喷墨印刷发展作为一个重要的技术功能流体的控制沉积等众多应用程序的图形、纺织、生物印刷和数字制造。在这样的应用程序可以使用聚合物赋予功能一个墨水——作为分散剂,例如,或粘度控制剂。或者他们可能形成一个成品的功能元素,在这种情况下,它可能是有利的打印与高分子量聚合物和/或高分子浓度使单程的印刷和/或产生一个健壮的电影没有应用后固化技术。2022世界杯八强水位分析在所有这些情况下,印刷过程的影响在聚合物的性质可以定义其有效性的关键;聚合物分解会严重影响最终的完成,影响产品价值。

在本文中,我们检查过程用于喷墨打印和强调他们主体聚合物。实验研究的影响连续喷墨(CIJ)印刷在聚合物分子量(MW)聚合物降解提供了清晰的证据和洞察破裂机制。结果显示凝胶渗透色谱法(GPC)的价值支持的最佳应用聚合物在打印机打印流程和设计。

喷墨印刷技术

两种技术2022世界杯八强水位分析主导喷墨打印技术:对需求下降(国防部)和CIJ印刷。这两种技术的不同机制2022世界杯八强水位分析用来打破墨滴,然后定位到液滴表面的方法。

与国防部、流体通过收缩喷嘴喷射(通常直径10和80µm)通过应用一个压力波1由两种机制之一。压电国防部打印机的墨水腔是由压电活性物质。应用电压导致油墨室合同,以及由此产生的压力波打破了表面张力,保持油墨在喷嘴,喷射下降。2相反,在热喷墨打印机墨水加热所产生的压力波是室等流体最接近加热元件产生,发射一个液滴的打印头。

CIJ印刷有所不同,涉及到一个连续流的分手墨水通过应用piezo-generated声波的墨水室。调制,频率的压电振动棒,确保水滴之间的恒定距离(沥青)离开。像水滴打破他们静电带电的通过一个归纳的过程,可以,因此,直接或通过静电偏转板衬底上所需的位置。Undeflected液滴进入收集地沟重用,只有一小部分用于打印的水滴在任何单一的传递;大多数是可回收的。CIJ是专为高速印刷,和增强的投掷距离的滴在国防部允许将该技术用于不平衡和灵活的基质。

这两个系统呈现截然不同的挑战和约束的条件下,他们受到一个墨水。CIJ印刷油墨流不断,而不是定期与国防部一样,而且必须健壮的回收。这不是一个要求国防部油墨,只通过打印机头一次。喷嘴直径通常是相似的两种类型的打印机。

潜在的聚合物分解

国防部和CIJ印刷都可以受到一个墨水高伸长应变在液滴的形成和弹射。这可以诱导高张性应力拉伸聚合物链,导致聚合物分解/降解通过链断裂。破损可能会影响油墨的性能从回收的角度来看,油墨产品的生命周期,或印刷胶片的属性。理解等影响降解的因素是有价值的,因此,其控制提供了依据。

国防部的报告研究过程得出结论,聚合物降解破碎流可能发生的这样的打印机和退化是一个函数的性质和程度的MW,多分散性(PDi)和聚合物在墨水的浓度。3例如,中心对称的退化,行为观察稀释聚合物溶液油墨含有聚苯乙烯与一个相对狭窄的MW分布(PDi < 1.2),而更多的多分散的样本(PDi > 1.3)降解成为随机的。在这些研究中退化发生只有一个通过打印机头,没有进一步退化观察两个过后,最终归因于高应变率和constrictional流喷嘴。

CIJ印刷,降低生成过程不同,墨水是不断循环,因此必须保持最佳性能在成千上万的周期。聚合物分解的研究描述了一个调查后这种类型的打印机,对比其与观察到的行为在国防部的打印机。

