수성 폴리우레탄 바인더의 연구 진행 및 분석

현재 포장 및 인쇄 산업에서 폴리올레핀 필름은 이축 연신 폴리프로필렌(BOPP) 필름, 폴리에틸렌(PE) 필름 등과 같은 인쇄 및 포장 필름 기재에서 1위를 차지하고 있으며 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜이 그 뒤를 따르고 있습니다. 에스테르(PET) 필름, 나일론(PA) 필름 등 수성 폴리우레탄 분자 사슬은 극성기를 더 많이 함유하고 표면 장력이 높습니다. 따라서 WPU 잉크는 PET, PA 등 극성이 높은 기판의 표면 코팅에 적합합니다. 중요한 인쇄 기판인 BOPP는 표면 에너지가 낮기 때문에 WPU는 표면이 젖기 어려워 인쇄 품질이 좋지 않습니다 [2-4].

BOPP 필름 기재에 WPU 잉크의 적용성을 높이기 위해 현재 주로 사용되는 방법은 다음과 같다. 첫째, 인쇄 전 필름에 코로나처리, 코팅처리 등의 표면처리를 하고, 카르복실기, 수산기기 등의 극성기를 사용하는 방법이다. 그룹이 표면에 소개됩니다. , BOPP 필름의 표면 장력을 증가시켜 WPU 잉크의 습윤성과 접착력을 향상시킵니다. 둘째, 실리콘, 염소화 폴리프로필렌 등과 같은 접착 촉진제를 수성 잉크에 첨가하면 수성 잉크의 접착력이 감소할 수 있습니다. 표면 장력. 세 번째는 BOPP 필름의 인쇄 품질 향상이라는 목표를 달성하기 위해 WPU의 분자 구조를 신중하게 설계하여 분자 사슬의 극성 그룹 함량과 표면 장력을 줄이는 것입니다. 이는 현재 가장 많이 연구되는 방법 중 하나입니다.

실리콘은 낮은 표면 에너지, 우수한 생체 적합성, 높은 열 안정성 및 산소 저항성 등의 장점을 갖고 있어 폴리우레탄 재료의 변형에 널리 사용되어 왔습니다[5]. Li et al. [6]은 WPU 에멀젼과 폴리유기실록산의 혼합 개질 및 현장 개질을 연구했으며, 물리적 혼합 방법을 사용하면 WPU의 표면 에너지를 보다 효과적으로 줄일 수 있음을 발견했습니다. 불소 함유 화합물의 낮은 표면 에너지를 활용하여 수성 폴리우레탄 분자에 불소 함유 그룹을 도입하면 수성 폴리우레탄의 표면 에너지를 효과적으로 줄이고 소수성을 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, Xu et al. [7]은 도데카플루오로헵틸 메타크릴레이트(DFHMA)의 수산화 변형을 수행하여 EDFHMA를 합성한 후 알코올화된 락타이드와 반응하여 불소 함유 글리콜(PLPF)을 합성한 다음 헥사메틸렌 디올과 반응하여 이소시아네이트(HDI) 반응을 통해 폴리우레탄을 제조했습니다. 대조군과 비교하여, EDFHMA를 함유한 WPU의 표면 에너지는 거의 20mN/m 감소했습니다. 또한, 관련 연구에 따르면 WPU 분자 사슬에 긴 지방 측쇄를 접목하면 WPU의 표면 장력이 감소할 수 있으며, WPU의 필름 형성 과정에서 긴 지방 측쇄가 필름 표면에 응집되어 유익한 것으로 나타났습니다. 극성이 낮은 물질과의 상호작용. BOPP 필름에서도 유사한 상용성 효과가 나타나 BOPP 필름 표면의 WPU 접착력이 향상됩니다. 이를 바탕으로 Zhang et al. [8] BOPP 필름 인쇄에 적합한 WPU 라텍스를 제조하기 위해 긴 가지 지방족 사슬을 가진 액체 폴리에스테르 폴리올 BY3003을 사용했습니다. BY3003은 제조된 라텍스의 표면 장력이 43mN/m를 초과하지 않도록 하는 반면, 기존 WPU 라텍스의 표면 장력은 55mN/m를 초과합니다. 따라서 이러한 라텍스로 만든 잉크의 T-박리 강도는 0.8N/15mm 이상입니다.

