Wielowarstwowe polialkohol winylowy z nadrukiem atramentowym
11 maja 2017
Drukarka atramentowa została użyta do produkcji wielowarstwowych poliwarstw alkoholu winylowego. Opracowano tusz na bazie wody na bazie alkoholu poliwinylowego i zbadano główne właściwości fizyczne.
Ogólnym celem tej procedury jest wytwarzanie wielowarstw polyvinyl alcohol przy użyciu metod druku atramentowego. Druk atramentowy to elastyczna i wydajna, bezformowa technologia drukowania, która umożliwia wytwarzanie złożonych struktur 3D z wielu materiałów. Głównymi zaletami tej techniki są wydajność w wykorzystaniu materiałów, cyfrowe i addytywne partnerstwo, bezkontaktowy proces, kompatybilność z wieloma materiałami podłoża, nanoszenie w temperaturze pokojowej, wysoka prędkość oraz niski koszt produkcji.
Aby rozpocząć tę procedurę, podgrzej zlewkę z wodą oczyszczoną do 60 °C. Dodaj alkohol poliwinylowy w taki sposób, aby końcowa zawartość procentowa wagowa alkoholu poliwinylowego w roztworze wynosiła 8%. Następnie dodaj monopropylen glikol tak, aby jego końcowa zawartość procentowa wagowa w roztworze wynosiła 10%. Mieszaj roztwór od sześciu do ośmiu godzin, aby zapewnić jednorodność. Po tym czasie przefiltruj roztwór przez filtr o wielkości porów 5 µm.
Wizualnie oceń homogeniczność tuszu oraz sprawdź, czy nie występują oznaki sedymentacji. Scharakteryzuj tusz zgodnie z opisem w protokole tekstowym. Następnie dokładnie oczyść podłoże szklane, najpierw acetonem, a potem wodą dejonizowaną.
Za pomocą pistoletu z azotem osusz podłoże po myciu. Umieść podłoże na stole drukującym i mocno je przymocuj. Przepłucz tusz przez głowicę drukującą, aby usunąć z dozownika i dysz wszelkie pęcherzyki powietrza lub roztwór czyszczący.
Następnie włóż wkład do drukarki. Połącz głowicę drukującą z menedżerem druku GIS za pomocą płytki konfiguracyjnej głowicy. Napełnij strzykawkę o pojemności 150 mililitrów, znajdującą się nad wkładem, roztworem atramentu.
Uszczelnij strzykawkę szczelną nasadką. Następnie naciśnij przycisk purge, aby wypłukać tusz przez dyszę. Po skonfigurowaniu kształtu fali i parametrów drukowania załaduj wybrany obraz do wydruku.
Rozpocznij proces cyfrowy i wydrukuj wzór obrazu na podłożu. Następnie przeanalizuj wydrukowany wzór zgodnie z opisem w protokole tekstowym. W niniejszym badaniu zbadano właściwości fizyczne tuszu na bazie wody z PVOH.
Właściwości reologiczne badano poprzez pomiar lepkości w funkcji szybkości ścinania. Zaobserwowano spadek lepkości wraz ze wzrostem szybkości ścinania, co wskazuje na pseudoplastyczne zachowanie tuszu typu shear thinning. Stabilność tuszu przetestowano następnie, mierząc lepkość oraz pH w funkcji czasu w ciągu 30 dni.
Średnia lepkość wynosi 7,76 centipozy, a średnie pH to 6,71, co wskazuje na bardzo wysoką stabilność tuszu w czasie. Następnie zbadano właściwości zwilżania tuszu. Jak widać, tusz PVOH wykazuje dobry poziom zwilżalności, przy początkowym kącie zwilżania wynoszącym 54,5 stopnia.
Następnie obserwuje się niewielki spadek kąta zwilżania w ciągu pierwszych 25 sekund, po czym ulega on stabilizacji. Mikrografia optyczna druku strumieniowego z 10 przejściami drukowania wykazuje szereg defektów powstałych w wyniku efektu pierścienia kawowego. Jednakże przy 75 przejściach drukowania zauważalna jest znacząca poprawa jakości.
Może to być wynik zmiany szybkości odparowywania rozpuszczalnika i zmiany oddziaływań międzyfazowych pomiędzy dodatkowymi, nakładającymi się warstwami. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo mieć dobrą wiedzę na temat tego, jak przygotować atrament oraz o wszystkich krokach niezbędnych do naniesienia go na podłoże przy użyciu metody przyrostowego wytwarzania warstw zwanej drukiem atramentowym. Ogólnym celem naszych badań było zbadanie potencjału technologii druku atramentowego jako kolejnej platformy do wytwarzania wielowarstw poliwinylu alkoholowego.
W wielu sektorach przemysłowych wzrosło zainteresowanie tą technologią. Obecnie dysponujemy możliwością precyzyjnego dozowania substancji aktywnych w strukturze wielowarstwowej, zapewniając jednocześnie ochronę konsumenta lub substancji aktywnej za pomocą rozpuszczalnej ochronnej warstwy barierowej.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie koncentruje się na wytwarzaniu wielowarstwowych struktur z alkoholu poliwinylowego z wykorzystaniem technik druku atramentowego. Proces ten podkreśla wydajność i wszechstronność druku atramentowego w tworzeniu złożonych struktur.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Inżynieria materiałowa
- Technologia druku
- Chemia polimerów
Wstęp
- Druk atramentowy (inkjet) jest elastyczną i wydajną technologią.
- Umożliwia on tworzenie złożonych struktur 3D.
- Proces ten jest kompatybilny z różnymi materiałami.
- Zapewnia on takie zalety jak niski koszt wytwarzania oraz wysoka prędkość produkcji.