案例研究:研究聚合物分解在CIJ印刷

一项研究是由英国曼彻斯特大学与Domino合作有限公司4 - 6调查期间聚合物降解CIJ印刷在一个商业单位。使用配方的实验进行了线性无规立构的有机玻璃(PMMA) methylethylketone (MEK)。MEK通常选择作为CIJ油墨的溶剂由于其相对较低的沸点和高蒸发率。PMMA样本选择的基础上兆瓦参照以前的降解研究在国防部的打印机4和他们可能对故障敏感在印刷(表1)。

PMMA / MEK油墨的物理性质

表1”PMMA / MEK油墨的物理性质。4

动态粘度和固有粘度(h),体系的解决方案是使用旋转粘度计测量的分别和乌氏毛细管粘度计。固有粘度值被用来估计c *的聚合物(c * ~ 1 / [h])。聚合物浓度被工作选择躺在semi-dilute政权,在c / c * > 1和满足粘度规格的4 mPa。年代,对最优粘度范围的低端CIJ印刷。样本的兆瓦兆瓦分布测量的整个研究GPC (Viscotek,莫尔文仪器)使用MEK作为洗脱液,测量1毫克/毫升的浓度和流量为1毫升/分钟。

在最初的研究中,PMMA 486 kDa的持续的印刷性能研究使用全生产模型打印机(一系列+,Domino英国有限公司)在调制下降,经营满油墨回收模式(没有印刷),在一头温度27°C(图1)。打印机内置的粘度控制(通过温度变化),测试油墨粘度维持在3.8到4.5 mPa范围。年代,在实验室环境条件与打印机操作。测试是在一段时间内进行100小时,相当于1200年1400毫升墨水的完整统计通过水库,通过墨水系统和打印机头。

CIJ打印机用于测试的示意图;墨水是不断循环的地沟油底壳,泵和分配块

图1”CIJ打印机用于测试的示意图;墨水是不断循环的地沟油底壳,泵和分配块。

随着时间的%墨水固体被发现稳步增加,MW慢慢减少,相应增加PDi(图2)。%的增加固体油墨打印机控制系统的直接结果,它保持预定的粘度值定义的温度。viscosity-modifying效应的聚合物减少由于退化,打印机自动蒸发溶剂,加厚墨水粘度和维护。兆瓦的模式变化,尤其是low-MW材料的积累,表明聚合物的降解不是中心对称的,即专注于聚合物链的中心,但有些随机,长链更容易崩溃。可能合理化这种退化是应变模式转移机制由于重叠或纠缠聚合物链,导致应力集中随机位置沿链,先前的研究中观察到。3

结果PMMA 486 kDa墨水显示,随着处理时间的增加,聚合物的Mw稳步下降而PDi增加

图2”结果PMMA 486 kDa墨水显示,随着处理时间的增加,聚合物的Mw稳步下降而PDi增加。4

类似的测试使用所有三种油墨在一头温度50°C(图3)。这高温度导致低粘度通过打印机头。

退化数据对所有三个PMMA解决方案表明,较低的油墨兆瓦在印刷过程中不太容易崩溃

图3»退化数据对所有三个PMMA解决方案表明,较低的油墨兆瓦在印刷过程中不太容易崩溃。4

在这些测试中PMMA 486 kDa的Mz数据表明相对快速降低MW实验前20小时,其次是较慢、持续MW减少剩余的测试时间。这是符合行为观察到27°C, Mz数据突显出,聚合物链的时间越长,被优先退化。同样的模式研究退化之前已经报道过的声波降解法和拉伸流动的影响。7

退化与PMMA中也观察到了310 kDa墨水虽然速度远慢,支持更高的兆瓦的观察材料更容易崩溃。这些结果也同意先前的报道表明,退化不明显少多分散的聚合物;PDi的PMMA 310 kDa的2.6在PMMA 486 kDa是3.3。有趣的退化模式这两个high-MW样本表明,随着时间的推移,他们的属性将收敛与印刷过程侵蚀最初的差异。

