Multilayers à l'alcool polyvinylique imprimé par jet d'encre
Summary
Une imprimante à jet d'encre a été utilisée pour fabriquer des multicouches d'alcool polyvinylique. L'encre à base d'eau alcool polyvinylique a été formulée et les principales propriétés physiques ont été étudiées.
Abstract
L'impression par jet d'encre est une méthode moderne pour le traitement des polymères, et dans ce travail, nous démontrons que cette technologie est capable de produire des structures multicouches d'alcool polyvinylique (PVOH). Une solution aqueuse d'alcool polyvinylique a été formulée. Les propriétés intrinsèques de l'encre, telles que la tension de surface, la viscosité, le pH et la stabilité du temps, ont été étudiées. L'encre à base de PVOH était une solution neutre (pH 6,7) avec une tension superficielle de 39,3 mN / m et une viscosité de 7,5 cP. L'encre a présenté un comportement pseudoplastique (amincissement de cisaillement non newtonien) à des taux de cisaillement réduits, et dans l'ensemble, il a démontré une bonne stabilité au temps. On a étudié la mouillabilité de l'encre sur différents substrats et on a identifié le verre comme le substrat le plus approprié dans ce cas particulier. Une imprimante à jet d'encre 3D propriétaire a été utilisée pour fabriquer des structures multicouches polymères. La morphologie, le profil de surface et l'uniformité des épaisseurs des multicouches imprimées à l'encre ont été évalués par microscopie optique.
Introduction
L'alcool polyvinylique est semi-cristallin, artificiel, non toxique, hydrosoluble, insoluble dans la plupart des solvants organiques, biodégradable et biocompatible dans les tissus humains et présente d'excellentes propriétés de barrière aux gaz 1 . En outre, en raison de ses nombreuses propriétés utiles, PVOH est largement utilisé dans un grand nombre d'applications. De nos jours, PVOH est utilisé dans: la fabrication de produits de nettoyage et de détergents, l'industrie de l'emballage alimentaire, le traitement de l'eau, le textile, l'agriculture et la construction (en tant qu'additifs) 1 . Cependant, le PVOH a récemment attiré une attention accrue pour les utilisations pharmaceutiques 2 ( c'est-à-dire la délivrance de médicaments) et dans les applications médicales 3 , 4 ( p. Ex., Pansement , lentilles de contact doux, gouttes pour les yeux et implants doux pour le remplacement du cartilage). Les films PVOH sont produits soit par une forme de fusion ou de solution. Le traitement de fusion est compatibleSeulement avec du PVOH à faible taux d'hydrolyse ou PVOH fortement plastifié. Ainsi, lors de l'utilisation de cette voie, certaines propriétés peuvent être sacrifiées 1 . D'autre part, une couche de PVOH peut être déposée par la forme de la solution par coulée par gouttage 5 , revêtement d'essorage 6 ou électrospinning 7 . Cependant, ces méthodes ont un certain nombre de limitations en termes de perte de matériel indésirable. Par exemple, dans le cas du revêtement par centrifugation, on a signalé 8 que 95% du matériel était gaspillé. En outre, ces méthodes sont assez rigides en termes de conception / fonctionnalités (sans capacité de pattern) et ont des coûts de traitement globaux élevés. Afin de surmonter la limitation du traitement de la solution conventionnelle, nous explorons ici le potentiel de la technologie d'impression par jet d'encre pour fournir une nouvelle plate-forme pour produire des structures multicouches d'alcool polyvinylique (PVOH) qui ont un fort impact sur le matériau et l'applicationPerspectives de communication.
Les développements récents dans le secteur de la fabrication se sont concentrés sur des processus peu coûteux, simples, écologiques et économes en énergie. L'impression jet d'encre (IJP) est un processus de fabrication moderne qui s'intègre parfaitement dans ce cadre. Les principaux avantages de la technologie IJP sont l'efficacité de l'utilisation des matériaux, le modèle numérique (sans masquage) et additif, la grande capacité de la zone, la compatibilité avec les supports rigides / flexibles et le faible coût.
IJP est une méthode de dépôt qui utilise des matériaux polymères dispersés dans un solvant. À ce jour, des matériaux fonctionnels à base de polymère 9 , céramique 10 , nanomatériaux conducteurs – 11 , 2D 12 , biologiques et pharmaceutiques 13 ont été déposés avec succès. Récemment, il a été signalé que IJP était impliqué dans le dépôt de composants dans le cadre de dispositifs électroniques,Tels que les transistors 14 , les capteurs 15 , les cellules solaires 16 et les dispositifs de mémoire 17 , ainsi que dans les emballages électroniques 18 .
L'encre, la cartouche et le substrat sont des composants tout aussi importants qui sont utilisés dans le processus d'impression. Tout d'abord, les propriétés physiques de l'encre, telles que la tension superficielle et les propriétés rhéologiques ( c.-à-d., La viscosité du cisaillement), ont un impact important sur le comportement d'impression. En outre, le pH joue un rôle important à la fois sur la solution ( par exemple, le séchage, le moussage et la viscosité) et sur la durée de vie de la cartouche d'impression IJP. Deuxièmement, pour la cartouche (piézoélectrique), la forme d'onde de la tension d'entraînement définit réellement la formation de gouttes et à la fois la directionnalité et l'uniformité du jet de liquide. Enfin, il est impératif que l'interaction encre / substrat soit très bien comprise, car la résolution et la précisionDe l'objet imprimé dépendent fortement de cette interface. L'évaporation par solvant, les changements de phase du liquide au solide et les réactions chimiques sont les principaux processus qui se produisent entre la goutte de fluide et le substrat. Tous les aspects impliqués dans l'IJP, des propriétés de l'encre aux mécanismes de chute / substrat, sont mis en évidence dans les articles de revue de Hutchings 19 et de Derby 20 .
Dans cette étude, nous explorons les capacités de l'IJP à fabriquer des multicouches d'alcool polyvinylique. Tout d'abord, une encre à base d'eau PVOH a été formulée et les principales propriétés physiques, telles que le comportement rhéologique, la tension de surface et le pH, ont été étudiées. Dans ce travail, une imprimante à jet d'encre piézoélectrique a été utilisée, et les paramètres de forme d'onde appropriés ont ensuite été identifiés. Les multicouches PVOH ont été imprimées, et la qualité et les profils surface / épaisseur ont été évalués par microscopie optique.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dans ce travail, nous avons démontré avec succès la capacité de la technologie d'impression jet d'encre de déposer des multicouches polymères. Le comportement rhéologique a été étudié, et les résultats expérimentaux démontrent que l'encre formulée présente un comportement d'éclaircie par cisaillement pseudoplastique. En outre, l'encre PVOH est une solution neutre (pH 7) et présente une bonne stabilité dans le temps. Notamment, il a été démontré avec succès que la technologie I…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs souhaitent remercier Innovate UK pour avoir financé cette recherche dans le cadre des projets DIRECT (33417-239227) et PCAP (27508-196153). Les auteurs souhaiteraient également remercier PVOH Polymers Ltd., pour leur fourniture de matériel et d'orientation professionnelle au cours de ce travail, et Unilever, AkzoNobel et Carclo Technical Plastics, pour leur soutien.
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 |
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