مقالة منهجية

طابعات حبر متعدد الطبقات من البولي فينيل المطبوعة

DOI:

10.3791/55093

⸱

مايو 11, 2017

 ,  ,  , 
1Emerging Technologies Research Centre (EMTERC), De Montfort University, 2WMG, University of Warwick, 3PVOH Polymer Ltd.

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. صياغة الحبر

  1. إعداد الحل ل إجب عن طريق إذابة الكحول البولي فينيل (8 بالوزن٪ بفوه في الماء) في الماء النقي يسخن إلى 60 درجة مئوية.
  2. إضافة 10 غرام من جليكول أحادي البروبيلين (مبغ) (10٪ بالوزن٪ مونو البروبيلين جلايكول في الماء)، كمحفز، إلى الحل.
    ملاحظة: دور المرطب هو لمنع انسداد في رأس الطباعة.
  3. تحريك الحل لعدة ساعات لضمان التجانس ومن ثم تصفية من خلال مرشح 5 ميكرون لإزالة أي الجسيمات التي قد تمنع الفوهات.
  4. تقييم بصريا الحبر للتجانس، وخاصة بالنسبة لأي حالات الترسيب. إذا لوحظ الترسيب، ثم إما تحريك / فائقة يصوتون الحل لفترة طويلة (أيام) أو صياغة حل جديد المياه القائمة مع بفوه مع الوزن الجزيئي المنخفض.
    ملاحظة: تخزين جميع السوائل في الأكواب مختومة في درجة حرارة الغرفة.

2. الحبر الوصف

  1. تنفيذ كل حرف الحبراختبارات إيزاتيون في درجة حرارة الغرفة في بيئة غرفة نظيفة.
  2. قياس اللزوجة من الحل باستخدام مقياس اللزوجة.
    ملاحظة: هذا الاختبار مطلوب من أجل ضمان أن الحبر المطابق متوافق مع أجهزة إجب. تتطلب عملية الطباعة النافثة للحبر حل منخفض اللزوجة من 4-20 كب. قياس اللزوجة من الحبر كدالة من معدل القص باستخدام مقياس اللزوجة التناوب.
  3. اختبار التوتر السطحي للحبر في درجة حرارة الغرفة باستخدام طريقة انخفاض قلادة. استخدام أداة قياس مناسبة مثل مقياس التوتر. استخدام بروتوكول الشركة المصنعة.
    ملاحظة: حل نموذجي للطباعة النافثة للحبر لديه التوتر السطحي من 30-40 من / م.
  4. اختبار الرقم الهيدروجيني باستخدام متر الرقم الهيدروجيني. استخدام بروتوكول الشركة المصنعة.
    ملاحظة: الرقم الهيدروجيني هو معلمة أساسية في الأحبار المياه القائمة، كما أنه يوفر معلومات أساسية عن كل من خصائص وثبات الحلول وضعت. يضمن الرقم الهيدروجيني حل محايد من 7 مستقرة pروسيس وعمر جيد لرأس الطباعة.
  5. تقييم قابل للبلل من الحبر على ركائز مختلفة عن طريق قياس زاوية الاتصال عن طريق تجربة قطرة سسيل. استخدام مقياس التوتر لقياس الطاقة السطحية للركائز الممكنة (على سبيل المثال، الزجاج والبلاستيك والورق). قياس الطاقة السطحية باستخدام بروتوكول المقدمة من قبل الصانع مقياس التوتر.
    ملاحظة: التفاعل بين قطرة والركيزة له تأثير قوي على جودة الطباعة. لضمان التصاق جيدة من الحبر إلى الركيزة، والطاقة السطحية للركيزة يجب أن تتجاوز التوتر السطحي للحبر بنسبة 10-15 من / م.

3. الطباعة النافثة للحبر

ملاحظة: جميع ترسبات الطباعة النافثة للحبر نفذت في درجة حرارة الغرفة. تم إيداع الطبقات متعددة البؤر باستخدام آلة طباعة نافثة للحبر الهجين كهرضغطية. رأس الطباعة مع فوهات 512 (256 × 2 الصفوف)، وقطر فوهة 30 ميكرون، وكان حجم قطرة 42 بل استخدامد في هذا العمل.

  1. قبل الطباعة، وتنظيف جيدا ركائز الزجاج مع الأسيتون / الميثانول / الأيزوبروبانول والمياه دي. تجفيف ركائز مع بندقية N 2 .
  2. تحميل الركيزة على السرير الطباعة وتأمينه بحزم.
  3. قم بإعداد الخرطوشة عن طريق مسح الحبر عبر رأس الطباعة. أزل أي هواء أو محلول تنظيف من الخزان والفوهات.
  4. قم بتضمين الخرطوشة في الطابعة. قم بتوصيل رأس الطباعة إلى مدير الطباعة بالنظم النافثة للحبر العالمية (جيس) عبر لوحة شخصية الرأس.
  5. تحميل الحل في حقنة 150 مل تقع فوق خرطوشة وختم المحاقن مع غطاء محكم.
  6. تطهير الحبر من خلال فوهة عن طريق الضغط على زر تطهير.
    ملاحظة: المسافة فوهة الركيزة له تأثير قوي على مسار طائرة، وبالتالي على نوعية نمط المطبوعة. لذلك، ضبط المسافة فوهة الركيزة باستخدام برنامج الطابعة للحد من انتشار طائرة.
  7. جلسمتابعة المعلمات الموجية والطباعة باستخدام برنامج الطباعة جيس والجدول 2 .
    ملاحظة: واجهة برمجيات نظم المعلومات الجغرافية تتيح السيطرة على كل من السحب والإفراج السعة والعرض.
  8. قم بتحميل ملف الصورة المطلوب للطباعة باستخدام برنامج مدير الطباعة جيس.
  9. بدء العملية الرقمية وطباعة نمط الصورة على الركيزة.

