طابعات حبر متعدد الطبقات من البولي فينيل المطبوعة
Summary
واستخدمت طابعة نافثة للحبر لتصنيع متعدد الطبقات من متعدد فينيل الكحول. وقد تم صياغة الحبر القائم على الماء البولي فينيل الكحول، وتم التحقيق في الخصائص الفيزيائية الرئيسية.
Abstract
الطباعة النافثة للحبر هو طريقة حديثة لمعالجة البوليمر، وفي هذا العمل، ونحن نبرهن على أن هذه التكنولوجيا قادرة على إنتاج البولي فينيل الكحول (بفوه) الهياكل متعددة الطبقات. تم صياغة محلول مائي كحول بولي فينيل. تم فحص الخصائص الجوهرية للحبر، مثل التوتر السطحي، اللزوجة، درجة الحموضة، واستقرار الوقت. كان الحبر القائم على بفوه حلا محايدا (الرقم الهيدروجيني 6.7) مع التوتر السطحي من 39.3 مليون / م و لزوجة 7.5 كب. عرض الحبر كاذب (غير النيوتوني ترقق القص) السلوك في معدلات القص منخفضة، وعموما، فإنه أثبت استقرار الوقت جيدة. تم التحقق من قابلية ترطيب الحبر على ركائز مختلفة، وتم تحديد الزجاج على أنه الركيزة الأكثر ملائمة في هذه الحالة بالذات. تم استخدام طابعة نافثة للحبر ثلاثية الأبعاد لتصنيع هياكل متعددة الطبقات من البوليمر. تم تقييم التشكل، وملامح السطح، وسمك التوحيد من متعدد الطبقات النافثة للحبر المطبوعة عن طريق المجهر الضوئي.
Introduction
بولي فينيل الكحول هو سيمكريستالين، الاصطناعي، غير سامة، للذوبان في الماء، غير قابلة للذوبان في معظم المذيبات العضوية، القابلة للتحلل، و بيوكومباتيبل في الأنسجة البشرية ولها ممتازة خصائص حاجز الغاز 1 . وعلاوة على ذلك، نظرا لخصائصه المفيدة كثيرة، ويستخدم على نطاق واسع بفوه في عدد كبير من التطبيقات. في الوقت الحاضر، يستخدم بفوه في: تصنيع منتجات التنظيف والمنظفات، وصناعة تغليف المواد الغذائية، ومعالجة المياه، والمنسوجات، والزراعة، والبناء (كإضافات) 1 . ومع ذلك، فقد اجتذبت بفوه مؤخرا اهتماما أكبر للاستخدامات الصيدلانية 2 ( أي تسليم المخدرات) وفي التطبيقات الطبية 3 ، 4 (على سبيل المثال، خلع الملابس الجرح، العدسات اللاصقة اللينة، قطرات العين، وزرع لينة لاستبدال الغضاريف). يتم إنتاج الأفلام بفوه إما من خلال شكل تذوب أو حل. تجهيز تذوب هو كومباتفقط مع بفوه مع انخفاض مستويات التحلل المائي أو بفوه الملدن بشكل كبير. وهكذا، عند استخدام هذا المسار، يمكن التضحية بعض الخصائص 1 . من ناحية أخرى، يمكن أن تودع طبقة بفوه عن طريق شكل حل عن طريق صب صب 5 ، وتدور طلاء 6 ، أو إليكتروسبينينغ 7 . ومع ذلك، هذه الطرق لديها عدد من القيود من حيث النفايات من المواد غير المرغوب فيها. على سبيل المثال، في حالة طلاء تدور، فقد تم الإبلاغ 8 أن 95٪ من المواد يضيع. بالإضافة إلى ذلك، هذه الطرق هي جامدة تماما في مجال التصميم / ميزات (لا القدرة على الزخرفة) ولها تكاليف المعالجة الإجمالية العالية. من أجل التغلب على الحد من معالجة الحل التقليدية، ونحن هنا استكشاف إمكانات تكنولوجيا الطباعة النافثة للحبر لتوفير منصة جديدة لإنتاج البولي فينيل الكحول (بفوه) الهياكل متعددة الطبقات التي لها تأثير قوي على كل من المواد والتطبيقليزاتيون.
