چاپ پلاریزان با استفاده از جوهرپلی‌وینیل‌الکل/نانوکریستال‌سلولز: تعیین اثرات غلظت جوهر و سرعت تبخیرحلال

سابقه و هدف: امروزه، مطالعه پیرامون مهندسی خودآرایی نانوکریستال‌های سلولزی درون بسترهای پلیمری، با هدف گسترش دامنه کاربردی این نانوساختارهای زیستی، به یکی از موضوعات داغ تحقیقاتی بدل شده است. مشکور و همکاران (2014 و 2019) روشی مبتنی بر بهرهگیری از گشتاور کشش سطح (stt) را به منظور کنترل خودآرایی نانوکریستال‌های سلولزی (cnc) درون محلول‌های پلیمری معرفی نمودند که امکان چاپ دوشکستی نانوکامپوزیتی را فراهم می‌نمود. در این مقاله، تاثیر سرعت تبخیر حلال و غلظت محلول پلی‌وینیلالکل (pva) / نانوکریستال سلولز به عنوان جوهر چاپ پلاریزان، بر کیفیت چاپ سه‌بعدی نانوکامپوزیتی حاصل بررسی شده است. مواد و روش‌ها: محلول‌های آبی پلی‌وینیل‌الکل (pva) در 3 سطح غلظت 5/2 ، 5 و 10 درصد، حاوی 5 درصد وزنی نانوکریستال‌ سلولزی استخراج شده از الیاف پنبه، به عنوان جوهر چاپ تهیه شدند. جهت چاپ فیلم‌های نانوکامپوزیتی نهایی، قالب‌ریزی محلول جوهر بر روی بستر مسی دارای نقوش برجسته انجام شد. با هدف کنترل سرعت خروج حلال، از دو نوع آون متداول و آون خلاء استفاده شد. کیفیت جهت‌یافتگی اجزای جوهر و چاپ پلاریزان، با میکروسکوپ نوری پلاریزان و نرم افزار تحلیل‌گر تصویر ارزیابی و کمّی‌سازی شد. یافته‌ها: تحلیل تصاویر میکروسکوپی نشان داد که با افزایش نسبت فاز حامل pva در ترکیب جوهر، گرانروی جوهر به‌میزان قابل توجهی افزایش یافت و با افزودن نانوذرات cnc به ترکیب به‌صورت معناداری از شدت افزایش گرانروی کاسته شد. در ارزیابی کیفیت چاپ از مقایسه مقادیر سه ‌شاخص استفاده شد: شاخص تباین رنگ‌های تداخلی (icc)، شاخص پیروی از الگو ((pmi، شاخص تقارن نقش (psi). افزایش غلظت جوهر در نتیجه افزایش سهم فاز حامل pva موجب افزایش شاخص icc گردید و تاثیر این عامل بر دو شاخص pmi و psi الگوی مشابهی را نشان داد؛ به‌طوری‌که بیشترین و کمترین مقادیر بدست آمده برای جوهر سه‌جزئی، به‌ترتیب، در غلظت 10 و 5 درصد pva به‌دست آمد. افزایش سرعت خروج فاز حلال، تاثیر معناداری را بر تغییرات شاخص icc نشان نداد در حالی‌که مقادیر دو شاخص pmi و psi را به‌صورت معنادار متاثر نمود و موجب کاهش کیفیت چاپ گردید.نتیجه‌گیری: به‌طور خلاصه، بر اساس یافته‌های تحقیق حاضر، می‌توان چنین بیان نمود که در فرایند چاپ پلاریزان، استفاده از جوهر چاپ سه‌جزئی نسبت به نوع دو‌جزئی در اولویت قرار دارد. همچنین کاهش سرعت خروج حلال می‌تواند تاثیر قابل ملاحظه‌ای بر کیفیت چاپ داشته باشد. متناسب با ترکیب جوهر استفاده شده در این مطالعه، جهت دستیابی به کیفیت چاپ مطلوب، سطح غلظت 5 درصد برای فاز حامل قابل توصیه می‌باشد. متناسب با ترکیب جوهر استفاده شده در این مطالعه، جهت دستیابی به کیفیت چاپ مطلوب، سطح غلظت 5 درصد برای فاز حامل قابل توصیه می‌باشد.

Polarizing printing using a polyvinyl alcohol/cellulose nanocrystal ink: Finding the effects of ink concentration and solvent evaporation rate

AbstractBackground and objectives:Selfassembly engineering of cellulose nanocrystals in polymer substrates to expand the application range of these bionanostructures has become one of the hot topics of research. Mashkour et al. (2013 and 2019) introduced a method based on surface tension torque (STT) to control cellulose nanocrystals’ selfassembly in polymer solutions to print birefringent nanocomposites. In this paper, the effect of solvent evaporation rate and concentration of polyvinyl alcohol/cellulose nanocrystal solution as polarizing printing ink on the quality of 3D nanocomposite printing was investigated.Materials and methods:Aqueous polyvinyl alcohol (PVA) solutions were prepared at three concentrations of 2.5, 5, and 10 percent, containing 5 percent of cellulose nanocrystal (CNC) by weight extracted from cotton fibers as printing ink. An embossed copper mold was used for the printing of polarizing nanocomposite films. The conventional oven and vacuum oven were used to regulate the rate of ink solvent evaporation. Evaluation and comparison of polarizing print quality were performed by microscopic imaging and quantitative analysis of the resulting micrographs.Results:Analysis of microscopic images revealed that by increasing the ink carrier (PVA) ratio in the ink formulation, the ink viscosity increased significantly, whereas by adding CNC nanoparticles to the composition, the increase in viscosity was significantly reduced. Three indicators were defined and used to assess and compare the quality of printing: Interference Color Contrast (ICC) Index, Pattern Match Index (PMI) and Pattern Symmetry Index (PSI). The increased concentration of ink due to an increase in the weight fraction of the ink carrier increased the ICC index, and the effect of this factor on the PMI and PSI indices showed a similar pattern; The highest and lowest values of the PMI and PSI for threecomponent inks were obtained at concentrations of 10% and 5% PVA, respectively. Increasing the solvent phase’s evaporation rate did not significantly affect the ICC index, while PMI and PSI values significantly affected and reduced print quality. Conclusion:In summary, based on the findings of this study, it can be stated that the use of threepart printing ink takes precedence over twopart printing ink. Reducing the evaporation rate of the solvent phase was also found to have a significant positive effect on print quality. With regard to the ink composition used in this study, a concentration level of 5% is recommended for the ink carrier to achieve the desired print quality.With regard to the ink composition used in this study, a concentration level of 5% is recommended for the ink carrier to achieve the desired print quality.