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應用 | 影響噴墨打印質量的重要參數 - 潤濕性

來源：克呂士科學儀器（上海）有限公司分類：技術參數 2024-06-06 18:45:07 10閱讀次數

KRüSS于1796年誕生于德國漢堡，是表面科學儀器領域的全球領導品牌。先后研發了世界上第一臺商用全自動表面張力儀和第一臺全自動接觸角測量儀，榮獲多次國際工業設計大獎和德國中小企業最具創新能力TOP100榮譽。其它產品還包括各類動態表面張力儀、泡沫分析儀、界面流變儀和墨滴形狀分析儀等。

KRüSS

研究背景

全反應式噴墨打印（Full Reactive Inkjet Printing, FRIJP）是采用噴墨打印機將一種或多種反應物噴到基材上，利用它們之間產生物理或化學反應以原位形成產物的一種技術。聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane, PDMS）是一種因其低成本、好的生物相容性和高的光學透明度而被廣泛應用的硅酮彈性體。首次利用FRIJP成功將聚二甲基硅氧烷（PDMS）油墨打印出復雜的三維幾何圖形。通過使用制備的基底，可以顯著提高PDMS的打印精度，打印的特征分辨率可以高達48 ± 2μm（X，Y）。

材料和方法

一種市售的兩組分硅酮（PolytekPlatSil71-Silliglass）被用作活性油墨的基礎。PDMS油墨的兩部分分別稱為A（含氫化物）和B（含催化劑），反應結果如圖1所示。該配方由A與B的比例為1：1（重量）組成，其中硅酮在鉑催化劑的存在下發生交聯。該反應不受氧氣或水分的抑制，因此可以在沒有控制氣氛的情況下進行。

圖1-PDMS在鉑催化劑存在下的交聯反應，硅酮氫化物鍵Si-H被一個額外的Si-C鍵取代。標記的是PDMS配方中每個組分中的化合物。

用于打印的Dimatix材料打印頭（DMP）（Dimatix，Fujifilm）的建議操作范圍分別為粘度10-12 mPa.s和表面張力28-33 mN/m，但打印頭可使用高達30 mPa.s粘度和70mN/m的表面張力。使用醋酸辛酯（octyl acetate, OA)(SigmaAldric; O5500)作為粘度改性劑。噴墨打印的一個重要因素，同時也影響墨滴如何在基材形成，這就是油墨的表面張力。通過液滴形狀分析儀（KRUSS DSA 100）懸滴法測試墨水的表面張力，同時用座滴法測試了制備的PDMS油墨與基底的接觸角。

圖2 DSA100 液滴形狀分析儀

結果與討論

PDMS組分、溶劑和最終油墨的粘度和表面張力值見表1。

表1-油墨、溶劑和溶液的性質。通過使用無反應的稀釋劑和打印頭加熱；達到了可打印范圍內的粘度（<30 mPa.s）。

采用三種材料基底物質，標準玻片、聚四氟乙烯和用1%1H、1H、2H、2H-全氟辛基三乙氧基硅烷（PFOTS）對玻璃片進行化學改性，接觸角的結果如表2所示。結果表明，玻璃表面被聚四氟乙烯和PFOTS處理后的接觸角都高于玻璃。對固化后的PDMS的接觸角進行了分析，顯示出比PTFE和PFOTS的基底上更好的潤濕性。

表2-座滴法測試（KRüSS DSA100）墨水A在不同襯底上的接觸角。

當使用成型技術時，PDMS能夠在大多數材料表面上鋪展，但對于噴墨打印，會降低特征分辨率。通過對比三種材料基板；玻璃、聚四氟乙烯涂層玻璃和PFOTS涂層玻璃的接觸角，來分析油墨在基板上的打印分辨率。從接觸角和打印網絡測試結果結合來看，油墨在未經處理的玻璃表面完全鋪展開，液滴尺寸達到了150μm，同時玻璃表面的接觸角也是最小的。PFOTS涂層玻璃和聚四氟乙烯涂層玻璃的液滴尺寸相似，分別為48 ± 2μm和64 ± 2μm。油墨在PFOTS涂層玻璃上的接觸角最大，使得PFOTS涂層玻璃上的液滴能夠更小、更圓，因此使用PFOTS襯底可以獲得最好的特征分辨率。