Inkjet-trykte Polyvinyl Alkohol Multilayers

Summary

En blekkskriver ble brukt til å fremstille polyvinylalkohol multilayere. Polyvinylalkohol vannbasert blekk ble formulert, og de viktigste fysiske egenskapene ble undersøkt.

Abstract

Inkjetutskrift er en moderne metode for polymerbehandling, og i dette arbeidet demonstrerer vi at denne teknologien er i stand til å produsere flerlagsstrukturer av polyvinylalkohol (PVOH). En vandig oppløsning av polyvinylalkohol ble formulert. Blekkets inneboende egenskaper, som overflatespenning, viskositet, pH og tidsstabilitet ble undersøkt. Den PVOH-baserte blekk var en nøytral løsning (pH 6,7) med en overflatespenning på 39,3 mN / m og en viskositet på 7,5 cP. Blekket viste pseudoplastisk (ikke-Newtonian shear thinning) atferd ved lave skjærhastigheter, og generelt viste det seg god stabilitet. Væsken av blekk på forskjellige underlag ble undersøkt, og glass ble identifisert som det mest egnede underlaget i dette spesielle tilfellet. En proprietær 3D-blekkskriver ble benyttet for å fremstille polymer flerlagsstrukturer. Morfologien, overflateprofilen og tykkelsenhetigheten av inkjet-trykte multilayere ble evaluert via optisk mikroskopi.

Introduction

Polyvinylalkohol er semikrystallinsk, kunstig, giftfri, vannløselig, uoppløselig i de fleste organiske løsningsmidler, biologisk nedbrytbar og biokompatibel i humant vev og har gode gassbarriere egenskaper ¹ . Videre, på grunn av sine mange nyttige egenskaper, er PVOH mye brukt i et stort antall applikasjoner. I dag er PVOH brukt i: produksjon av rengjørings- og vaskemiddelprodukter, matemballeringsindustrien, vannbehandling, tekstil, landbruk og konstruksjon (som tilsetningsstoffer) ¹ . Imidlertid har PVOH nylig tiltrukket økt oppmerksomhet for farmasøytisk bruk ² ( dvs. tilførsel av legemidler) og i medisinske applikasjoner ^{3 , 4} ( f.eks. Sårforbinding, myke kontaktlinser, øyedråper og myke implantater for brusk erstatning). PVOH-filmer fremstilles enten gjennom en smelte- eller oppløsningsform. Smeltbehandling er kompatibelKun med PVOH med lave hydrolyse nivåer eller tungt plastisert PVOH. Når du bruker denne banen, kan noen egenskaper avlives ¹ . På den annen side kan et PVOH-lag avsettes via løsningsformen ved hjelp av dråpestøpning ⁵ , spinbelegg ⁶ eller elektrospinnning ⁷ . Imidlertid har disse metodene en rekke begrensninger når det gjelder avfall av uønsket materiale. For eksempel, når det gjelder spinbelegg, har det blitt rapportert ⁸ at 95% av materialet er bortkastet. I tillegg er disse metodene ganske stive i form av design / funksjoner (ingen mønstringsevne) og har høye totale prosesseringskostnader. For å overvinne begrensningen av den konvensjonelle løsningsbehandlingen, undersøker vi potensialet for blekkskriverteknologi for å gi en ny plattform for å produsere polyvinylalkohol (PVOH) flerlagsstrukturer som har stor innvirkning på både materialet og appenLisensperspektiv.

Nylige utviklinger i industrisektoren har fokusert på billige, enkle, miljøvennlige og energisparende prosesser. Inkjet-utskrift (IJP) er en moderne fabrikasjonsprosess som passer perfekt innenfor dette rammen. De største fordelene ved IJP-teknologien er effektiviteten av materialbruk, den digitale (maskefrie) og additivmønstret, den store arealkapasiteten, kompatibiliteten med stive / fleksible underlag og lave kostnader.

