הזרקת דיו מודפסים Polyvinyl אלכוהול Multilayers
Summary
מדפסת הזרקת דיו שימש לייצור multivayers polyvinyl אלכוהול. דיו פוליוויניל המבוסס על מים, נוסח, והתכונות הפיזיות העיקריות נחקרו.
Abstract
הדפסה הזרקת דיו היא שיטה מודרנית לעיבוד פולימרים, וגם בעבודה זו, אנו מדגימים כי טכנולוגיה זו מסוגלת לייצר מבנים polyvinyl אלכוהול (PVOH) multilayer. פתרון מימי פוליוויניל מימי התגבש. נחקרו המאפיינים הפנימיים של הדיו, כגון מתח פני השטח, צמיגות, pH ויציבות זמן. דיו מבוסס PVOH היה פתרון ניטרלי (pH 6.7) עם מתח פני השטח של 39.3 mN / m וצמיגות של 7.5 cP. הדיו המוצג pseudoplastic (שאינו ניוטוני גזירה) התנהגות בשיעורי גזירה נמוכה, הכוללת, זה הוכיח יציבות זמן טוב. את הרטיבות של הדיו על מצעים שונים נחקרה, זכוכית זוהתה כמצע המתאים ביותר במקרה זה בפרט. מדפסת קניינית 3D הזרקת היה מועסק לייצור מבנים multilayer פולימר. מורפולוגיה, פרופיל פני השטח, ואת אחידות עובי של מודפסים דיו מודפס דיו נבדקו באמצעות מיקרוסקופיה אופטית.
Introduction
אלכוהול פוליוויניל הוא semicrystalline, מלאכותי, לא רעיל, מסיס במים, מסיס במרבית ממיסים אורגניים, מתכלה, biocompatible ברקמות האדם ויש לו מעולה מאפייני המכשול גז 1 . יתר על כן, בשל תכונות שימושיות רבות שלה, PVOH נעשה שימוש נרחב במספר רב של יישומים. כיום, PVOH משמש: ייצור של מוצרי ניקוי דטרגנט, תעשיית אריזות מזון, טיפול במים, טקסטיל, חקלאות, ובנייה (כתוספים) 1 . עם זאת, PVOH לאחרונה משך כמות מוגברת של תשומת לב לשימוש התרופות 2 ( כלומר, משלוח תרופות) וביישומים רפואיים 3 , 4 ( למשל, הפצע חבישה, עדשות מגע רך, טיפות עיניים, שתלים רכים החלפת סחוס). סרטים PVOH מיוצרים באמצעות טופס להמיס או פתרון. עיבוד להמיס הוא תאימותIble רק עם PVOH עם רמות hydrolysis נמוך או PVOH מפלסטיק בכבדות. לכן, בעת שימוש במסלול זה, כמה תכונות ניתן להקריב 1 . מצד שני, שכבת PVOH ניתן להפקיד באמצעות טופס פתרון על ידי ירידה הליהוק 5 , ציפוי ספין 6 , או electrospinning 7 . עם זאת, שיטות אלה יש מספר מגבלות במונחים של בזבוז של חומר לא רצוי. לדוגמה, במקרה של ציפוי ספין, כבר דיווחו 8 כי 95% של החומר מבוזבז. בנוסף, שיטות אלה הם די נוקשה בטווח של עיצוב / תכונות (ללא יכולת דפוס) ויש להם עלויות עיבוד גבוהות. על מנת להתגבר על המגבלה של עיבוד פתרון קונבנציונאלי, אנחנו כאן לחקור את הפוטנציאל של טכנולוגיית ההדפסה דיו כדי לספק פלטפורמה חדשנית לייצר אלכוהול פוליוויניל (PVOH) רב שכבתיים מבנים שיש להם השפעה חזקה על החומר ואת היישום- פרספקטיבה.
ההתפתחויות האחרונות במגזר היצרני התמקדו בתהליכים זולים, פשוטים, ידידותיים לסביבה וחוסכים באנרגיה. Inkjet הדפסה (IJP) הוא תהליך ייצור מודרני שמתאים בצורה מושלמת במסגרת זו. היתרונות העיקריים של טכנולוגיית IJP הם היעילות של שימוש בחומרים, הדיגיטלי (ללא מסכה) ותבניות דפוסים, יכולת שטח גדול, תאימות עם מצעים קשיחים / גמישים, ואת העלות הנמוכה.
