos como nanotubos de carbono, arcilla o grafeno en la matriz de WPU para formar híbridos orgánicos-inorgánicos, mejorando así su rendimiento [11-13].

Vadillo et al. [14-15] mejoraron el rendimiento de la nueva tinta de poliuretano urea (WBPUU) a base de agua de policaprolactona-polietilenglicol (PCLPEG) en escritura directa en 3D mediante la adición de nanocristales de celulosa (CNC) in situ como modificador de reología. Propiedades en tecnología de impresión que pueden mejorar la imprimibilidad y fidelidad de forma de estructuras 3D, así como mejorar la estabilidad mecánica y térmica de las piezas resultantes.

Chen et al. [16] desarrollaron un método de síntesis in situ para modificar WPU (WPUCNF) mediante el uso de nanofibrillas de celulosa (CNF) para mejorar su imprimibilidad. Agregar CNF durante el proceso de emulsificación reduce el tamaño de las nanopartículas de WPU y aumenta la viscosidad de la suspensión. Además, se añadió CNF adicional para preparar la tinta compuesta WPUCN/CNF, que mostró una excelente imprimibilidad en diversas formas de estructuras de impresión, como panales, montones de madera u orejas humanas.

Las deficiencias inherentes del poliuretano, como el alto punto de fusión y la lenta tasa de degradación, dificultan su aplicación en la ingeniería de tejidos de impresión 3D. En vista de esto, Feng et al. [17] desarrollaron un poliuretano a base de agua (WBPU) biodegradable, modificado con aminoácidos, imprimible en 3D mediante un proceso químico ecológico a base de agua. Al controlar el contenido del extensor de cadena hidrófilo, el bloque impreso tiene una degradación controlable y no provoca la acumulación de productos ácidos. Se prevé que pueda utilizarse como material biológico alternativo para la ingeniería de tejidos.

Actualmente, los métodos de impresión 3D sólo pueden crear objetos estáticos y no implican ningún cambio funcional en las propiedades intrínsecas o extrínsecas, mientras que la impresión 4D se define como el uso de la tecnología de impresión 3D para crear materiales con estructuras activas que responden a fuerzas externas como el calor, magnetismo o luz. Estimulado, el material puede cambiar con el tiempo para cambiar la forma impresa en 3D. Hay dos tipos principales de materiales poliméricos utilizados para la impresión 4D: hidrogeles sensibles y polímeros con memoria de forma (SMP). Entre varios SMP, el poliuretano muestra una variedad de propiedades que lo convierten en un excelente candidato para la impresión 4D. Por ejemplo, en 2019, Su et al. [18] estudiaron la formación de compuestos basados ​​en recubrimientos de poliuretano a base de agua como precursores de la impresión 4D agregando nanopartículas de carboximetilcelulosa (CMC) y óxido de silicio (SiO2) al recubrimiento.

El modelado por deposición fundida (FDM) es un método rápido de creación de prototipos utilizado en impresoras 3D. Para preparar materiales WPU con excelentes propiedades integrales y utilizarlos para la protección de superficies de productos de impresión FDM. Para mejorar simultáneamente las propiedades mecánicas y la impermeabilidad de la membrana WPU, Zhang Jing et al. [19] utilizaron polimerización in situ y fluoración de superficies para preparar una membrana compuesta de nanotubos de halloysita/poliuretano a base de agua (AHNT/WPU). El ángulo de contacto con el agua aumentó. Con un tamaño de hasta 114,5°, muestra una mejor hidrofobicidad. Se forma una película compuesta de WPU sobre la superficie de FDM. Los resultados experimentales muestran que puede mejorar la impermeabilidad y las propiedades mecánicas de la muestra y tiene un evidente efecto de protección de la superficie.

Recientemente, Zheng Ling et al. [20] utilizaron el agente de acoplamiento de silano KH550 para llevar a cabo la modificación funcional del enlace covalente del negro de humo (CB), obtuvieron CB modificado con KH550 y prepararon materiales compuestos KH550/CB/WPU. La adición de CB mejora significativamente la estabilidad térmica de la WPU. Se seleccionó que el contenido de CB modificado fuera del 3% para la preparación de tinta de impresión 3D. En comparación con otros productos que no son de impresión 3D, sus propiedades conductoras mejoraron entre 1 y 2 órdenes de magnitud.

Además, en comparación con las macromoléculas lineales tradicionales, la estructura esférica tridimensional de los polímeros hiperramificados tiene abundantes grupos terminales y una menor viscosidad, lo que puede proporcionar más sitios de modificación [21] y, por lo tanto, se usa ampliamente en aplicaciones ópticas. Recubrimientos curados, resina fotosensible para impresión 3D y otros campos. Zhang Dongqi et al. [22] prepararon acrilato de poliuretano hiperramificado a base de agua esterificando poliéster poliol hiperramificado que contenía 16 grupos hidroxilo terminales con anhídrido succínico y reaccionando con el grupo isocianato de isocianato acrilato de etilo para introducir dobles enlaces. Luego, usándola como resina matriz, se preparó una serie de resinas fotosensibles a base de agua para impresión 3D combinándolas con los monómeros diluyentes reactivos acriloilmorfolina y diacrilato de polietilenglicol. Los dispositivos de impresión 3D preparados tienen mejores propiedades de impresión. Exactitud.