Name: inkjet-printed polyvinyl alcohol multilayers
Uploaded: 2017-05-11T13:00:00
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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 par...

<ol>
	<li>Goodship, V., Jacobs, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polyvinyl+Alcohol:+Materials,+Processing+and+Applications.">Polyvinyl Alcohol: Materials, Processing and Applications.</a> Rapta Review Reports. 16, (2008).</li><li>Marin, E., Rojas, J., Ciro, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+polyvinyl+alcohol+derivatives:+Promising+materials+for+pharmaceutical+and+biomedical+applications.">A review of polyvinyl alcohol derivatives: Promising materials for pharmaceutical and biomedical applications.</a> Afr J Pharm Pharmacol. 8 (24), 674-684 (2014).</li><li>Baker, M. I., Walsh, S. P., Schwartz, Z., Boyan, B. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+polyvinyl+alcohol+and+its+uses+in+cartilage+and+orthopedic+applications.">A review of polyvinyl alcohol and its uses in cartilage and orthopedic applications.</a> J. Biomed. Mater. Res. Part B Appl. Biomater. 100 (5), 1451-1457 (2012).</li><li>Gaaz, T. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Properties+and+Applications+of+Polyvinyl+Alcohol,+Halloysite+Nanotubes+and+Their+Nanocomposites.">Properties and Applications of Polyvinyl Alcohol, Halloysite Nanotubes and Their Nanocomposites.</a> Molecules. 20, 22833-22847 (2015).</li><li>Birck, C., Degoutin, S., Tabary, N., Miri, V., Bacquet, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+crosslinked+cast+films+based+on+poly(vinyl+alcohol):+Preparation+and+physico-chemical+properties.">New crosslinked cast films based on poly(vinyl alcohol): Preparation and physico-chemical properties.</a> eXPRESS Poly Lett. 8 (12), 941-952 (2014).</li><li>Kitsara, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spin+coating+of+hydrophilic+polymeric+films+for+enhanced+centrifugal+flow+control+by+serial+siphoning.">Spin coating of hydrophilic polymeric films for enhanced centrifugal flow control by serial siphoning.</a> Microfluid Nanofluid. 16, 691 (2014).</li><li>Supaphol, P., Chuangchote, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+electrospinning+of+poly(vinyl+alcohol)+nanofiber+mats:+A+revisit.">On the electrospinning of poly(vinyl alcohol) nanofiber mats: A revisit.</a> J. Appl. Polym. Sci. 108 (2), 969-978 (2008).</li><li>Hoath, S. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Links+between+Ink+rheology,+drop-on-demand+jet+formation,+and+printability.">Links between Ink rheology, drop-on-demand jet formation, and printability.</a> J Imaging Sci Technol. 53 (4), 1-8 (2009).</li><li>Pan, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+development+on+preparation+of+ceramic+inks+in+ink-jet+printing.">Recent development on preparation of ceramic inks in ink-jet printing.</a> Ceram Int. 41, 12515-12528 (2015).</li><li>Kamyshny, A., Magdassi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conductive+nanomaterials+for+printed+electronics.">Conductive nanomaterials for printed electronics.</a> Small. 10 (17), 3515-3535 (2014).</li><li>Li, J., Lemme, M. C., &#214;stling, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inkjet+Printing+of+2D+Layered+Materials.">Inkjet Printing of 2D Layered Materials.</a> ChemPhysChem. 15, 3427-3434 (2014).</li><li>Choi, H. W., Zhou, T., Singh, M., Jabbour, G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+developments+and+directions+in+printed+nanomaterials.">Recent developments and directions in printed nanomaterials.</a> Nanoscale. 7, 3338-3355 (2015).</li><li>Basirico, L., Cosseddu, P., Fraboni, B., Bonfiglio, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inkjet+printing+of+transparent,+flexible,+organic+transistors.">Inkjet printing of transparent, flexible, organic transistors.</a> Thin Solid Films. 520 (4), 1291-1294 (2011).</li><li>Komuro, N., Takaki, S., Suzuki, K., Citterio, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inkjet+printed+(bio)chemical+sensing+devices.">Inkjet printed (bio)chemical sensing devices.</a> Anal.Bioanal.Chem. 405 (17), 5785-5805 (2013).</li><li>Cherrington, R., Wood, B. M., Salaoru, I., Goodship, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Digital+printing+of+titanium+dioxide+for+dye+sensitized+solar+cells.">Digital printing of titanium dioxide for dye sensitized solar cells.</a> J. Vis. Exp. , (2016).</li><li>Nelo, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inkjet-printed+memristor:+Printing+process+development.">Inkjet-printed memristor: Printing process development.</a> Jpn. J. Appl. Phys. 52, 1-6 (2013).</li><li>Jacot-Descombes, L., Gullo, R. M., Mastrangeli, M., Cadarso, V. J., Brugger, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inkjet-printed+SU-8+Hemispherical+Microcapsules+and+Silicon+chip+Embedding.">Inkjet-printed SU-8 Hemispherical Microcapsules and Silicon chip Embedding.</a> IET Micro &amp; Nano Letters. 8 (10), 633-636 (2013).</li><li>Martin, G. D., Hoath, S. D., Hutchings, I. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inkjet+printing+-+the+physics+of+manipulating+liquid+jets+and+drops.">Inkjet printing - the physics of manipulating liquid jets and drops.</a> J Phys Conf Series. 105, 012001 (2008).</li><li>Derby, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inkjet+printing+of+functional+and+structural+materials:+Fluid+properties+requirements,+feature+stability+and+resolution.">Inkjet printing of functional and structural materials: Fluid properties requirements, feature stability and resolution.</a> Annu. Rev. Mater. Res. 40, 395-414 (2010).</li><li>Salaoru, I., Zhou, Z., Morris, P., Gibbons, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inkjet+printing+of+polyvinyl+alcohol+multilayers+for+additive+manufacturing+applications.">Inkjet printing of polyvinyl alcohol multilayers for additive manufacturing applications.</a> J. Appl. Polym. Sci. 133, 43572 (2016).</li><li>Deegan, R. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Capillary+flow+as+the+cause+of+the+ring+stains+from+dried+liquid+drops.">Capillary flow as the cause of the ring stains from dried liquid drops.</a> Nature. 389, 827-829 (1997).</li><li>Yunker, P. J., Still, T., Lohr, M. A., Yodh, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Suppression+of+the+coffee-ring+effect+by+shape-dependent+capillary+interactions.">Suppression of the coffee-ring effect by shape-dependent capillary interactions.</a> Nature. 476, 308-311 (2011).</li><li>Famili, A., Palkar, S. A., Baldy, W. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=First+drop+dissimilarity+in+drop-on-demand+inkjet+devices.">First drop dissimilarity in drop-on-demand inkjet devices.</a> Phys Fluids. 23, 1-6 (2011).</li><li>Park, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prediction+of+drop-on-demand+(DOD)+pattern+size+in+pulse+voltage-applied+electrohydrodynamic+(EHD)+jet+printing+of+Ag+colloid+ink.">Prediction of drop-on-demand (DOD) pattern size in pulse voltage-applied electrohydrodynamic (EHD) jet printing of Ag colloid ink.</a> Appl. Phys. A. 117, 2225 (2014).</li></ol>