또한 사슬 후 확장 정도, 디메틸올부티르산 함량 및 NCO/OH 몰비는 WPU의 라텍스 및 필름 특성, 특히 해당 잉크의 T-박리 강도에 상당한 영향을 미칩니다. 이러한 요소를 최적화함으로써 표면 장력이 39.6mN/m만큼 낮고 BOPP 필름에 대한 접착 견뢰도가 95%를 초과하는 수성 폴리우레탄 에멀젼이 얻어졌으며 이에 상응하는 잉크의 T-박리 강도는 2.05N/m에 달했습니다. 15mm [ 8] .

잉크젯 프린팅은 필수적인 출력 방식으로 자리 잡았으며, 출력 장치 및 인쇄 잉크에 대한 연구도 계속 심화되고 있습니다. 잉크의 인쇄성은 점도, 입자 크기, 표면 장력 등 전사 및 습윤 특성과 관련이 있으며, 코팅 특성은 기계적 특성, 경도, 노화 저항성과 관련이 있습니다. 우수한 성능의 WPU 잉크를 얻기 위해 Wang et al. [9]는 서로 다른 메틸메타크릴레이트(MMA) 함량을 갖는 코어-쉘 WPUA 에멀젼을 합성하기 위해 WPU를 시드로 사용하는 유화중합법을 사용했습니다. WPUA의 MMA 함량이 증가할수록 WPUA의 평균 입자 크기와 접촉각이 증가하고 WPUA 코팅의 내열성과 경도가 향상됩니다. WPUA 에멀젼을 베이스 수지로 하여 제조한 잉크젯 인쇄용 잉크는 인쇄적성이 우수하다. Yin et al. [10]은 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 폴리올, 디메틸올부티르산(DMBA) 및 3,5-디메틸피라졸(DMP)을 원료로 사용하여 일련의 블록 수성 폴리우레탄(BWPU)을 합성했습니다. DMP로 마감된 BWPU는 우수한 잉크젯 유창성과 색상 견뢰도를 가지며 디지털 잉크젯 인쇄 산업 응용 분야에서 큰 잠재력을 가지고 있습니다.

적층 제조 기술이라고도 알려진 3D 프린팅은 현재 지능형 생산 분야에서 가장 대표적인 성형 기술입니다. 가공성이 뛰어나고 효율성이 높다는 장점이 있습니다. 다양한 요구에 따라 맞춤화할 수 있으며 복잡한 구조의 장비 처리에 적합합니다. 제조 부문에서는 항공우주, 해양 장비 제조, 생물의학 분야에서 폭넓은 응용 가능성을 갖고 있습니다. 기존 폴리우레탄과 비교하여 대부분의 WPU는 기계적 특성, 유변학적 특성, 열 안정성 및 전기 전도성이 낮고 습한 환경에서 가수분해 강도가 낮습니다. 위의 단점을 극복하기 위해 일반적으로 탄소나노튜브, 점토, 그래핀과 같은 무기 충진재를 WPU 매트릭스에 도입하여 유무기 하이브리드를 형성함으로써 성능을 향상시킨다[11-13].

Vadilloet al. [14-15] 유변학 개질제로 셀룰로오스 나노결정(CNC)을 현장에 추가하여 직접 쓰기 3D에서 새로운 PCLPEG(폴리카프로락톤-폴리에틸렌 글리콜) 수성 폴리우레탄 우레아(WBPUU) 잉크의 성능을 개선했습니다. 3D 구조의 인쇄 적성과 형상 충실도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 결과 부품의 기계적 및 열적 안정성을 향상시킬 수 있는 인쇄 기술의 특성입니다.

Chenet al. [16]은 인쇄성을 향상시키기 위해 셀룰로오스 나노섬유(CNF)를 사용하여 WPU(WPUCNF)를 변형하는 현장 합성 방법을 개발했습니다. 유화 과정에서 CNF를 첨가하면 WPU 나노입자의 크기가 줄어들고 현탁액의 점도가 높아집니다. 또한, CNF를 추가로 첨가하여 WPUCN/CNF 복합잉크를 제조하였으며, 이는 벌집, 나무더미, 사람의 귀 등 다양한 형상의 인쇄구조물에서 우수한 인쇄성을 나타내었다.

