Name: Multilingüe de alcohol polivinílico impreso con chorro de tinta (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-05-11T13:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 11 s
Description: Aprende a fabricar multicapas de polivinil alcohol mediante impresión por chorro de tinta. Este método eficiente permite crear estructuras 3D complejas con bajo costo y alta versatilidad en ciencia de materiales.

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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.

1. Formulación de tinta <ol><li> Preparar la solución para IJP disolviendo alcohol polivinílico (8% en peso de PVOH en agua) en agua purificada calentada a 60 ° C. </li><li> Añadir a la solución 10 g de mono-propilenglicol (MPG) (10% en peso de mono-propilenglicol en agua), como humectante. NOTA: El papel del humectante es evitar bloqueos en el cabezal de impresión. </li><li> Agitar la solución durante varias horas para garantizar la homogeneidad y luego filtrar a través de un filtro de 5 μm para eliminar las partículas que podrían bloquear las boquillas. </li><li> Evaluar visualmente la homogeneidad de la tinta, especialmente para cualquier incidencia de sedimentación. Si se observa sedimentación, entonces se agita / ultra-sonifica la solución durante un largo tiempo (días) o se formula una nueva solución acuosa con un PVOH de bajo peso molecular. NOTA: Guarde todos los líquidos en vasos sellados a temperatura ambiente. </li></ol> 2. Caracterización de la tinta <ol><li> Realizar todo el carácter de tintaA temperatura ambiente en un ambiente de sala limpia. </li><li> Mida la viscosidad de la solución usando un viscosímetro. NOTA: Esta prueba es necesaria para asegurar que la tinta formulada sea compatible con el hardware IJP. El proceso de impresión por chorro de tinta requiere una solución de baja viscosidad de 4-20 cP. Medir la viscosidad de la tinta como una función de la velocidad de cizallamiento utilizando un viscosímetro rotacional. </li><li> Pruebe la tensión superficial de la tinta a temperatura ambiente usando el método de caída colgante. Utilice una herramienta de medición apropiada tal como un tensiómetro. Utilice el protocolo del fabricante. NOTA: Una solución típica para la impresión por chorro de tinta tiene una tensión superficial de 30-40 mN / m. </li><li> Pruebe el pH usando un medidor de pH. Utilice el protocolo del fabricante. NOTA: El pH es un parámetro esencial en las tintas a base de agua, ya que proporciona información esencial sobre las propiedades y la estabilidad de las soluciones formuladas. Una solución neutra pH de 7 garantiza un p estableY una buena vida útil para el cabezal de impresión. </li><li> Evaluar la humectabilidad de la tinta en diferentes sustratos midiendo el ángulo de contacto a través de un experimento de gota sésil. Utilice un tensiómetro para medir la energía superficial de los posibles sustratos ( por ejemplo, vidrio, plástico y papel). Medir la energía superficial utilizando el protocolo suministrado por el fabricante del tensiómetro. NOTA: La interacción entre la gota y el sustrato tiene un fuerte impacto en la calidad de impresión. Para asegurar la buena adhesión de la tinta al sustrato, la energía superficial del sustrato debe superar la tensión superficial de la tinta de 10-15 mN / m. </li></ol> 3. Impresión por chorro de tinta NOTA: Todas las deposiciones de impresión por chorro de tinta se llevaron a cabo a temperatura ambiente. Las multicapa PVOH se depositaron utilizando una máquina de impresión híbrida piezoeléctrica de chorro de tinta. Se utilizó un cabezal de impresión con 512 toberas (256 x 2 filas), un diámetro de boquilla de 30 μm y un tamaño de gota de 42 pLD en este trabajo. <ol><li> Antes de imprimir, limpie a fondo los sustratos de vidrio con acetona / metanol / isopropanol y agua Di. Seque los sustratos con una pistola N 2 . </li><li> Cargue el sustrato sobre el lecho de impresión y asegúrelo firmemente. </li><li> Prepare el cartucho descargando la tinta a través del cabezal de impresión. Retire el aire o la solución limpiadora del depósito y las toberas. </li><li> Introduje el cartucho en la impresora. Conecte el cabezal de impresión al administrador de impresión global de sistemas de inyección de tinta (GIS) a través de la tarjeta de personalidad principal. </li><li> Cargue la solución en la jeringa de 150 ml situada por encima del cartucho y selle la jeringa con una tapa hermética. </li><li> Purgar la tinta a través de la boquilla presionando el botón de purga. NOTA: La distancia de la boquilla-sustrato tiene una fuerte influencia en la trayectoria del chorro y por lo tanto en la calidad del patrón impreso. Por lo tanto, ajuste la distancia entre la boquilla y el sustrato utilizando el software de la impresora para reducir la dispersión del chorro. </li><li> ConjuntoLa forma de onda y los parámetros de impresión utilizando el software de impresión SIG y la Tabla 2 . NOTA: La interfaz de software GIS permite el control tanto de la amplitud de tracción y liberación como de la anchura. </li><li> Cargue el archivo de imagen deseado para imprimir utilizando el software Gestor de impresión GIS. </li><li> Inicie el proceso digital e imprima el patrón de imagen en el sustrato. </li></ol> 4. Análisis del patrón impreso <ol><li> Investigar la calidad de los patrones impresos utilizando un microscopio óptico. Compruebe la presencia de defectos dentro de las características impresas y evalúe la mejora en la calidad cuando se imprimieron más capas. </li><li> Evaluar la topología superficial y el perfil de espesor de las multicavidades impresas por chorro de tinta usando un perfilómetro de superficie 3D sin contacto (basado en interferometría de luz blanca) a través de un microscopio óptico 3D. NOTA: Más detalles sobre las mediciones y los instrumentos que se utilizaron para formular / imprimir y caracterizar elLos patrones impresos se presentan en la referencia 21 . </li></ol>