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 multic...

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 border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="573">
	<tbody>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Polyvinyl alcohol&#160;</td>
			<td style="width:71px;">PVOH Polymers Ltd, UK</td>
			<td style="width:119px;">Poval 4-88</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;">Mono-propylene glycol&#160;</td>
			<td style="width:71px;">Sigma Aldrich, UK</td>
			<td style="width:119px;">W29004</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">DV2T viscometer&#160;</td>
			<td style="width:71px;">Brookfield, UK</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Attension Theta Optical Tensiometer&#160;</td>
			<td style="width:71px;">Biolin Scientific, Sweden</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">HANNA pH meter&#160;</td>
			<td style="width:71px;">HANNA Instruments, UK</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">industrial Inkjet XYPrint100Z</td>
			<td style="width:71px;">Industrial Inkjet Ltd, UK</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">ContourGT-K 3D optical microscope&#160;</td>
			<td style="width:71px;">Bruker Corp, USA</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

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="alway...

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Inkjet-printed Polyvinyl Alcohol Multilayers

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 ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Artificial Thermal Ageing of Polyester Reinforced and Polyvinyl Chloride Coated Technical Fabric

Envelhecimento Térmico Artificial do Poliéster Reforçado e Tecido Técnico Revestido de Cloreto de Polivinil

Architectural fabric AF9032 has been subjected to artificial thermal ageing to determine changes of the material parameters of the fabric. The proposed ...