没有观察到的退化与PMMA 90 kDa样本,表明可能存在一种兆瓦极限低于退化不发生。进一步调查这可能限制,PMMA 486 kDa的测试样本进行了在一个扩展的时间段,250小时后采集的样本在50-hr间隔100小时。后的结果表明,大约200兆瓦小时没有进一步变化,表明故障停止一旦聚合物链被分解为以下大约100 kDa。支持这一结论收敛与PMMA 486 kDa PMMA MW观察310 kDa样本。

比较退化行为CIJ和国防部打印机

稳定、pass-dependent退化观察到在这项研究不一致结果报告稀溶液国防部印刷,在快速减少MW后观察到的只是一个通过。4这种差异不能合理化参照应用应变率在打印机头,因为这些都是类似的:应变率CIJ打印机喷嘴的计算是350000年代1而可比数据Dimatix dmp - 2800和Microfab单喷嘴玻璃毛细管打印机用于400000年代以前的研究计算1和110000年代1分别。3

这两项研究的一个重要区别是聚合物溶液的浓度测试。在国防部打印机打印浓度高于c *已被证明导致应变硬化和阻塞喷嘴;3相比之下这三种油墨CIJ表现不错的打印机在这项研究中尽管相对集中,c > c *。然而,研究人员之前报道,聚合物降解抑制在国防部系统和拉伸流浓度更高。5这种效应可以归因于更为集中的更大的粘弹性聚合物解决方案。随着浓度的增加c *以上,解决方案是能变形viscoelastically消散应用应变,稀溶液不能。相比之下,更多的稀溶液孤立的聚合物链直接暴露于一个应用应变,因此更有可能打破。

一个替代/补充解释在于两台打印机的操作方式。CIJ打印机,流经打印机喷嘴(s)是连续的,而在国防部打印机脉冲。虽然最大应变率可能在每种情况下,类似的应用更强的拉伸流可能导致国防部打印机由于附近液滴时瞬时加速度逐出打印机头“需求”。CIJ略大的喷嘴直径的单位和喷嘴几何差异也可能是有影响力的。

确定故障发生在打印机

可以更深入地了解特定区域的聚合物降解的CIJ打印机发生,进一步进行了一系列测试与PMMA 486 kDa墨水。在这些测试中四个不同的试验设备配置用于绕过不同元素的打印机(表2)。

测试用一系列不同的钻井平台配置可以识别特定的打印机区域负责聚合物降解

表2”测试用一系列不同的钻井平台配置可以识别特定的打印机区域负责聚合物降解。4

比较结果收集使用试验台1与试验台2(图4)揭示了分解主要不是带来意想不到的结果通过打印机头墨水的通道。没有故障的打印机头是钻机的试验结果证实了3。这些数据表明,当墨水通过打印机头,仅用压缩空气绕过泵系统,没有重要的聚合物降解,尽管在喷嘴的应变速率是相同的数量级在测试平台1和3。

比较结果与钻井平台1与钻井平台2显示的打印机头使聚合物降解无明显差异

图4»比较结果与钻井平台1与钻井平台2显示的打印机头使聚合物降解无明显差异。4

从这些结果暗示了墨水退化并不是通过喷嘴收缩引起的打印机头,或由于调制的压电驱动杆。而CIJ过程中油墨退化的主要原因似乎是通过流体通过收缩的过滤器和泵的几何图形。这表明聚合物分解引起的机械剪切而不是拉伸流动。

图5显示了影响兆瓦的墨水通过泵,在缺乏过滤器和阻尼器。Mn的聚合物随时间,low-MW材料的分数低于35 kDa(%)的增加,即相同的降解行为观察与完整的打印机配置(钻机1)。这证实了退化的轨迹墨水的泵。

