Inkjet-gedrukte Polyvinyl Alcohol Multilayers
11 mei 2017
Een inkjetprinter werd gebruikt om polyvinylalcohol multilayers te vervaardigen. Polyvinylalcohol op water gebaseerde inkt werd geformuleerd en de belangrijkste fysieke eigenschappen werden onderzocht.
Het algemene doel van deze procedure is om polyvinylalcohol meerlagen te vervaardigen met behulp van inkjetprintmethoden. Inkjetprinten is een flexibele en efficiënte, gratis printtechnologie die ons in staat stelt complexe 3D-structuren in meerdere materialen te vervaardigen. De belangrijkste voordelen van deze techniek zijn de efficiëntie in materiaalgebruik, digitale en additieve samenwerking, non-contact proces, compatibiliteit met veel materialen op substraat, depositie bij kamertemperatuur, hoge snelheid en lage kosten fabricage.
Om deze procedure te beginnen, verwarm een beker met gezuiverd water tot 60 graden Celsius. Voeg polyvinylalcohol toe zodat het uiteindelijke gewichtspercentage van polyvinylalcohol in de oplossing 8% is. Voeg vervolgens monopropyleenglycol toe zodat het uiteindelijke gewichtspercentage in de oplossing 10% is. Roer de oplossing gedurende zes tot acht uur om homogeniteit te garanderen. Filter daarna de oplossing door een vijf micrometerfilter.
Beoordeel de inkt visueel op homogeniteit en tekenen van sedimentatie. Karakteriseer de inkt zoals beschreven in het tekstprotocol. Reinig vervolgens grondig het glazen substraat, eerst met aceton en vervolgens met gedeïoniseerd water.
Gebruik een stikstofspuitpistool om het wassubstraat te drogen. Laad het substraat op het printbed en zet het stevig vast. Spoel inkt door de printkop om eventuele lucht of reinigingsoplossing uit het reservoir en de spuitmonden te verwijderen.
Laad vervolgens de cartridge in de printer. Verbind de printkop met de GIS-printmanager via de head personality board. Laad de inkoplossing in de 150 milliliter spuit die zich boven de cartridge bevindt.
Versluit de spuit met een luchtdichte dop. Druk vervolgens op de purge-knop om de inkt door de spuitmond te zuiveren. Na het instellen van de golfvorm en de printparameters, laad je het gewenste beeld voor het afdrukken.
Start het digitale proces en druk het beeldpatroon op het substraat. Analyseer vervolgens het gedrukte patroon zoals beschreven in het tekstprotocol. In deze studie worden de fysische eigenschappen van PVOH watergedragen inkt onderzocht.
Het reologische gedrag wordt onderzocht door de viscositeit als functie van de schuifsnelheid te meten. De viscositeit blijkt te verminderen met toenemende schuifsnelheid, wat suggereert dat de inkt pseudoplastisch schuifverdunnend gedrag vertoont. De stabiliteit van de inkt wordt vervolgens getest door de viscositeit en pH als functie van de tijd gedurende 30 dagen te meten.
De gemiddelde viscositeit is 7,76 centipoys terwijl de gemiddelde pH 6,71 is, wat aantoont dat de inkt zeer stabiel is in de tijd. Het bevochtigingsgedrag van de inkt wordt vervolgens onderzocht. Zoals te zien is, vertoont de PVOH-inkt een goede bevochtigbaarheid met een eerste contactcontacthoek van 54,5 graden.
Een lichte afname in de contacthoek wordt vervolgens waargenomen gedurende de eerste 25 seconden, waarna deze stabiliseert. Een optisch micrograaf van het inkjetprinten met 10 lagen printpassen toont een aantal defecten veroorzaakt door het ringkoffievlekeffect. De kwaliteit lijkt echter aanzienlijk te verbeteren met 75 lagen printpassen.
Dit kan het gevolg zijn van een verschuiving in de oplosmiddelverdampingssnelheid en de verandering in interface-interactie tussen de aanvullende overlappende lagen. Na het bekijken van deze video, zou u een goed begrip moeten hebben van het formuleren van een inkt en alle stappen die nodig zijn om de pot te beschilderen met behulp van een additieve laagfabricagemethode genaamd inkjetprinten. Over het algemeen was ons doel om het potentieel van inkjetprinttechnologie te verkennen om een ander platform te bieden voor het produceren van polyvinylalcohol meerlagen.