Cel badania
- W celu wytworzenia wielowarstwowych struktur z alkoholu poliwinylowego.
- W celu zbadania właściwości fizycznych wydrukowanych warstw.
- W celu zademonstrowania możliwości druku atramentowego w fabrykacji materiałów.
Zastosowane metody
- Podgrzanie oczyszczonej wody do 60 °C.
- Dodanie alkoholu poliwinylowego w celu uzyskania 8% stężenia wagowego w roztworze.
- Dodanie monopropylenoglikolu do osiągnięcia 10% stężenia wagowego.
- Mieszanie roztworu przez 6 do 8 godzin w celu uzyskania homogeniczności.
Główne wyniki
- Roztwór został pomyślnie przefiltrowany przez filtr o wielkości oczek 5 µm.
- Zbadano właściwości fizyczne wielowarstw.
- Wykazano możliwość zastosowania druku atramentowego do wytwarzania struktur wielowarstwowych.
- Podkreślono wydajność zużycia materiałów w tym procesie.
Wnioski
- Druk atramentowy jest skuteczną metodą tworzenia wielowarstw polyvinyl alcohol.
- Proces ten jest wydajny i może być dostosowany do różnych zastosowań.
- Dalsze badania mogą dotyczyć dodatkowych materiałów i zastosowań.
Często zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Druk atramentowy wielowarstw polyvinyl alcohol umożliwia precyzyjne, addytywne wytwarzanie rozpuszczalnych w wodzie struktur polimerowych do zastosowań farmaceutycznych. Podejście to wspiera rozwój rozpuszczalnych warstw barierowych oraz systemów o kontrolowanym uwalnianiu, pozwalając na nanoszenie precyzyjnie wymierzonych dawek substancji aktywnych wewnątrz ochronnych wielowarstw. Metoda ta zwiększa pewność prognostyczną w początkowej fazie projektowania formulacji dzięki powtarzalnemu, niskoodpadowemu wytwarzaniu hydrofilowych architektur polimerowych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia weryfikację hipotez dotyczących systemów dostarczania opartych na polimerach poprzez regulację grubości i składu wielowarstw.
- Wartość operacyjna: Wspiera szybkie prototypowanie rozpuszczalnych systemów barierowych w celu oceny profilów aktywnej ochrony i uwalniania.
Przesiewy i opracowywanie testów
- Wartość naukowa: Zapewnia ustandaryzowane, zwilżalne folie PVOH na podłożach szklanych do spójnych analiz oddziaływań leków.
- Wartość operacyjna: Oferuje powtarzalną formulację tuszu o określonej lepkości (7.5 cP), pH (6.7) i stabilności czasowej, co gwarantuje niezawodne wyniki drukowania.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Ułatwia analizę mechanistyczną w celu zmniejszenia ryzyka związanego z hydrofilowymi nośnikami polimerowymi, umożliwiając analizę parowania rozpuszczalnika i oddziaływań międzyfazowych w poszczególnych warstwach.
- Wartość operacyjna: Wykazuje skalowalność wydruków od 10 do 75 warstw, wspierając przejście z etapu dowodu koncepcji do oceny przedklinicznej.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta integruje się z wczesnymi etapami procesów odkrywania, umożliwiając szybkie wytwarzanie polimerowych wielowarstw do badań przesiewowych formulacji, co pozwala na przejście do badań przedklinicznych dzięki poprawie jednorodności grubości i redukcji defektów przy zwiększającej się liczbie warstw.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez dotyczących skuteczności barier polimerowych poprzez umożliwienie precyzyjnej kontroli nad architekturą wielowarstwową.
- Przesiewanie: Dostarcza podłoża gotowe do analiz, o mierzalnej zwilżalności (początkowy kąt zwilżania 54,5°) i stabilnych w czasie właściwościach atramentu.
- Analityka: Umożliwia analizę reologiczną oraz zachowania zwilżania w celu powiązania parametrów drukowania z jakością strukturalną.
- Badania translacyjne: Łączy fazę odkryć z badaniami przedklinicznymi poprzez skalowalną, addytywną produkcję wielowarstw PVOH, odpowiednią do oceny powłok biokompatybilnych.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy platformę wielokrotnego użytku do nanoszenia wielowarstw polimerowych w ramach wielu programów formulacyjnych.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwowy
- Wartość naukowa: Przewidywalna pewność tworzenia się filmu polimerowego dzięki charakterystyce stabilności tuszu i zachowania rozrzedzanego ścinaniem.
- Wartość operacyjna: Standaryzowane, bezkontaktowe nanoszenie w temperaturze pokojowej z wysoką wydajnością materiałową.
- Wartość strategiczna: Umożliwia lepsze podejmowanie decyzji typu go/no-go na wczesnym etapie formułowania poprzez redukcję niejednoznaczności w przetwarzaniu polimerów.
- Wpływ na portfolio: Wspiera dostosowaną do ryzyka priorytetyzację hydrofilowych systemów nośnikowych dzięki powtarzalnemu uzyskiwaniu warstw wielowarstwowych.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w formulowaniu atramentów i charakteryzacji reologicznej.
- Zależne od sprzętu do druku atramentowego piezoelektrycznego oraz środowisk drukowania z kontrolowaną temperaturą i wilgotnością.
- Wymaga standaryzacji czyszczenia podłoża (aceton/woda DI) oraz suszenia azotem w celu zapewnienia powtarzalności adhezji.
- Obejmuje kwestie adaptacji zwilżalności podłoży innych niż szkło, co wykazano w badaniu.
- Ograniczone przez defekty typu „coffee-stain” przy niskiej liczbie warstw, co wymaga wykonania odpowiedniej liczby przejść (np. 75 warstw) w celu poprawy jakości.
