Name: Polyvinyl Alcohol Multilayers impresso a jacto de tinta (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-05-11T13:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 11 s
Description: Aprenda a fabricar multicamadas de álcool polivinílico por impressão a jato de tinta. Este método demonstra a viabilidade de criar estruturas 3D complexas com eficiência e baixo custo em aplicações industriais.

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Os autores gostariam de agradecer a Innovate UK pelo financiamento desta investigação nos projectos DIRECT (33417-239227) e PCAP (27508-196153). Os autores também agradecem a PVOH Polymers Ltd., por fornecer materiais e orientação profissional durante este trabalho, e Unilever, AkzoNobel e Carclo Technical Plastics, por seu apoio.

1. Formulação de tinta <ol><li> Preparar a solução para IJP dissolvendo álcool polivinílico (8% em peso de PVOH em água) em água purificada aquecida a 60 ° C. </li><li> Adicionar 10 g de mono-propilenoglicol (MPG) (10% em peso de mono-propilenoglicol em água), como um humectante, à solução. NOTA: O papel do humectante é evitar bloqueios na cabeça de impressão. </li><li> Agitar a solução por várias horas para garantir a homogeneidade e, em seguida, filtrá-lo através de um filtro de 5 μm para remover quaisquer partículas que possam bloquear os bicos. </li><li> Avaliar visualmente a homogeneidade da tinta, especialmente para qualquer incidência de sedimentação. Se a sedimentação for observada, então agitar / ultra-sonicar a solução por um longo tempo (dias) ou formular uma nova solução à base de água com um PVOH com baixo peso molecular. NOTA: Guarde todos os fluidos em recipientes fechados à temperatura ambiente. </li></ol> 2. Caracterização da Tinta <ol><li> Executar todos os caracteres de tintaIzação à temperatura ambiente num ambiente de sala limpa. </li><li> Medir a viscosidade da solução utilizando um viscosímetro. NOTA: Este teste é necessário para garantir que a tinta formulada é compatível com o hardware IJP. O processo de impressão a jato de tinta requer uma solução de baixa viscosidade de 4-20 cP. Medir a viscosidade da tinta em função da taxa de cisalhamento utilizando um viscosímetro rotacional. </li><li> Teste a tensão superficial da tinta à temperatura ambiente usando o método de queda pendente. Use uma ferramenta de medição apropriada, como um tensiómetro. Use o protocolo do fabricante. NOTA: Uma solução típica para impressão a jato de tinta tem uma tensão superficial de 30-40 mN / m. </li><li> Teste o pH usando um medidor de pH. Use o protocolo do fabricante. NOTA: O pH é um parâmetro essencial em tintas à base de água, pois fornece informações essenciais sobre as propriedades ea estabilidade das soluções formuladas. Uma solução neutra pH de 7 garante um p estávelUm bom tempo de vida para a cabeça de impressão. </li><li> Avaliar a molhabilidade da tinta em diferentes substratos, medindo o ângulo de contato através de uma experiência de queda sessile. Use um tensiómetro para medir a energia superficial dos substratos possíveis ( por exemplo, vidro, plástico e papel). Medir a energia de superfície usando o protocolo fornecido pelo fabricante do tensiómetro. NOTA: A interação entre a gota e o substrato tem um forte impacto na qualidade de impressão. Para assegurar a boa aderência da tinta ao substrato, a energia superficial do substrato deve exceder a tensão superficial da tinta em 10-15 mN / m. </li></ol> 3. Impressão a Jato de Tinta NOTA: Todas as deposições de impressão por jacto de tinta foram realizadas à temperatura ambiente. As multicamadas de PVOH foram depositadas utilizando uma máquina de impressão por jacto de tinta híbrida piezoeléctrica. Um cabeçote de impressão com 512 bicos (256 x 2 linhas), um diâmetro de bocal de 30 μm e um tamanho de gota de 42 pL foi usadoD neste trabalho. <ol><li> Antes da impressão, limpe bem os substratos de vidro com acetona / metanol / isopropanol e água Di. Secar os substratos com uma pistola N 2 . </li><li> Coloque o substrato no leito de impressão e prenda-o firmemente. </li><li> Prepare o cartucho lavando a tinta através da cabeça de impressão. Remova todo o ar ou solução de limpeza do reservatório e bicos. </li><li> Coloque o cartucho na impressora. Conecte o cabeçote de impressão ao gerenciador de impressão de sistemas de jato de tinta global (GIS) através da placa de personalidade principal. </li><li> Colocar a solução na seringa de 150 ml situada acima do cartucho e selar a seringa com uma tampa hermética. </li><li> Purgue a tinta através do bocal pressionando o botão de purga. NOTA: A distância bico-substrato tem uma forte influência na trajetória do jato e, portanto, na qualidade do padrão impresso. Portanto, ajuste a distância do bico-substrato usando o software da impressora para reduzir o espalhamento do jato. </li><li> ConjuntoA forma de onda e os parâmetros de impressão usando o software de impressão SIG ea Tabela 2 . NOTA: A interface do software GIS permite o controle tanto da amplitude de puxar e liberar quanto da largura. </li><li> Carregue o arquivo de imagem desejado para impressão usando o software gerenciador de impressão GIS. </li><li> Inicie o processo digital e imprima o padrão de imagem no substrato. </li></ol> 4. Análise do Padrão Impresso <ol><li> Investigar a qualidade dos padrões impressos usando um microscópio óptico. Verifique a presença de defeitos dentro das características impressas e avalie a melhoria na qualidade quando mais camadas foram impressas. </li><li> Avaliar a topologia superficial eo perfil de espessura das multicamadas impressas a jato de tinta usando um perfilômetro de superfície 3D sem contato (baseado na interferometria de luz branca) por meio de um microscópio óptico 3D. NOTA: Mais detalhes sobre as medições e os instrumentos utilizados para formular / imprimir e caracterizar oPadrões impressos são apresentados na referência 21 . </li></ol>

