Multilingüe de alcohol polivinílico impreso con chorro de tinta
Summary
Se utilizó una impresora de chorro de tinta para fabricar multicapas de alcohol polivinílico. Se formuló tinta a base de agua de alcohol polivinílico y se investigaron las propiedades físicas principales.
Abstract
La impresión por inyección de tinta es un método moderno para el procesamiento de polímeros, y en este trabajo, demostramos que esta tecnología es capaz de producir estructuras de múltiples capas de alcohol polivinílico (PVOH). Se formuló una solución acuosa de alcohol polivinílico. Se investigaron las propiedades intrínsecas de la tinta, tales como la tensión superficial, la viscosidad, el pH y la estabilidad en el tiempo. La tinta basada en PVOH era una solución neutra (pH 6,7) con una tensión superficial de 39,3 mN / my una viscosidad de 7,5 cP. La tinta mostró comportamiento pseudoplástico (no-Newtonian shear thinning) a bajas tasas de cizallamiento, y en general, demostró una buena estabilidad en el tiempo. Se investigó la humectabilidad de la tinta sobre diferentes sustratos y se identificó el vidrio como el sustrato más adecuado en este caso particular. Se empleó una impresora de inyección de tinta 3D propietaria para fabricar estructuras multicapa de polímero. La morfología, el perfil superficial y la uniformidad del espesor de las multicapas impresas por chorro de tinta se evaluaron mediante microscopía óptica.
Introduction
El alcohol polivinílico es semicristalino, artificial, no tóxico, soluble en agua, insoluble en la mayoría de los disolventes orgánicos, biodegradable y biocompatible en tejidos humanos y tiene excelentes propiedades de barrera al gas 1 . Además, debido a sus muchas propiedades útiles, el PVOH es ampliamente utilizado en un gran número de aplicaciones. Hoy en día, PVOH se utiliza en: la fabricación de productos de limpieza y detergentes, la industria de envasado de alimentos, tratamiento de agua, textiles, agricultura y construcción (como aditivos) 1 . Sin embargo, el PVOH ha atraído recientemente una mayor atención para los usos farmacéuticos 2 ( es decir, para el suministro de fármacos) y en aplicaciones médicas 3 , 4 ( por ejemplo, vendajes de heridas, lentes de contacto blandas, gotas para los ojos e implantes blandos para reemplazo del cartílago). Las películas de PVOH se producen ya sea a través de una forma fundida o en forma de solución. El proceso de fundido es compatSólo con PVOH con bajos niveles de hidrólisis o PVOH fuertemente plastificado. Por lo tanto, al utilizar esta vía, algunas propiedades pueden ser sacrificadas 1 . Por otra parte, se puede depositar una capa de PVOH a través de la forma de solución por colada de colada 5 , recubrimiento por centrifugación 6 , o por electrospinning 7 . Sin embargo, estos métodos tienen una serie de limitaciones en términos del desperdicio de material no deseado. Por ejemplo, en el caso del recubrimiento por centrifugación, se ha informado 8 que se desperdicia el 95% del material. Además, estos métodos son bastante rígidos en términos de diseño / características (sin capacidad de patrón) y tienen un alto coste total de procesamiento. Con el fin de superar la limitación de la solución convencional de procesamiento, aquí exploramos el potencial de la tecnología de impresión de inyección de tinta para proporcionar una plataforma novedosa para producir alcohol polivinílico (PVOH) estructuras multicapa que tienen un fuerte impacto en el material y la aplicaciónPerspectivas de innovación.
Los recientes desarrollos en el sector manufacturero se han centrado en procesos baratos, simples, ecológicos y de ahorro de energía. La impresión por inyección de tinta (IJP) es un proceso de fabricación moderno que encaja perfectamente dentro de este marco. Las principales ventajas de la tecnología IJP son la eficiencia en el uso del material, el diseño digital (sin máscara) y aditivo, la gran capacidad de área, la compatibilidad con sustratos rígidos / flexibles y el bajo costo.
IJP es un método de deposición que utiliza materiales poliméricos dispersos en un disolvente. Hasta la fecha, se han depositado con éxito materiales poliméricos 9 , cerámicos- 10 , nanomateriales conductores- 11 , 2D- 12 , biológicamente y farmacéuticamente 13 . Recientemente, se ha informado que la IJP estuvo implicada en la deposición de componentes como parte de dispositivos electrónicos,Tales como transistores 14 , sensores 15 , células solares 16 , y dispositivos de memoria 17 , así como en el envase electrónico 18 .
La tinta, el cartucho y el sustrato son componentes igualmente importantes que se emplean en el proceso de impresión. En primer lugar, las propiedades físicas de la tinta, tales como la tensión superficial y las propiedades reológicas ( es decir, la viscosidad por cizallamiento), tienen un impacto significativo en el comportamiento de imprimibilidad. Además, el pH desempeña un papel importante tanto en la solución ( por ejemplo, en el secado, la formación de espuma y la viscosidad) como en la vida útil del cartucho de impresión IJP. En segundo lugar, para el cartucho (piezoeléctrico), la forma de onda de la tensión de accionamiento define realmente la formación de la gota y la direccionalidad y la uniformidad del chorro de líquido. Por último, es imperativo que la interacción tinta / sustrato se entiende muy bien, ya que la resolución y precisiónDel objeto impreso dependen fuertemente de esta interfaz. La evaporación del disolvente, los cambios de fase de líquido a sólido, y las reacciones químicas son los principales procesos que ocurren entre la gota de fluido y el sustrato. Todos los aspectos relacionados con la IJP, desde las propiedades de tinta hasta los mecanismos de gota / sustrato, se destacan en los artículos de revisión de Hutchings 19 y Derby 20 .
En este estudio, exploramos las capacidades de IJP para fabricar multicapa de alcohol polivinílico. En primer lugar, se formuló una tinta a base de agua PVOH, y se investigaron las propiedades físicas principales, tales como el comportamiento reológico, la tensión superficial y el pH. En este trabajo, se empleó una impresora de chorro de tinta piezoeléctrica, y se identificaron entonces los parámetros de forma de onda apropiados. Se imprimieron multicapas de PVOH y se evaluó la calidad y los perfiles de superficie / espesor mediante microscopía óptica.
Protocol
Representative Results
Discussion
En este trabajo, demostró con éxito la capacidad de la tecnología de impresión por chorro de tinta para depositar polímeros multicapa. Se investigó el comportamiento reológico, y los resultados experimentales demuestran que la tinta formulada presenta un comportamiento pseudoplástico de cizallamiento. Además, la tinta PVOH es una solución neutra (pH 7) y muestra buena estabilidad a lo largo del tiempo. En particular, se demostró con éxito que la tecnología IJP es capaz de producir estructuras multicapa de a…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores desean agradecer a Innovate UK por financiar esta investigación bajo los proyectos DIRECT (33417-239227) y PCAP (27508-196153). Los autores también desean agradecer a PVOH Polymers Ltd., por proporcionar materiales y orientación profesional durante este trabajo, y Unilever, AkzoNobel y Carclo Technical Plastics, por su apoyo.
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
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