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</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

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 alcohol polivi...

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.

<table><tbody><tr><td>Alcohol polivinílico&nbsp;</td><td>PVOH Polymers Ltd, Reino Unido</td><td>Poval 4-88</td><td></td></tr><tr><td>Mono-propilenglicol&nbsp;</td><td>Sigma Aldrich, Reino Unido</td><td>W29004</td><td></td></tr><tr><td>DV2T viscosímetro&nbsp;</td><td>Brookfield, Reino Unido</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tensiómetro óptico Theta &nbsp;</td><td>Biolin Scientific, Suecia</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Medidor de pH HANNA&nbsp;</td><td>HANNA Instruments, Reino Unido</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Inyección de tinta industrial XYPrint100Z</td><td>Industrial Inkjet Ltd, Reino Unido</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ContourGT-K Microscopio óptico 3D&nbsp;</td><td>Bruker Corp, Estados Unidos</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

multilingüe de alcohol polivinílico impreso con chorro de tinta

Inkjet-printed Polyvinyl Alcohol Multilayers

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.

Se investigaron las propiedades físicas de la tinta a base de agua PVOH, tales como la tensión superficial, el comportamiento viscoso / reológico, el pH, la humectación y la estabilidad en el tiempo. La viscosidad de la tinta utilizada en este trabajo fue de 7,5 cP, y la tensión superficial fue de 39,3 mN / m. Además, la tinta formulada era neutra (pH 7), con los resultados resumidos en la Tabla 1 . <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next...

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.

Multilingüe de alcohol polivinílico impreso con chorro de tinta

Inkjet printing is a modern method for polymer processing, and in this work, we demonstrate that this technology is capable of producing polyvinyl alcohol ...

El objetivo general de este procedimiento es fabricar multicapas de alcohol polivinílico utilizando métodos de impresión por inyección de tinta. La impresión por inyección de tinta es una tecnología de impresión libre, flexible y eficiente que nos permite fabricar estructuras complejas en 3D con múltiples materiales. Las principales ventajas de esta técnica son la eficiencia en el uso de materiales, la asociación digital y aditiva, el proceso sin contacto, la compatibilidad con muchos materiales en el sustrato, la deposición a temperatura ambiente, y la fabricación de alta velocidad y bajo costo.Para comenzar este procedimiento, caliente un vaso de precipitados con agua purificada hasta 60 grados Celsius. Añada alcohol polivinílico de manera que el porcentaje final en peso de alcohol polivinílico en la solución sea del 8 %. Luego añada monopropilenglicol de manera que su porcentaje final en peso en la solución sea del 10 %. Agite la solución durante seis a ocho horas para asegurar la homogeneidad. Después de esto, filtre la solución a través de un filtro de cinco micrómetros.Evalúe visualmente la tinta para verificar su homogeneidad y signos de sedimentación. Caracterice la tinta s

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