IJP er en deponeringsmetode som bruker polymere materialer dispergert i et løsningsmiddel. Til dags dato har funksjonelt polymer- ⁹ , keramisk- ¹⁰ , ledende nanomaterial- ¹¹ , 2D- ¹² , biologisk og farmasøytisk baserte ¹³ materialer blitt avsatt. Nylig har det blitt rapportert at IJP var involvert i avsetning av komponenter som en del av elektroniske enheter,Slik som transistorer ¹⁴ , sensorer ¹⁵ , solceller ^{16 og} minneinnretninger ¹⁷ , også i elektronisk emballasje ¹⁸ .

Blekk, patron og substrat er like viktige komponenter som brukes i utskriftsprosessen. For det første har de fysiske egenskapene til blekk, slik som overflatespenningen og de rheologiske egenskapene ( dvs. skjærviskositet), en betydelig innvirkning på utskriftsevnen. Dessuten spiller pH en viktig rolle på både løsningen ( f.eks. Tørking, skumdannelse og viskositet) og på levetiden til IJP-blekkpatronen. For det andre, for patronen (piezoelektrisk), definerer drivspenningsbølgeformen faktisk dråpedannelsen og både retningsstyrken og likformigheten av væskestrålen. Endelig er det viktig at blæk / substratinteraksjonen er veldig godt forstått, som oppløsning og nøyaktighetAv det trykte objektet er sterkt avhengig av dette grensesnittet. Løsningsmiddeldampning, faseendringer fra væske til fast stoff, og kjemiske reaksjoner er hovedprosessene som oppstår mellom væskedråpet og substratet. Alle aspekter som er involvert i IJP, fra blekkegenskaper til slip / substratmekanismer, er fremhevet i gjennomgangspapir fra Hutchings ¹⁹ og av Derby ²⁰ .

I denne studien undersøker vi egenskapene til IJP for fremstilling av polyvinylalkohol multilayers. Først ble en PVOH-vannbasert blekk formulert, og de viktigste fysiske egenskapene, så som reologisk oppførsel, overflatespenning og pH ble undersøkt. I dette arbeidet ble en piezoelektrisk blekkskriver brukt, og de riktige bølgeformparametrene ble deretter identifisert. PVOH multilayers ble trykt, og kvaliteten og overflaten / tykkelsesprofilene ble vurdert ved optisk mikroskopi.

Protocol

1. Blekkformulering Forbered løsningen for IJP ved å oppløse polyvinylalkohol (8 vekt% PVOH i vann) i renset vann oppvarmet til 60 ° C. Tilsett 10 g mono-propylenglykol (MPG) (10 vekt% mono-propylenglykol i vann) som en fuktighetsbevarende middel, til løsningen. MERK: Den fuktighetsgivende rolle er å forhindre blokkeringer i skrivehodet. Rør oppløsningen i flere timer for å sikre homogenitet og filtrer den deretter gjennom et 5 μm filter for å fjerne partikler som kan blo…

Representative Results

De fysiske egenskapene til PVOH-vannbasert blekk, som overflatespenning, viskositet / reologisk oppførsel, pH, fuktighet og tidsstabilitet ble undersøkt. Viskositeten til bleken som ble brukt i dette arbeidet var 7,5 cP, og overflatespenningen var 39,3 mN / m. I tillegg var den formulerte blekk nøytral (pH 7), med resultatene oppsummert i tabell 1 . Bl…

Discussion

I dette arbeidet har vi med suksess demonstrert muligheten for blekkskriverteknologi til å deponere polymer multilayere. Den rheologiske oppførselen ble undersøkt, og de eksperimentelle resultatene viser at den formulerte bleken viser pseudoplastisk skjærfortynning. PVOH-blekket er også en nøytral løsning (pH 7) og viser god stabilitet over tid. Spesielt ble det påvist at IJP-teknologien er i stand til å produsere flerlagsstrukturer av polyvinylalkohol, men det er nødvendig med ytterligere forbedringer i trykk…

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