وقد ركزت التطورات الأخيرة في قطاع الصناعات التحويلية على عمليات رخيصة وبسيطة وصديقة للبيئة وموفرة للطاقة. الطباعة النافثة للحبر (إجب) هي عملية تصنيع حديثة تناسب تماما في هذا الإطار. المزايا الرئيسية للتكنولوجيا إجب هي كفاءة استخدام المواد، والرقمية (خالية من قناع) والنمذجة المضافة، والقدرة على مساحة كبيرة، والتوافق مع ركائز جامدة / مرنة، وتكلفة منخفضة.
إجب هي طريقة ترسب يستخدم المواد البوليمرية المشتتة في المذيب. وحتى الآن، تم بنجاح إيداع البوليمر الوظيفي 9 ، والسيراميك 10 ، والمواد النانوية الموصلة – 11 ، و2-2، والمواد البيولوجية 13، والمستندة إلى صيدلانيا. وفي الآونة الأخيرة، أفادت التقارير بأن الحزب قد اشترك في ترسب المكونات كجزء من الأجهزة الإلكترونية،مثل الترانزستورات 14 ، وأجهزة الاستشعار 15 ، والخلايا الشمسية 16 ، وأجهزة الذاكرة 17 ، وكذلك في التعبئة والتغليف الإلكترونية 18 .
الحبر، خرطوشة، والركيزة هي عناصر هامة بنفس القدر التي يتم استخدامها في عملية الطباعة. أولا، الخصائص الفيزيائية للحبر، مثل التوتر السطحي والخصائص الريولوجية ( أي اللزوجة القص)، لها تأثير كبير على سلوك القابلية للطباعة. أيضا، ودرجة الحموضة تلعب دورا هاما على كل من الحل (على سبيل المثال، التجفيف، رغوة، واللزوجة) وعلى عمر خرطوشة الطباعة إجب. ثانيا، لخرطوشة (كهرضغطية)، الموجي الجهد القيادة في الواقع يحدد تشكيل قطرة وكل من الاتجاه وتوحيد طائرة سائلة. وأخيرا، لا بد من أن التفاعل الحبر / الركيزة مفهومة جيدا جدا، والقرار والدقةمن الكائن المطبوع تعتمد بشدة على هذه الواجهة. تبخر المذيبات، والتغيرات المرحلة من السائل إلى الصلبة، والتفاعلات الكيميائية هي العمليات الرئيسية التي تحدث بين انخفاض السوائل والركيزة. جميع جوانب المشاركة في إجب، من خصائص الحبر لإسقاط / آليات الركيزة، يتم إبرازها في أوراق المراجعة من قبل هاتشينغز 19 و ديربي 20 .
في هذه الدراسة، ونحن استكشاف قدرات إجب لتصنيع متعدد الطبقات الكحول البولي فينيل. أولا، تم وضع الحبر القائم على المياه بفوه، وتم التحقيق في الخصائص الفيزيائية الرئيسية، مثل السلوك الريولوجي، التوتر السطحي، ودرجة الحموضة. في هذا العمل، تم استخدام طابعة نافثة للحبر كهرضغطية، ثم تم تحديد معلمات الموجي المناسبة. تم طباعة الطبقات متعددة البؤر، وتم تقييم جودة وملامح السطح / سمك المجهر الضوئي.
Protocol
Representative Results
Discussion
في هذا العمل، أثبتنا بنجاح قدرة تكنولوجيا الطباعة النافثة للحبر لإيداع متعدد الطبقات البوليمر. تم دراسة السلوك الريولوجي، وأظهرت النتائج التجريبية أن الحبر المصبوب يعرض سلوك ترقق القص الكاذب. أيضا، الحبر بفوه هو حل محايد (الرقم الهيدروجيني 7) ويظهر استقرار جيد مع مر…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ويود المؤلفون أن يعترفوا ب إنوفات أوك لتمويل هذا البحث في إطار مشاريع ديريكت (33417-239227) و يكاب (27508-196153). ويود المؤلفون أيضا أن يشكروا شركة بوهه بوليمرز المحدودة، لتقديمهم المواد والتوجيه المهني خلال هذا العمل، وشركة يونيليفر، أكزونوبيل، وكاركلو التقنية للبلاستيك، لدعمهم.
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
- Goodship, V., Jacobs, D. Polyvinyl Alcohol: Materials, Processing and Applications. Rapta Review Reports. 16, (2008).
- Marin, E., Rojas, J., Ciro, Y. A review of polyvinyl alcohol derivatives: Promising materials for pharmaceutical and biomedical applications. Afr J Pharm Pharmacol. 8 (24), 674-684 (2014).