De interesse voor vele industriesectoren heeft aan kracht gewonnen voor deze technologie. We hebben nu de mogelijkheid om actieve stoffen in een nauwkeurige meerlaagse structuur te doseren terwijl we de consument of de actieve stof beschermen met een oplosbare beschermlaag van barrièrelaag.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie richt zich op de vervaardiging van polyvinylalcohol multilagen met behulp van inkjetprinttechnieken. Het proces benadrukt de efficiëntie en veelzijdigheid van inkjetprinten bij het creëren van complexe structuren.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Materiaalwetenschap
- Printtechnologie
- Polymeerchemie
Achtergrond
- Inkjetprinten is een flexibele en efficiënte technologie.
- Het maakt de creatie van complexe 3D-structuren mogelijk.
- Het proces is compatibel met verschillende materialen.
- Het biedt voordelen zoals goedkope fabricage en hogesnelheidsproductie.
Doel van de studie
- Om polyvinylalcohol multilagen te vervaardigen.
- Om de fysische eigenschappen van de geprinte lagen te verkennen.
- Om de mogelijkheden van inkjetprinten in materiaalfabricage aan te tonen.
Gebruikte methoden
- Verwarmd gezuiverd water tot 60 graden Celsius.
- Toevoeging van polyvinylalcohol om een gewichtspercentage van 8% in oplossing te bereiken.
- Incorporeren van monopropyleenglycol om een gewichtspercentage van 10% te bereiken.
- Het roeren van de oplossing gedurende 6 tot 8 uur voor homogeniteit.
Belangrijkste resultaten
- De oplossing werd met succes gefilterd door een vijf micrometer filter.
- De fysische eigenschappen van de multilagen werden onderzocht.
- Demonstreerde de haalbaarheid van het gebruik van inkjetprinten voor multilaagfabricage.
- Benadrukte de efficiëntie van materiaalgebruik in het proces.
Conclusies
- Inkjetprinten is een haalbare methode voor het creëren van polyvinylalcohol multilagen.
- Het proces is efficiënt en aanpasbaar voor verschillende toepassingen.
- Verdere studies kunnen aanvullende materialen en toepassingen verkennen.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Inkjet printing of polyvinyl alcohol multilayers enables precise, additive manufacturing of water-soluble polymer structures for pharmaceutical applications. This approach supports the development of soluble barrier layers and controlled-release systems by allowing dose-accurate deposition of actives within protective multilayers. The method enhances predictive confidence in early formulation design through reproducible, low-waste fabrication of hydrophilic polymer architectures.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of polymer-based delivery hypotheses through tunable multilayer thickness and composition.
- Operational Value: Supports rapid prototyping of soluble barrier systems to assess active protection and release profiles.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Provides standardized, wettable PVOH films on glass substrates for consistent drug interaction assays.
- Operational Value: Offers reproducible ink formulation with characterized viscosity (7.5 cP), pH (6.7), and time stability for reliable printing performance.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Facilitates mechanistic de-risking of hydrophilic polymer carriers by enabling layer-specific analysis of solvent evaporation and interface interactions.
- Operational Value: Demonstrates scalability from 10-layer to 75-layer prints, supporting progression from proof-of-concept to preclinical evaluation.
Pipeline & Workflow Integration
This method integrates into early discovery workflows by enabling rapid fabrication of polymer multilayers for formulation screening, advancing to preclinical studies through improved thickness uniformity and defect reduction with increased layer counts.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on polymer barrier efficacy by allowing precise control over multilayer architecture.
- Screening: Delivers assay-ready substrates with quantifiable wettability (initial contact angle 54.5°) and time-stable ink properties.
- Analytics: Enables rheological and wetting behavior analysis to correlate printing parameters with structural quality.
- Translational Research: Bridges discovery to preclinical via scalable, additive manufacturing of PVOH multilayers suitable for biocompatible coating evaluation.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for multilayer polymer deposition across multiple formulation programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in polymer film formation through characterized ink stability and shear-thinning behavior.
- Operational Value: Standardized, non-contact, room-temperature deposition with high material efficiency.
- Strategic Value: Enables better go/no-go decisions in early formulation by reducing ambiguity in polymer processing.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of hydrophilic carrier systems through reproducible multilayer output.
Implementation Considerations
- Requires expertise in ink formulation and rheological characterization.
- Dependent on piezoelectric inkjet hardware and climate-controlled print environments.
- Necessitates standardization of substrate cleaning (acetone/DI water) and nitrogen drying for adhesion consistency.
- Involves adaptation considerations for substrate wettability beyond glass, as demonstrated in the study.
- Limited by coffee-stain defects at low layer counts, requiring sufficient passes (e.g., 75 layers) for quality improvement.