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</ol>

Os autores não têm nada a revelar.

Neste trabalho, demonstramos com sucesso a capacidade da tecnologia de impressão a jato de tinta para depositar multicamadas de polímero. O comportamento reológico foi investigado, e os resultados experimentais demonstram que a tinta formulada apresenta comportamento pseudoplástico de diluição por cisalhamento. Além disso, a tinta PVOH é uma solução neutra (pH 7) e mostra boa estabilidade ao longo do tempo. Notavelmente, foi demonstrado com sucesso que a tecnologia IJP é capaz de produzir estruturas de multicamadas de á...

O álcool polivinílico é semicristalino, artificial, não tóxico, solúvel em água, insolúvel na maioria dos solventes orgânicos, biodegradável e biocompatível em tecidos humanos e possui excelentes propriedades de barreira ao gás 1 . Além disso, devido às suas muitas propriedades úteis, PVOH é amplamente utilizado em um grande número de aplicações. Atualmente, o PVOH é utilizado na fabricação de produtos de limpeza e detergentes, na indústria de embalagens de alimentos, tratamento de água, têxtil, agricultura e construção (como aditivos) 1 . No entanto, o PVOH tem atraído recentemente uma maior atenção para usos farmacêuticos 2 ( isto é, libertação de fármaco) e em aplicações médicas 3 , 4 ( por exemplo, curativo para feridas, lentes de contacto moles, colírios e implantes moles para substituição de cartilagem). As películas de PVOH são produzidas quer através de uma forma fundida quer sob forma de solução. O processamento de fusão é compatApenas com PVOH com baixos níveis de hidrólise ou PVOH pesadamente plastificado. Assim, ao usar esta via, algumas propriedades podem ser sacrificadas 1 . Por outro lado, uma camada de PVOH pode ser depositada através da forma de solução por fundição sob pressão 5 , revestimento por centrifugação 6 ou electrospinning 7 . No entanto, estes métodos têm uma série de limitações em termos do desperdício de material indesejado. Por exemplo, no caso do revestimento por centrifugação, foi relatado 8 que 95% do material é desperdiçado. Além disso, estes métodos são bastante rígidos em termos de design / funcionalidades (sem capacidade de padronização) e têm elevados custos globais de processamento. A fim de superar a limitação do processamento de solução convencional, aqui vamos explorar o potencial da tecnologia de impressão a jato de tinta para fornecer uma nova plataforma para produzir álcool polivinílico (PVOH) estruturas multi-camada que têm um forte impacto no material e appPerspectivas de inovação. Os desenvolvimentos recentes no setor manufatureiro focalizaram em processos baratos, simples, eco-amigáveis, e de poupança de energia. A impressão a jato de tinta (IJP) é um processo de fabricação moderno que se encaixa perfeitamente dentro desta estrutura. As principais vantagens da tecnologia IJP são a eficiência do uso de materiais, o padrão digital (sem máscara) e aditivo, a grande capacidade de área, a compatibilidade com substratos rígidos / flexíveis eo baixo custo. O IJP é um método de deposição que usa materiais poliméricos dispersos em um solvente. Até à data, foram depositados com sucesso materiais de polímero 9 funcionais, cerâmicos- 10 , nanomateriais condutores 11 , 2D- 12 , biologicamente e farmaceuticamente baseados. Recentemente, foi relatado que o IJP estava envolvido na deposição de componentes como parte de dispositivos eletrônicos,Tais como transistores 14 , sensores 15 , células solares 16 , e dispositivos de memória 17 , bem como na embalagem electrónica 18 . A tinta, o cartucho e o substrato são componentes igualmente importantes que são empregues no processo de impressão. Em primeiro lugar, as propriedades físicas da tinta, tais como a tensão superficial e as propriedades reológicas ( isto é, viscosidade de cisalhamento), têm um impacto significativo no comportamento de impressão. Além disso, o pH desempenha um papel importante tanto na solução ( por exemplo, secagem, espuma e viscosidade) como no tempo de vida do cartucho de impressão IJP. Em segundo lugar, para o cartucho (piezoeléctrico), a forma de onda de tensão de accionamento define efectivamente a formação de gotas e a direccionalidade e a uniformidade do jacto de líquido. Finalmente, é imperativo que a interação tinta / substrato é muito bem compreendida, como a resolução e precisãoDo objeto impresso são fortemente dependentes desta interface. A evaporação do solvente, as mudanças de fase do líquido para o sólido e as reações químicas são os principais processos que ocorrem entre a queda do fluido eo substrato. Todos os aspectos envolvidos no IJP, desde as propriedades da tinta aos mecanismos de queda / substrato, são destacados em artigos de revisão por Hutchings 19 e Derby 20 . Neste estudo, exploramos as capacidades do IJP para fabricar multicamadas de álcool polivinílico. Em primeiro lugar, foi formulada uma tinta à base de água PVOH, e as propriedades físicas principais, tais como comportamento reológico, tensão superficial e pH, foram investigadas. Neste trabalho, foi empregue uma impressora jato de tinta piezoelétrica, e os parâmetros de forma de onda apropriados foram então identificados. PVOH foram impressas e a qualidade e os perfis de superfície / espessura foram avaliados por microscopia óptica.