IJP היא שיטת בתצהיר המשתמשת בחומרים פולימריים המפוזרים ממס. עד כה, פונקציונלית פולימר 9 , קרמיקה -10 , מוליך ננו -11 , 2-12 , ביולוגית, ו pharmaceutically מבוססי 13 חומרים הופקדו בהצלחה. לאחרונה, דווח כי IJP היה מעורב בתצהיר של רכיבים כחלק ממכשירים אלקטרוניים,כגון טרנזיסטורים 14 , חיישנים 15 , תאים סולאריים 16 , והתקני זיכרון 17 , כמו גם באריזה אלקטרונית 18 .
דיו, מחסנית, המצע הם מרכיבים חשובים באותה מידה, כי הם מועסקים בתהליך ההדפסה. ראשית, המאפיינים הפיזיים של הדיו, כגון מתח פני השטח ואת המאפיינים rheological ( כלומר צמיגות גזירה), יש השפעה משמעותית על התנהגות printability. כמו כן, pH משחק תפקיד חשוב על הפתרון ( למשל, ייבוש, קצף, צמיגות) ועל החיים של מחסנית ההדפסה IJP. שנית, עבור המחסנית (piezoelectric), גל מתח המתח למעשה מגדיר את היווצרות טיפה וגם את הכיווניות ואת האחידות של סילון נוזלי. לבסוף, זה הכרחי כי הדיו / אינטראקציה המצע הוא הבין היטב, כמו את ההחלטה ואת הדיוקשל האובייקט המודפס תלויים מאוד בממשק זה. אידוי ממיסים, שינויי פאזה מנוזל מוצק, ותגובות כימיות הם התהליכים העיקריים המתרחשים בין טיפת הנוזל לבין המצע. כל ההיבטים המעורבים ב- IJP, ממאפייני הדיו ועד למנגנוני התשתית / המצע, מודגשים בכתבי העת של Hutchings 19 ודרבי 20 .
במחקר זה, אנו חוקרים את היכולות של IJP לייצור multylayers polyvinyl אלכוהול. ראשית, נחקק דיו המבוסס על מים מסוג PVOH, ונבדקו התכונות הפיזיות העיקריות, כגון התנהגות ריאולוגית, מתח פני השטח ו- pH. בעבודה זו, מדפסת הזרקת דיו piezoelectric היה מועסק, ופרמטרים waveform המתאים זוהה אז. PVOH multilayers הודפסו, ואת איכות פני השטח / עובי פרופילים הוערכו על ידי מיקרוסקופיה אופטית.
Protocol
Representative Results
Discussion
בעבודה זו, אנחנו בהצלחה הוכיח את היכולת של טכנולוגיית ההדפסה הזרקת להפקיד multilayers פולימר. ההתנהגות הריאולוגית נחקרה, והתוצאות הניסוייות מדגימות כי הדיו המנוסח מציג התנהגות מדלדלת של פסאודופלסטיקה. כמו כן, דיו PVOH הוא פתרון ניטרלי (pH 7) ומראה יציבות טובה לאורך זמן. יש לצי…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים היו רוצים להודות Innovate בריטניה למימון מחקר זה תחת DIRECT (33417-239227) ו PCAP (27508-196153) פרויקטים. המחברים גם רוצים להודות PVOH פולימרים בע"מ, על אספקת חומרים והדרכה מקצועית במהלך עבודה זו, יוניליוור, AkzoNobel, וקרלו טכני פלסטיקה, על תמיכתם.
Materials
| Polyvinyl alcohol | PVOH Polymers Ltd, UK | Poval 4-88 | |
| Mono-propylene glycol | Sigma Aldrich, UK | W29004 | |
| DV2T viscometer | Brookfield, UK | ||
| Attension Theta Optical Tensiometer | Biolin Scientific, Sweden | ||
| HANNA pH meter | HANNA Instruments, UK | ||
| industrial Inkjet XYPrint100Z | Industrial Inkjet Ltd, UK | ||
| ContourGT-K 3D optical microscope | Bruker Corp, USA |
References
- Goodship, V., Jacobs, D. Polyvinyl Alcohol: Materials, Processing and Applications. Rapta Review Reports. 16, (2008).
- Marin, E., Rojas, J., Ciro, Y. A review of polyvinyl alcohol derivatives: Promising materials for pharmaceutical and biomedical applications. Afr J Pharm Pharmacol. 8 (24), 674-684 (2014).