仅通过聚合物通过泵,在缺乏过滤器和阻尼器的情况下,结果在一个退化剖面类似密切观察到完整的打印机

图5»仅通过聚合物通过泵,在缺乏过滤器和阻尼器的情况下,结果在一个退化剖面类似密切观察到完整的打印机。4

结论

利用GPC可以跟踪兆瓦的变化引发的聚合物油墨印刷的过程。这使得它可以研究聚合物浓度的影响,聚合物降解的打印机几何图形和操作模式。聚合物降解直接影响印刷材料的性质,尤其无益的打印功能和生物材料MW稳定分布的定义。这些研究表明GPC可以应用于阐明聚合物分解的机制,从而为制定和优化提供有价值的信息的打印机的设计。

引用

1 Magassi s喷墨墨水的化学(第一章),世界科学出版社,纽约,2010年,页6 - 15。

2》,r;Schroeders r;Steenbakkers J.A.M.;冬天,S.H.P.M.;Duineveld PA;滑,J。,et al. Colloid Surf A 2006:96 (289):1-3.

3 Al-Alamry, k;尼克松,k;后,r;基础上,正当“密度Yeates的絮凝快速Commun 2011;32 (3):316 - 20。

四惠勒,J.S.R.博士论文,曼彻斯特大学,2015。

5惠勒,J.S.R.;雷诺兹,S.W.;兰开斯特,美国;桑切斯Romanguera诉;密度Yeates的聚合物降解和稳定105 (2014)116 - 121。

6惠勒,J.S.R.;Longpre, a;销售,d;麦克马纳斯,d;兰开斯特,美国;雷诺兹,S.W.;密度Yeates的聚合物降解和稳定128 (2016)1 - 7。

7霍恩,自动跟踪;美林,已经自然,312 (1984)140 - 141。

8达菲,j .(2014)测量聚合物流变学的解决方案。访问http://www.malvern.com/en/support/resource-center/Whitepapers/WP150324MeasRheologyPolymerSols.aspx [16/11/2016]。

凝胶渗透色谱法

凝胶渗透色谱法(GPC)是一个核心分析技术分离溶解的聚合物大分子的大小根据洗脱列充满多孔凝胶。检测和分析结果分数大小的收益率分布的详细信息聚合物的性质,取决于所使用的探测器阵列。与光散射,粘度计和浓度探测器可以测量绝对分子量、分子大小和特性粘度,并生成大分子的信息结构、构象和分支。

了解聚合物的行为解决方案

在稀溶液中,影响聚合物粘度的线圈是由它占据的体积,以类似的方式的nonpolymeric溶质。粘度可以确定使用小球的爱因斯坦方程,表示内在粘度(η)而言,这是一个衡量的分子密度。稀溶液中的任何弹性是弹性的函数在单个高分子链,和线圈之间的相互作用非常有限。

然而,由于在溶液中聚合物的浓度增加有一点就是单个线圈不再有足够的空间,以避免交互并保持离散。这发生在总量被每个线圈超过可用的卷——这是临界交叠浓度(c *)(图6)。c *可以估计的回转半径(Rg)或(η)这些量化的体积被聚合物线圈。c *解决方案变得明显更复杂的行为。

随着聚合物浓度的增加线圈在一个解决方案,线圈开始互动和缠绕。2,c *临界交叠浓度

图6»随着聚合物浓度的增加线圈在一个解决方案,线圈开始互动和缠绕。2,c *临界交叠浓度。

在浓度高于c *,行为是由多个线圈之间的相互作用,以及由单个线圈的属性。这种转变是由粘弹性的变化标志着更多时间的解决方案和发病特点。当压力被应用在一个相对长的时间尺度,聚合物链有时间解决,能够相互滑动“爬行”的过程。在较短的时间尺度这一机制受到抑制时,张力在链中创建和弹性(固体)行为占主导地位。弛豫时间是聚合物系统的时间回到平衡一旦应用压力已被删除,在决定行为在不同的时间尺度也很重要。

聚合物溶液流变学的详细讨论,请参阅白皮书“测量聚合物溶液的流变学”。8