Name: inkjet-printed polyvinyl alcohol multilayers
Uploaded: 2017-05-11T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Inkjet-printed Polyvinyl Alcohol Multilayers at JoVE.com

Författarna skulle vilja erkänna Innovate UK för att finansiera denna forskning enligt DIRECT (33417-239227) och PCAP (27508-196153) projekt. Författarna vill också tacka PVOH Polymers Ltd. för att tillhandahålla material och professionell vägledning under detta arbete, och Unilever, AkzoNobel och Carclo Technical Plastics, för deras stöd.

1. Bläckformulering <ol><li> Förbered lösningen för IJP genom att lösa polyvinylalkohol (8 vikt% PVOH i vatten) i renat vatten upphettat till 60 ° C. </li><li> Tillsätt 10 g mono-propylenglykol (MPG) (10 viktprocent mono-propylenglykol i vatten) som ett fuktighetsmedel till lösningen. OBS: Den fuktgivande ämnens roll är att förhindra blockeringar i skrivhuvudet. </li><li> Rör om lösningen i flera timmar för att säkerställa homogenitet och filtrera sedan genom ett 5 μm filter för att avlägsna ...

<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>

I det här arbetet visade vi framgångsrikt inkjet-tryckteknikens förmåga att deponera polymer multilayers. Det reologiska beteendet undersöktes och de experimentella resultaten visar att det formulerade bläcket uppvisar pseudoplastisk skjuvningsförtunning. PVOH-bläcket är också en neutral lösning (pH 7) och visar god stabilitet över tiden. Det har med framgång visat sig att IJP-tekniken kan producera polyvinylalkohol flerlagsstrukturer, men ytterligare förbättringar i trycktäckning och övergripande kvali...

Polyvinylalkohol är semikristallin, artificiell, giftfri, vattenlöslig, olöslig i de flesta organiska lösningsmedel, biologiskt nedbrytbar och biokompatibel i mänskliga vävnader och har utmärkta gasbarriäregenskaper 1 . På grund av dess många användbara egenskaper är PVOH dessutom allmänt använd i ett stort antal applikationer. Numera används PVOH i: tillverkning av rengörings- och rengöringsmedel, livsmedelsförpackningsindustrin, vattenbehandling, textil, jordbruk och konstruktion (som tillsatser) 1 . Emellertid har PVOH nyligen dragit upp en ökad uppmärksamhet för läkemedelsanvändning 2 ( dvs. läkemedelsleverans) och i medicinska applikationer 3 , 4 ( t.ex. sårförband, mjuka kontaktlinser, ögondroppar och mjuka implantat för bruskbyte). PVOH-filmer framställs antingen genom en smält- eller lösningsform. Smältbehandling är kompatibelEndast med PVOH med låga hydrolysnivåer eller kraftigt mjukgjord PVOH. När man använder denna väg kan vissa egenskaper avlivas 1 . Å andra sidan kan ett PVOH-skikt avsättas via lösningsformen genom droppgjutning 5 , spinnbeläggning 6 eller elektrospinnning 7 . Emellertid har dessa metoder ett antal begränsningar när det gäller slöseri med oönskade material. I fallet med spinbeläggning har det till exempel rapporterats 8 att 95% av materialet slösas bort. Dessutom är dessa metoder ganska styva i form av design / egenskaper (ingen patterningskapacitet) och har höga totala bearbetningskostnader. För att övervinna begränsningen av den konventionella lösningsbehandlingen undersöker vi här potentialen för bläckstråleutskriftsteknik för att tillhandahålla en ny plattform för att producera polyvinylalkohol (PVOH) flerskiktsstrukturer som har en stark inverkan på både material och appLiceringsperspektiv. Den senaste utvecklingen inom tillverkningssektorn har inriktats på billiga, enkla, miljövänliga och energibesparande processer. Inkjetutskrift (IJP) är en modern tillverkningsprocess som passar perfekt inom ramen. De stora fördelarna med IJP-teknik är effektiviteten av materialanvändning, den digitala (maskfri) och additivmönstret, den stora areakapaciteten, kompatibiliteten med styva / flexibla substrat och den låga kostnaden. IJP är en deponeringsmetod som använder polymera material som är dispergerade i ett lösningsmedel. Hittills har funktionella polymer- 9 , keramiska 10 , ledande nanomaterial- 11 , 2D- 12 , biologiskt och farmaceutiskt baserade 13 material avsatts framgångsrikt. Nyligen har det rapporterats att IJP var involverad i deponering av komponenter som en del av elektroniska enheter,Såsom transistorer 14 , sensorer 15 , solceller 16 och minnesanordningar 17 såväl som i elektronisk förpackning 18 . Bläcket, patronen och substratet är lika viktiga komponenter som används i tryckprocessen. För det första har bläckens fysikaliska egenskaper, såsom ytspänningen och de reologiska egenskaperna ( dvs skjuvviskositeten) en signifikant inverkan på tryckbarhetsbeteendet. Dessutom spelar pH en viktig roll på både lösningen ( t ex torkning, skumning och viskositet) och på livslängden av IJP-bläckpatronen. För det andra, för patronen (piezoelektrisk), definierar drivspänningsvågformen faktiskt droppbildningen och både riktning och likformighet hos vätskestrålen. Slutligen är det absolut nödvändigt att bläck / substratinteraktionen är mycket väl förstådd, som upplösning och noggrannhetAv det tryckta objektet är starkt beroende av detta gränssnitt. Lösningsmedelsindunstning, fasförändringar från vätska till fast substans och kemiska reaktioner är huvudprocesserna som uppstår mellan vätskedroppen och substratet. Alla aspekter som berörs av IJP, från bläckegenskaper till dropp / substratmekanismer, framhävs i granskningshandlingar av Hutchings 19 och av Derby 20 . I denna undersökning utforskar vi IJP: s förmåga att tillverka polyvinylalkohol multilayers. Först formulerades en PVOH-vattenbaserad bläck, och de huvudsakliga fysikaliska egenskaperna, såsom reologiskt beteende, ytspänning och pH, ​​undersöktes. I detta arbete användes en piezoelektrisk bläckstråleskrivare, och lämpliga vågformparametrar identifierades därefter. PVOH multilayers trycktes och profilerna för kvalitet och yt / tjocklek bedömdes med optisk mikroskopi.