- Baker, M. I., Walsh, S. P., Schwartz, Z., Boyan, B. D. A review of polyvinyl alcohol and its uses in cartilage and orthopedic applications. J. Biomed. Mater. Res. Part B Appl. Biomater. 100 (5), 1451-1457 (2012).
- Gaaz, T. S., et al. Properties and Applications of Polyvinyl Alcohol, Halloysite Nanotubes and Their Nanocomposites. Molecules. 20, 22833-22847 (2015).
- Birck, C., Degoutin, S., Tabary, N., Miri, V., Bacquet, M. New crosslinked cast films based on poly(vinyl alcohol): Preparation and physico-chemical properties. eXPRESS Poly Lett. 8 (12), 941-952 (2014).
- Kitsara, M., et al. Spin coating of hydrophilic polymeric films for enhanced centrifugal flow control by serial siphoning. Microfluid Nanofluid. 16, 691 (2014).
- Supaphol, P., Chuangchote, S. On the electrospinning of poly(vinyl alcohol) nanofiber mats: A revisit. J. Appl. Polym. Sci. 108 (2), 969-978 (2008).
- Hoath, S. D., et al. Links between Ink rheology, drop-on-demand jet formation, and printability. J Imaging Sci Technol. 53 (4), 1-8 (2009).
- Pan, Z., et al. Recent development on preparation of ceramic inks in ink-jet printing. Ceram Int. 41, 12515-12528 (2015).
- Kamyshny, A., Magdassi, S. Conductive nanomaterials for printed electronics. Small. 10 (17), 3515-3535 (2014).
- Li, J., Lemme, M. C., Östling, M. Inkjet Printing of 2D Layered Materials. ChemPhysChem. 15, 3427-3434 (2014).
- Choi, H. W., Zhou, T., Singh, M., Jabbour, G. E. Recent developments and directions in printed nanomaterials. Nanoscale. 7, 3338-3355 (2015).
- Basirico, L., Cosseddu, P., Fraboni, B., Bonfiglio, A. Inkjet printing of transparent, flexible, organic transistors. Thin Solid Films. 520 (4), 1291-1294 (2011).
- Komuro, N., Takaki, S., Suzuki, K., Citterio, D. Inkjet printed (bio)chemical sensing devices. Anal.Bioanal.Chem. 405 (17), 5785-5805 (2013).
- Cherrington, R., Wood, B. M., Salaoru, I., Goodship, V. Digital printing of titanium dioxide for dye sensitized solar cells. J. Vis. Exp. , (2016).
- Nelo, M., et al. Inkjet-printed memristor: Printing process development. Jpn. J. Appl. Phys. 52, 1-6 (2013).
- Jacot-Descombes, L., Gullo, R. M., Mastrangeli, M., Cadarso, V. J., Brugger, J. Inkjet-printed SU-8 Hemispherical Microcapsules and Silicon chip Embedding. IET Micro & Nano Letters. 8 (10), 633-636 (2013).
- Martin, G. D., Hoath, S. D., Hutchings, I. M. Inkjet printing – the physics of manipulating liquid jets and drops. J Phys Conf Series. 105, 012001 (2008).
- Derby, B. Inkjet printing of functional and structural materials: Fluid properties requirements, feature stability and resolution. Annu. Rev. Mater. Res. 40, 395-414 (2010).
- Salaoru, I., Zhou, Z., Morris, P., Gibbons, G. J. Inkjet printing of polyvinyl alcohol multilayers for additive manufacturing applications. J. Appl. Polym. Sci. 133, 43572 (2016).
- Deegan, R. D., et al. Capillary flow as the cause of the ring stains from dried liquid drops. Nature. 389, 827-829 (1997).
- Yunker, P. J., Still, T., Lohr, M. A., Yodh, A. G. Suppression of the coffee-ring effect by shape-dependent capillary interactions. Nature. 476, 308-311 (2011).
- Famili, A., Palkar, S. A., Baldy, W. J. First drop dissimilarity in drop-on-demand inkjet devices. Phys Fluids. 23, 1-6 (2011).
- Park, J., et al. Prediction of drop-on-demand (DOD) pattern size in pulse voltage-applied electrohydrodynamic (EHD) jet printing of Ag colloid ink. Appl. Phys. A. 117, 2225 (2014).
