Inkjet-gedrukte Polyvinyl Alcohol Multilayers

Polyvinylalcohol is halfkristallijn, kunstmatig, niet giftig, in water oplosbaar, onoplosbaar in de meeste organische oplosmiddelen, biologisch afbreekbaar en biocompatibel in menselijk weefsel en heeft uitstekende gasbarrière eigenschappen ¹ . Bovendien, door zijn vele nuttige eigenschappen, wordt PVOH veel gebruikt in een groot aantal toepassingen. Tegenwoordig wordt PVOH gebruikt in: de fabricage van schoonmaak- en wasmiddelproducten, de voedselverpakkingsindustrie, waterbehandeling, textiel, landbouw en constructie (als additieven) ¹ . PVOH heeft echter recentelijk meer aandacht gekregen voor farmaceutisch gebruik ² ( dwz medicijnlevering) en bij medische toepassingen ^{3 , 4} ( bijv. Wondverband, zachte contactlenzen, oogdruppels en zachte implantaten voor kraakbeenvervanging). PVOH films worden door middel van een smelt- of oplosvorm verkregen. Smeltverwerking is compatibelAlleen met PVOH met lage hydrolyse niveaus of sterk geplastificeerde PVOH. Zo, bij het gebruik van deze weg, kunnen sommige eigenschappen opgeofferd worden ¹ . Aan de andere kant kan een PVOH-laag via de oplossingsvorm gedeponeerd worden door druppelgieten ⁵ , spincoating ⁶ of elektrospinning ⁷ . Deze methoden hebben echter een aantal beperkingen in termen van het afval van ongewenst materiaal. Bijvoorbeeld, bij spinbekleding is er gerapporteerd ⁸ dat 95% van het materiaal verspild is. Bovendien zijn deze methoden vrij rigide in termen van ontwerp / eigenschappen (geen patterend vermogen) en hebben hoge totale verwerkingskosten. Om de beperking van de conventionele oplossingverwerking te overwinnen onderzoeken we hier het potentieel van inkjetdruktechnologie om een ​​nieuw platform te produceren om polyvinylalcohol (PVOH) multilayerstructuren te produceren die een sterk effect hebben op zowel het materiaal als de appLicentie perspectieven.

Recente ontwikkelingen in de industrie hebben zich geconcentreerd op goedkope, eenvoudige, milieuvriendelijke en energiebesparende processen. Inkjet printing (IJP) is een modern fabricageproces dat perfect past in dit kader. De voornaamste voordelen van IJP-technologie zijn de efficiëntie van materiaalgebruik, de digitale (maskervrije) en additieve patterning, het grote gebiedscapaciteit, de compatibiliteit met stijve / flexibele substraten en de lage kosten.

IJP is een afzettingsmethode die gebruik maakt van polymere materialen die in een oplosmiddel zijn verspreid. Tot op heden zijn functionele polymeren ⁹ , keramische ¹⁰ , geleidende nanomaterialen ¹¹ , 2D- ¹² , biologisch en farmaceutisch gebaseerde ¹³ materialen succesvol afgezet. Onlangs is gemeld dat IJP betrokken was bij de afzetting van componenten als onderdeel van elektronische apparaten,Zoals transistoren ¹⁴ , sensoren ¹⁵ , zonnecellen ¹⁶ en geheugeninrichtingen ¹⁷ , evenals in elektronische verpakking ¹⁸ .

De inkt, de cartridge en het substraat zijn even belangrijke componenten die in het drukwerk worden gebruikt. Ten eerste hebben de fysische eigenschappen van de inkt, zoals de oppervlaktespanning en de rheologische eigenschappen ( dwz schuifviscositeit) een aanzienlijke invloed op het printbaarheidsgedrag. Ook speelt de pH een belangrijke rol op zowel de oplossing (bijvoorbeeld drogen, schuimen en viscositeit) en op de levensduur van de IJP-inktpatroon. Ten tweede, voor de patroon (piëzo-elektrische), definieert de rijspanningsvorm de druppelvorming en zowel de richting als de gelijkmatigheid van de vloeibare straal. Tenslotte is het absoluut noodzakelijk dat de inkt / substraat interactie zeer goed wordt begrepen, zoals de resolutie en de nauwkeurigheidVan het gedrukte object zijn sterk afhankelijk van deze interface. Oplosmiddelverdamping, faseveranderingen van vloeibaar tot vast, en chemische reacties zijn de belangrijkste processen die zich voordoen tussen de vloeistofdruppel en het substraat. Alle aspecten die betrokken zijn bij het IJP, van inkteigenschappen aan druppel- / substraatmechanismen, worden in recensiepapieren door Hutchings ¹⁹ en door Derby ²⁰ gemarkeerd.

In deze studie onderzoeken we de mogelijkheden van IJP om polyvinylalcohol multilayers te vervaardigen. Ten eerste werd een inkt op water gebaseerde PVOH geformuleerd en werden de belangrijkste fysische eigenschappen, zoals rheologisch gedrag, oppervlaktespanning en pH, onderzocht. In dit werk werd een piëzo-elektrische inkjetprinter gebruikt, en de juiste golfvormparameters werden vervolgens geïdentificeerd. PVOH multilayers werden gedrukt, en de kwaliteit en oppervlak / dikte profielen werden beoordeeld door optische microscopie.