<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

Inkjetutskrift är en modern metod för polymerbearbetning, och i detta arbete demonstrerar vi att denna teknik kan producera polyvinylalkohol (PVOH) flerlagsstrukturer. En vattenlösning av polyvinylalkohol formulerades. Färgens inbyggda egenskaper, såsom ytspänning, viskositet, pH och tidsstabilitet, undersöktes. Den PVOH-baserade bläcket var en neutral lösning (pH 6,7) med en ytspänning av 39,3 mN / m och en viskositet av 7,5 cP. Bläcket visade pseudoplastisk (icke-newtonisk skjuvning) -beteende vid låga skjuvhastigheter och övergripande visade det sig god stabilitet i tiden. Vätskbarheten hos bläcket på olika substrat undersöktes och glaset identifierades som det mest lämpliga substratet i detta speciella fall. En proprietär 3D-bläckstråleskrivare användes för framställning av polymera flerlagskonstruktioner. Morfologin, ytprofilen och tjocklekenhetigheten hos bläckstråleskrivta multilayers utvärderades via optisk mikroskopi.

De fysikaliska egenskaperna hos PVOH-vattenbaserat bläck, såsom ytspänning, viskositet / reologiskt beteende, pH, vätning och tidsstabilitet undersöktes. Viskositeten hos bläcket som användes i detta arbete var 7,5 cP, och ytspänningen var 39,3 mN / m. Dessutom var den formulerade bläcken neutral (pH 7), med resultaten sammanfattade i tabell 1 . <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> ...

Watch this Scientific Journal Video about Inkjet-printed Polyvinyl Alcohol Multilayers at JoVE.com

Inkjet-printed Polyvinyl Alcohol Multilayers

En bläckstråleskrivare användes för framställning av polyvinylalkohol multilayers. Polyvinylalkohol-vattenbaserad bläck formulerades och de huvudsakliga fysikaliska egenskaperna undersöktes.

Inkjet-tryckta polyvinylalkohol multilayers

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

Artificiellt termiskt åldrande av polyester förstärkt och polyvinylkloridbelagd teknisk tand

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