높은 융점과 느린 분해 속도와 같은 폴리우레탄의 본질적인 단점은 3D 프린팅 조직 공학에서의 적용을 방해합니다. 이를 고려하여 Feng et al. [17]은 수성 녹색 화학 공정을 사용하여 3D 인쇄 가능한 아미노산 변형 생분해성 수성 폴리우레탄(WBPU)을 개발했습니다. 친수성 사슬 연장제의 함량을 조절함으로써 인쇄된 블록은 제어 가능한 분해를 가지며 산성 생성물의 축적을 유발하지 않습니다. 조직 공학을 위한 생물학적 대체 재료로 사용될 수 있을 것으로 예상됩니다.

현재 3D 프린팅 방법은 정적 물체만 생성할 수 있고 내부 또는 외부 특성의 기능적 변화를 수반하지 않는 반면, 4D 프린팅은 3D 프린팅 기술을 사용하여 열과 같은 외부 힘에 반응하는 활성 구조를 가진 재료를 만드는 것으로 정의됩니다. 자기 또는 빛. 자극을 받으면 재료는 시간이 지남에 따라 인쇄된 3D 모양을 변경할 수 있습니다. 4D 프린팅에 사용되는 폴리머 재료에는 반응형 하이드로겔과 형상 기억 폴리머(SMP)라는 두 가지 주요 유형이 있습니다. 다양한 SMP 중에서 폴리우레탄은 4D 프린팅에 탁월한 후보가 되는 다양한 특성을 나타냅니다. 예를 들어, 2019년 Su et al. [18]은 코팅에 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)와 산화규소(SiO2) 나노입자를 첨가하여 4D 프린팅 전구체로서 수성 폴리우레탄 코팅 기반 복합재의 형성을 연구했습니다.

FDM(Fused Deposition Modeling)은 3D 프린터에 사용되는 신속한 프로토타이핑 방법입니다. 우수한 종합 물성을 지닌 WPU 소재를 제조하고 이를 FDM 프린팅 제품의 표면 보호용으로 활용하기 위함입니다. WPU 멤브레인의 기계적 특성과 방수성을 동시에 향상시키기 위해 Zhang Jing et al. [19]는 할로이사이트 나노튜브/수성 폴리우레탄(AHNTs/WPU) 복합막을 제조하기 위해 현장 중합 및 표면 불소화를 사용했습니다. 물 접촉각이 증가했습니다. 114.5°만큼 크면 더 나은 소수성을 나타냅니다. FDM 표면에 WPU 복합 필름이 형성됩니다. 실험 결과에 따르면 샘플의 방수성과 기계적 특성을 향상시킬 수 있으며 표면 보호 효과가 뚜렷합니다.

최근에는 Zheng Ling et al. [20] 실란 커플링제 KH550을 사용하여 카본 블랙(CB)의 공유 결합 기능 변형을 수행하고 KH550 변형 CB를 얻고 KH550/CB/WPU 복합 재료를 준비했습니다. CB를 첨가하면 WPU의 열 안정성이 크게 향상됩니다. 3D 프린팅 잉크 제조를 위해 개질된 CB 함량은 3%로 선정되었습니다. 3D 프린팅이 아닌 다른 제품에 비해 전도성이 1~2배 향상되었습니다.

또한, 전통적인 선형 거대분자에 비해 과분지형 고분자의 3차원 구형 구조는 말단 그룹이 풍부하고 점도가 낮기 때문에 더 많은 변형 부위를 제공할 수 있으므로[21] 광학 응용 분야에 널리 사용됩니다. 경화 코팅, 3D 프린팅 감광성 수지 및 기타 분야. Zhang Dongqiet al. [22]는 16개의 말단 수산기를 갖는 과분기형 폴리에스테르 폴리올을 숙신산 무수물과 에스테르화시킨 후 이소시아네이트 에틸 아크릴레이트의 이소시아네이트기와 반응시켜 이중결합을 도입시켜 과분기형 수성 폴리우레탄 아크릴레이트를 제조하였다. 그런 다음 이를 매트릭스 수지로 사용하여 반응성 희석 단량체인 아크릴로일모르폴린 및 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트와 혼합하여 일련의 3D 프린팅 수성 감광성 수지를 제조했습니다. 준비된 3D 프린팅 장치는 더 나은 프린팅 특성을 갖습니다. 정확성.