4. تحليل نمط المطبوعة

  1. التحقيق في نوعية الأنماط المطبوعة باستخدام المجهر الضوئي. تحقق من وجود عيوب داخل الميزات المطبوعة وتقييم التحسن في نوعية عندما طبعت طبقات أكثر.
  2. تقييم طوبولوجيا السطح وسمك الشخصية من متعدد الطبقات النافثة للحبر المطبوعة باستخدام بروفيلوميتر سطح 3D عدم الاتصال (على أساس الضوء الأبيض التداخل) عن طريق المجهر الضوئي 3D.
    ملاحظة: مزيد من التفاصيل حول القياسات والأدوات التي تم استخدامها لصياغة / طباعة وتوصيفوترد أنماط المطبوعة في المرجع 21 .

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم التحقق من الخصائص الفيزيائية للحبر القائم على الماء بفوه، مثل التوتر السطحي، اللزوجة / السلوك الريولوجي، ودرجة الحموضة، والترطيب، واستقرار الوقت. كانت لزوجة الحبر المستخدمة في هذا العمل 7.5 كب، وكان التوتر السطحي 39.3 مليون / م. بالإضافة إلى ذلك، كان الحبر المصاغ محايدا (الرقم الهيدروجيني 7)، مع تلخيص النتائج في الجدول 1 .

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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 مرور الوقت. ومن الجدير بالذكر أنه ثبت بنجاح أن تكنولوجيا إيجب قادرة على إنتاج هياكل متعددة الطبقات من البولي فينيل الكحول، ولكن هناك حاجة إلى مزيد من التحسينات في تغطية الطباعة والجودة الشاملة.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
كحول البولي فينيل PVOH Polymers Ltd ، المملكة المتحدةPoval 4-88
أحادي البروبيلين جلايكول   ؛سيجما ألدريتش ، المملكة المتحدةW29004
مقياس اللزوجة DV2T   ؛بروكفيلد ، المملكة المتحدة
مقياس الشد ثيتا البصري  Biolin Scientific ، السويد
HANNA مقياس الأس الهيدروجيني   ؛HANNA Instruments, المملكة المتحدة
الصناعية النافثة للحبر XYPrint100Zالصناعية النافثة للحبر المحدودة, المملكة المتحدة
ContourGT-K 3D المجهر البصري شركة بروكر ، الولايات المتحدة الأمريكية

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Goodship, V., Jacobs, D. Polyvinyl Alcohol: Materials, Processing and Applications. Rapta Review Reports. 16, (2008).
  2. 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).
  3. 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).
  4. Gaaz, T. S., et al. Properties and Applications of Polyvinyl Alcohol, Halloysite Nanotubes and Their Nanocomposites. Molecules. 20, 22833-22847 (2015).
  5. 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).
  6. Kitsara, M., et al. Spin coating of hydrophilic polymeric films for enhanced centrifugal flow control by serial siphoning. Microfluid Nanofluid. 16, 691(2014).
  7. Supaphol, P., Chuangchote, S. On the electrospinning of poly(vinyl alcohol) nanofiber mats: A revisit. J. Appl. Polym. Sci. 108 (2), 969-978 (2008).
  8. Micro Magazine. , Available from: http://micromagazine.fabtech.org/archive/05/04/pham.html (2016).
  9. 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).
  10. Pan, Z., et al. Recent development on preparation of ceramic inks in ink-jet printing. Ceram Int. 41, 12515-12528 (2015).
  11. Kamyshny, A., Magdassi, S. Conductive nanomaterials for printed electronics. Small. 10 (17), 3515-3535 (2014).
  12. Li, J., Lemme, M. C., Östling, M. Inkjet Printing of 2D Layered Materials. ChemPhysChem. 15, 3427-3434 (2014).
  13. Choi, H. W., Zhou, T., Singh, M., Jabbour, G. E. Recent developments and directions in printed nanomaterials. Nanoscale. 7, 3338-3355 (2015).
  14. Basirico, L., Cosseddu, P., Fraboni, B., Bonfiglio, A. Inkjet printing of transparent, flexible, organic transistors. Thin Solid Films. 520 (4), 1291-1294 (2011).
  15. Komuro, N., Takaki, S., Suzuki, K., Citterio, D. Inkjet printed (bio)chemical sensing devices. Anal.Bioanal.Chem. 405 (17), 5785-5805 (2013).
  16. Cherrington, R., Wood, B. M., Salaoru, I., Goodship, V. Digital printing of titanium dioxide for dye sensitized solar cells. J. Vis. Exp. , (2016).
  17. Nelo, M., et al. Inkjet-printed memristor: Printing process development. Jpn. J. Appl. Phys. 52, 1-6 (2013).
  18. 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).
  19. 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).
  20. Derby, B. Inkjet printing of functional and structural materials: Fluid properties requirements, feature stability and resolution. Annu. Rev. Mater. Res. 40, 395-414 (2010).
  21. 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).
  22. Pillar Tech. , Available from: http://www.pillartech.com/Surface-Treatment/Technical-Info/Useful-Information/Surface-Tension-Phenomenon (2016).
  23. Deegan, R. D., et al. Capillary flow as the cause of the ring stains from dried liquid drops. Nature. 389, 827-829 (1997).
  24. 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).
  25. Famili, A., Palkar, S. A., Baldy, W. J. First drop dissimilarity in drop-on-demand inkjet devices. Phys Fluids. 23, 1-6 (2011).
  26. 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).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

Inkjet PrintingMultilayer StructuresInk FormulationSubstrate WettabilityOptical MicroscopyViscosity MeasurementContact Angle AnalysisPseudoplastic BehaviorTime Stability

مقالات ذات صلة