Polyvinyl Alcohol Multilayers impresso a jacto de tinta

Summary

Utilizou-se uma impressora a jacto de tinta para fabricar multicamadas de álcool polivinílico. Formulou-se tinta à base de água de álcool polivinílico, e as propriedades físicas principais foram investigadas.

Abstract

A impressão a jacto de tinta é um método moderno para processamento de polímeros, e neste trabalho, demonstramos que esta tecnologia é capaz de produzir estruturas de multicamadas de álcool polivinílico (PVOH). Formulou-se uma solução aquosa de álcool polivinílico. As propriedades intrínsecas da tinta, tais como tensão superficial, viscosidade, pH, e estabilidade de tempo, foram investigadas. A tinta à base de PVOH era uma solução neutra (pH 6,7) com uma tensão superficial de 39,3 mN / m e uma viscosidade de 7,5 cP. A tinta mostrou comportamento pseudoplástico (desbaste não-newtoniano) a baixas taxas de cisalhamento e, em geral, demonstrou boa estabilidade no tempo. A molhabilidade da tinta em diferentes substratos foi investigada e o vidro foi identificado como o substrato mais adequado neste caso particular. Utilizou-se uma impressora de jacto de tinta 3D proprietária para fabricar estruturas multicamadas de polímero. A morfologia, o perfil superficial ea uniformidade de espessura de multicamadas impressas a jato de tinta foram avaliados por microscopia óptica.

Introduction

O álcool polivinílico é semicristalino, artificial, não tóxico, solúvel em água, insolúvel na maioria dos solventes orgânicos, biodegradável e biocompatível em tecidos humanos e possui excelentes propriedades de barreira ao gás ¹ . Além disso, devido às suas muitas propriedades úteis, PVOH é amplamente utilizado em um grande número de aplicações. Atualmente, o PVOH é utilizado na fabricação de produtos de limpeza e detergentes, na indústria de embalagens de alimentos, tratamento de água, têxtil, agricultura e construção (como aditivos) ¹ . No entanto, o PVOH tem atraído recentemente uma maior atenção para usos farmacêuticos ² ( isto é, libertação de fármaco) e em aplicações médicas ^{3 , 4} ( por exemplo, curativo para feridas, lentes de contacto moles, colírios e implantes moles para substituição de cartilagem). As películas de PVOH são produzidas quer através de uma forma fundida quer sob forma de solução. O processamento de fusão é compatApenas com PVOH com baixos níveis de hidrólise ou PVOH pesadamente plastificado. Assim, ao usar esta via, algumas propriedades podem ser sacrificadas ¹ . Por outro lado, uma camada de PVOH pode ser depositada através da forma de solução por fundição sob pressão ⁵ , revestimento por centrifugação ⁶ ou electrospinning ⁷ . No entanto, estes métodos têm uma série de limitações em termos do desperdício de material indesejado. Por exemplo, no caso do revestimento por centrifugação, foi relatado ⁸ que 95% do material é desperdiçado. Além disso, estes métodos são bastante rígidos em termos de design / funcionalidades (sem capacidade de padronização) e têm elevados custos globais de processamento. A fim de superar a limitação do processamento de solução convencional, aqui vamos explorar o potencial da tecnologia de impressão a jato de tinta para fornecer uma nova plataforma para produzir álcool polivinílico (PVOH) estruturas multi-camada que têm um forte impacto no material e appPerspectivas de inovação.

Os desenvolvimentos recentes no setor manufatureiro focalizaram em processos baratos, simples, eco-amigáveis, e de poupança de energia. A impressão a jato de tinta (IJP) é um processo de fabricação moderno que se encaixa perfeitamente dentro desta estrutura. As principais vantagens da tecnologia IJP são a eficiência do uso de materiais, o padrão digital (sem máscara) e aditivo, a grande capacidade de área, a compatibilidade com substratos rígidos / flexíveis eo baixo custo.

O IJP é um método de deposição que usa materiais poliméricos dispersos em um solvente. Até à data, foram depositados com sucesso materiais de polímero ⁹ funcionais, cerâmicos- ¹⁰ , nanomateriais condutores ¹¹ , 2D- ¹² , biologicamente e farmaceuticamente baseados. Recentemente, foi relatado que o IJP estava envolvido na deposição de componentes como parte de dispositivos eletrônicos,Tais como transistores ¹⁴ , sensores ¹⁵ , células solares ¹⁶ , e dispositivos de memória ¹⁷ , bem como na embalagem electrónica ¹⁸ .

A tinta, o cartucho e o substrato são componentes igualmente importantes que são empregues no processo de impressão. Em primeiro lugar, as propriedades físicas da tinta, tais como a tensão superficial e as propriedades reológicas ( isto é, viscosidade de cisalhamento), têm um impacto significativo no comportamento de impressão. Além disso, o pH desempenha um papel importante tanto na solução ( por exemplo, secagem, espuma e viscosidade) como no tempo de vida do cartucho de impressão IJP. Em segundo lugar, para o cartucho (piezoeléctrico), a forma de onda de tensão de accionamento define efectivamente a formação de gotas e a direccionalidade e a uniformidade do jacto de líquido. Finalmente, é imperativo que a interação tinta / substrato é muito bem compreendida, como a resolução e precisãoDo objeto impresso são fortemente dependentes desta interface. A evaporação do solvente, as mudanças de fase do líquido para o sólido e as reações químicas são os principais processos que ocorrem entre a queda do fluido eo substrato. Todos os aspectos envolvidos no IJP, desde as propriedades da tinta aos mecanismos de queda / substrato, são destacados em artigos de revisão por Hutchings ¹⁹ e Derby ²⁰ .

Neste estudo, exploramos as capacidades do IJP para fabricar multicamadas de álcool polivinílico. Em primeiro lugar, foi formulada uma tinta à base de água PVOH, e as propriedades físicas principais, tais como comportamento reológico, tensão superficial e pH, foram investigadas. Neste trabalho, foi empregue uma impressora jato de tinta piezoelétrica, e os parâmetros de forma de onda apropriados foram então identificados. PVOH foram impressas e a qualidade e os perfis de superfície / espessura foram avaliados por microscopia óptica.

Protocol

1. Formulação de tinta Preparar a solução para IJP dissolvendo álcool polivinílico (8% em peso de PVOH em água) em água purificada aquecida a 60 ° C. Adicionar 10 g de mono-propilenoglicol (MPG) (10% em peso de mono-propilenoglicol em água), como um humectante, à solução. NOTA: O papel do humectante é evitar bloqueios na cabeça de impressão. Agitar a solução por várias horas para garantir a homogeneidade e, em seguida, filtrá-lo através de um filtro de 5 μm par…

Representative Results

Foram investigadas as propriedades físicas da tinta à base de água PVOH, tais como tensão superficial, comportamento viscoso / reológico, pH, molhamento e estabilidade no tempo. A viscosidade da tinta utilizada neste trabalho foi de 7,5 cP e a tensão superficial foi de 39,3 mN / m. Adicionalmente, a tinta formulada era neutra (pH 7), com os resultados resumidos na Tabela 1 . <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="alway…

Discussion

Neste trabalho, demonstramos com sucesso a capacidade da tecnologia de impressão a jato de tinta para depositar multicamadas de polímero. O comportamento reológico foi investigado, e os resultados experimentais demonstram que a tinta formulada apresenta comportamento pseudoplástico de diluição por cisalhamento. Além disso, a tinta PVOH é uma solução neutra (pH 7) e mostra boa estabilidade ao longo do tempo. Notavelmente, foi demonstrado com sucesso que a tecnologia IJP é capaz de produzir estruturas de multic…

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