インクジェット印刷されたポリビニルアルコール多層

Summary

インクジェットプリンターを使用してポリビニルアルコール多層を製造した。ポリビニルアルコール水系インクを配合し、主な物性を調べた。

Abstract

インクジェット印刷は、ポリマー加工の現代的な方法であり、この研究では、この技術がポリビニルアルコール（PVOH）多層構造を製造することができることを実証する。ポリビニルアルコール水溶液を配合した。表面張力、粘度、pH、および時間安定性などのインクの固有の特性を調べた。 PVOH系インクは、表面張力が39.3mN / m、粘度が7.5cPの中性溶液（pH6.7）であった。インクは、低剪断速度で擬塑性（非ニュートン剪断薄化）挙動を示し、全体的に、良好な時間安定性を示した。異なる基材上のインクの濡れ性を調べ、この特定の場合にはガラスが最も適切な基材として同定された。独自の3Dインクジェットプリンタを用いてポリマー多層構造を製造した。インクジェット印刷された多層の形態、表面形状、および厚さの均一性を、光学顕微鏡法。

Introduction

ポリビニルアルコールは、半結晶性、人工、無毒性、水溶性、ほとんどの有機溶媒に不溶性、生分解性であり、生体組織に生体適合性があり、優れたガスバリア性を有する。さらに、多くの有用な特性のために、PVOHは多数の用途に広く使用されている。今日、PVOHは洗浄および洗剤製品、食品包装産業、水処理、繊維、農業および建設（添加剤として）の製造に使用されて^います¹ 。しかし、PVOHは、医薬用途² （薬物送達）および医療用途^3,4 （ 例えば、創傷被覆材、ソフトコンタクトレンズ、点眼剤および軟骨置換用軟インプラント）において、最近注目されている。 PVOHフィルムは、溶融形態または溶液形態のいずれかで製造される。溶かし処理は互換です低い加水分解レベルを有するPVOHまたは高度に可塑化されたPVOHのみで可溶性である。したがって、この経路を使用する場合、いくつかの特性を犠牲にすることができる¹ 。一方、PVOH層は、溶液キャスト⁵ 、スピンコーティング⁶ 、またはエレクトロスピニング⁷によって溶液形態で堆積させることができる。しかしながら、これらの方法は、望ましくない物質の浪費に関して多くの制限を有する。例えば、スピンコーティングの場合、材料の95％が無駄になることが報告されている（ ^8） 。さらに、これらの方法は、設計/フィーチャ（パターニング能力なし）の点では非常に堅く、全体的な処理コストが高い。従来の溶液処理の限界を克服するために、材料とアプリの両方に強い影響を与えるポリビニルアルコール（PVOH）多層構造を製造するための新しいプラットフォームを提供するインクジェット印刷技術の可能性を模索しています啓蒙の視点。

近年の製造業の発展は、安価で、シンプルで、環境に優しく、省エネルギーに重点を置いています。インクジェット印刷（IJP）は、このフレームワーク内に完全に適合する現代の製造プロセスである。 IJP技術の主な利点は、材料使用の効率、デジタル（マスクフリー）および付加的なパターニング、大面積能力、硬質/可撓性基板との適合性、および低コストである。

IJPは、溶媒中に分散されたポリマー材料を用いる堆積方法である。今日まで、機能性ポリマー⁹ 、セラミック¹⁰ 、導電性ナノ材料11、2D12、生物学的および薬学的に基づく材料が首尾よく堆積されてきた。最近、IJPは電子デバイスの一部としてのコンポーネントの堆積に関与していると報告されており、トランジスタ¹⁴ 、センサ¹⁵ 、太陽電池¹⁶ 、およびメモリデバイス^17のような電子デバイス、ならびに電子パッケージング^18を含む 。

インク、カートリッジ、および基板は、印刷プロセスで使用される同様に重要なコンポーネントです。第1に、表面張力およびレオロジー特性（ すなわち、せん断粘度）のようなインクの物理的特性は、印刷適性挙動に重要な影響を及ぼす。また、pHは、溶液（ 例えば、乾燥、発泡および粘度）およびIJPプリントカートリッジの寿命の両方に重要な役割を果たす。第2に、カートリッジ（圧電）の場合、駆動電圧波形は、液滴の形成と、液体ジェットの方向性と均一性の両方を実際に規定する。最後に、インク/基板の相互作用が非常によく理解されていることが不可欠です。解像度と精度このインタフェースに強く依存しています。溶媒の蒸発、液体から固体への相変化、および化学反応は、液滴と基板との間で起こる主なプロセスである。 HJPings ¹⁹およびDerby ²⁰によるレビュー論文では、インク特性から滴下/基板機構までのIJPに関わるすべての側面が強調されている。

この研究では、ポリビニルアルコール多層を製造するIJPの能力を調査する。まず、PVOH水性インクを調合し、レオロジー的挙動、表面張力、pHなどの主な物理的性質を調べた。この研究では、圧電式インクジェットプリンタを使用し、適切な波形パラメータを特定した。 PVOH多層を印刷し、光学顕微鏡で品質および表面/厚さのプロファイルを評価した。

Protocol

1.インク配合 60℃に加熱した精製水にポリビニルアルコール（水中8重量％のPVOH）を溶解することにより、IJPの溶液を調製する。 保湿剤として10gのモノプロピレングリコール（MPG）（水中に10重量％のモノプロピレングリコール）を溶液に加える。 注記：保湿剤の役割は、プリントヘッドの詰まりを防ぐことです。 溶液を数時間攪拌して均質性を確保し、5μmフィル?…

Representative Results

表面張力、粘度/レオロジー挙動、pH、濡れおよび時間安定性などのPVOH水性インクの物理的性質を調べた。この作業に用いたインクの粘度は7.5cP、表面張力は39.3mN / mであった。さらに、配合されたインクは中性（pH7）であり、その結果は表1に要約されている 。 …

Discussion

この研究では、ポリマー多層を堆積させるインクジェット印刷技術の能力を実証しました。レオロジー挙動を調べたところ、実験結果は、配合されたインクが擬塑性せん断薄化挙動を示すことを実証した。また、PVOHインクは中性溶液（pH7）であり、経時安定性が良好である。特に、IJP技術がポリビニルアルコール多層構造体を製造することができることは首尾よく実証されたが、印刷範囲と…

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