<table><tbody><tr><td>Álcool polivinílico&nbsp;</td><td>PVOH Polymers Ltd, UK</td><td>Poval 4-88</td><td></td></tr><tr><td>Mono-propileno glicol&nbsp;</td><td>Sigma Aldrich, UK</td><td>W29004</td><td></td></tr><tr><td>DV2T viscosímetro&nbsp;</td><td>Brookfield, UK</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tensiômetro Óptico Theta Attension;</td><td>Biolin Scientific, Suécia</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Medidor de pH HANNA&nbsp;</td><td>HANNA Instruments, UK</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Industrial Inkjet XYPrint100Z</td><td>Industrial Inkjet Ltd, UK</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ContourGT-K microscópio óptico 3D&nbsp;</td><td>Bruker Corp, EUA</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

polyvinyl alcohol multilayers impresso a jacto de tinta

Inkjet-printed Polyvinyl Alcohol Multilayers

A impressão a jacto de tinta é um método moderno para processamento de polímeros, e neste trabalho, demonstramos que esta tecnologia é capaz de produzir estruturas de multicamadas de álcool polivinílico (PVOH). Formulou-se uma solução aquosa de álcool polivinílico. As propriedades intrínsecas da tinta, tais como tensão superficial, viscosidade, pH, e estabilidade de tempo, foram investigadas. A tinta à base de PVOH era uma solução neutra (pH 6,7) com uma tensão superficial de 39,3 mN / m e uma viscosidade de 7,5 cP. A tinta mostrou comportamento pseudoplástico (desbaste não-newtoniano) a baixas taxas de cisalhamento e, em geral, demonstrou boa estabilidade no tempo. A molhabilidade da tinta em diferentes substratos foi investigada e o vidro foi identificado como o substrato mais adequado neste caso particular. Utilizou-se uma impressora de jacto de tinta 3D proprietária para fabricar estruturas multicamadas de polímero. A morfologia, o perfil superficial ea uniformidade de espessura de multicamadas impressas a jato de tinta foram avaliados por microscopia óptica.

Foram investigadas as propriedades físicas da tinta à base de água PVOH, tais como tensão superficial, comportamento viscoso / reológico, pH, molhamento e estabilidade no tempo. A viscosidade da tinta utilizada neste trabalho foi de 7,5 cP e a tensão superficial foi de 39,3 mN / m. Adicionalmente, a tinta formulada era neutra (pH 7), com os resultados resumidos na Tabela 1 . <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tb...

Utilizou-se uma impressora a jacto de tinta para fabricar multicamadas de álcool polivinílico. Formulou-se tinta à base de água de álcool polivinílico, e as propriedades físicas principais foram investigadas.

Polyvinyl Alcohol Multilayers impresso a jacto 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 ...

O objetivo geral deste procedimento é fabricar multicamadas de álcool polivinílico utilizando métodos de impressão jato de tinta. A impressão jato de tinta é uma tecnologia de impressão livre, flexível e eficiente, que nos permite fabricar estruturas tridimensionais complexas em múltiplos materiais. As principais vantagens dessa técnica são a eficiência no uso de materiais, associação digital e aditiva, processo sem contato, compatibilidade com diversos materiais de substrato, deposição em temperatura ambiente, alta velocidade e baixo custo de fabricação.Para iniciar este procedimento, aqueça um béquer com água purificada a 60 graus Celsius. Adicione álcool polivinílico de modo que a porcentagem final em peso de álcool polivinílico na solução seja de 8%. Em seguida, adicione monopropilenoglicol de modo que sua porcentagem final em peso na solução seja de 10%. Agite a solução por seis a oito horas para garantir homogeneidade. Após isso, filtre a solução através de um filtro de cinco micrômetros.Avalie visualmente a tinta quanto à homogeneidade e sinais de sedimentação. Caracterize a tinta conforme descrito no protocolo do texto. Em seguida, limpe completamente o substrato de vidro,

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