- Baker, M. I., Walsh, S. P., Schwartz, Z., Boyan, B. D. A review of polyvinyl alcohol and its uses in cartilage and orthopedic applications. J. Biomed. Mater. Res. Part B Appl. Biomater. 100 (5), 1451-1457 (2012).
- Gaaz, T. S., et al. Properties and Applications of Polyvinyl Alcohol, Halloysite Nanotubes and Their Nanocomposites. Molecules. 20, 22833-22847 (2015).
- Birck, C., Degoutin, S., Tabary, N., Miri, V., Bacquet, M. New crosslinked cast films based on poly(vinyl alcohol): Preparation and physico-chemical properties. eXPRESS Poly Lett. 8 (12), 941-952 (2014).
- Kitsara, M., et al. Spin coating of hydrophilic polymeric films for enhanced centrifugal flow control by serial siphoning. Microfluid Nanofluid. 16, 691 (2014).
- Supaphol, P., Chuangchote, S. On the electrospinning of poly(vinyl alcohol) nanofiber mats: A revisit. J. Appl. Polym. Sci. 108 (2), 969-978 (2008).
- Hoath, S. D., et al. Links between Ink rheology, drop-on-demand jet formation, and printability. J Imaging Sci Technol. 53 (4), 1-8 (2009).
- Pan, Z., et al. Recent development on preparation of ceramic inks in ink-jet printing. Ceram Int. 41, 12515-12528 (2015).
- Kamyshny, A., Magdassi, S. Conductive nanomaterials for printed electronics. Small. 10 (17), 3515-3535 (2014).
- Li, J., Lemme, M. C., Östling, M. Inkjet Printing of 2D Layered Materials. ChemPhysChem. 15, 3427-3434 (2014).
- Choi, H. W., Zhou, T., Singh, M., Jabbour, G. E. Recent developments and directions in printed nanomaterials. Nanoscale. 7, 3338-3355 (2015).
- Basirico, L., Cosseddu, P., Fraboni, B., Bonfiglio, A. Inkjet printing of transparent, flexible, organic transistors. Thin Solid Films. 520 (4), 1291-1294 (2011).
- Komuro, N., Takaki, S., Suzuki, K., Citterio, D. Inkjet printed (bio)chemical sensing devices. Anal.Bioanal.Chem. 405 (17), 5785-5805 (2013).
- Cherrington, R., Wood, B. M., Salaoru, I., Goodship, V. Digital printing of titanium dioxide for dye sensitized solar cells. J. Vis. Exp. , (2016).
- Nelo, M., et al. Inkjet-printed memristor: Printing process development. Jpn. J. Appl. Phys. 52, 1-6 (2013).
- Jacot-Descombes, L., Gullo, R. M., Mastrangeli, M., Cadarso, V. J., Brugger, J. Inkjet-printed SU-8 Hemispherical Microcapsules and Silicon chip Embedding. IET Micro & Nano Letters. 8 (10), 633-636 (2013).
- Martin, G. D., Hoath, S. D., Hutchings, I. M. Inkjet printing – the physics of manipulating liquid jets and drops. J Phys Conf Series. 105, 012001 (2008).
- Derby, B. Inkjet printing of functional and structural materials: Fluid properties requirements, feature stability and resolution. Annu. Rev. Mater. Res. 40, 395-414 (2010).
- Salaoru, I., Zhou, Z., Morris, P., Gibbons, G. J. Inkjet printing of polyvinyl alcohol multilayers for additive manufacturing applications. J. Appl. Polym. Sci. 133, 43572 (2016).
- Deegan, R. D., et al. Capillary flow as the cause of the ring stains from dried liquid drops. Nature. 389, 827-829 (1997).
- Yunker, P. J., Still, T., Lohr, M. A., Yodh, A. G. Suppression of the coffee-ring effect by shape-dependent capillary interactions. Nature. 476, 308-311 (2011).
- Famili, A., Palkar, S. A., Baldy, W. J. First drop dissimilarity in drop-on-demand inkjet devices. Phys Fluids. 23, 1-6 (2011).
- Park, J., et al. Prediction of drop-on-demand (DOD) pattern size in pulse voltage-applied electrohydrodynamic (EHD) jet printing of Ag colloid ink. Appl. Phys. A. 117, 2225 (2014).
