喷墨印刷中接触角检测方案(接触角测量仪)

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[ Progress Together] [ Progress Together] 本应用文献说明了Attension 的 Theta 接触角测量仪和配套的皮升级分液器是如何用于研究和喷墨打印技术的开发。 引言 喷墨是一个相对年轻，但发展很快的印刷方法。喷墨技术是基于数字信息的传递，图像是通过滴液命令或连续方式的技术控制打印头高速直接喷射到基底形成墨水滴。这使得每个打印产品可以自由个性化，而当前主导的非数字的固定格式的印刷方法，如胶版是不可能实现的。喷绘的主要优势也是它的多功能性；不同的墨水类型和底物可以组合使用。通常，喷墨是在小规模的彩色印刷，并在低成本的数据印刷应用中，例如，在家庭和办公室的打印。但是，相对于传统印刷方法的优点，喷墨打印已在工业印刷和包装工业普及。喷墨印刷也用于在新兴功能印刷，例如电子产品的印刷。 喷墨打印质量高度依赖于纸张和墨水的性能以及它们之间的相互作用。喷墨油墨的主要成分是媒介物(水，溶剂，油或 UV基)，着色剂，粘合剂和添加剂。通常情况下，喷墨打印机墨水的粘度非常低(2-30 mPas)而表面张力控制在 25-40mN/m。油墨通过着色剂的类型分为颜料型和染料型油墨。由于喷墨墨水穿透力强，粘性低，对基底的表面性质要求很高。表面能、电荷，粗糙度，孔隙度这些关键因素决定喷墨打印的质量。 张力测量学在喷墨打印领域被广泛用来研究润湿现象。油墨的表面张力和基底的表面自由能是定义润湿性和墨水和基底之间的附着力的重要参数。由于图像是由墨滴形成的，因此接触角的测量是喷墨打印能力一个有用的工具。通过液滴的维度和接触角随时间的变化，接触角分析可以研究液滴扩散和吸收。 Theta 光学接触角测量仪 案例研究1：图案化自组装单层膜和喷墨法得到的蛋白质阵列表征 喷墨技术已被广泛用于各种功能图形沉积，如 DNA 微阵列、聚合物沉积、金导电轨道和光学微透镜阵列。 Pardo 等人使用 Attension(KSV 仪器的前身)的光学张力仪CAM 200，来表征金基底上图案化的蛋白质薄膜。实验证明 drop-on-demand ( DOD ) 喷墨技术是适合打印蛋白质的，使获得廉价和致密的生物阵列例如基于细胞的传感器有了可能性。水接触角的结果显示 DOD方法能够通过改变液滴的空间密度创建化学梯度(图1)。 [图1]：水的前进角余弦与距离的函数。测量的距离从样品边缘开始，即蛋白质阵列的空间密度逐渐变化的地方。 案例研究2：由皮升滴液接触角研究颜料型喷墨墨水在纸和聚合物基底上的扩散和吸收 皮升大小的液滴在许多应用中具有不少优势。空间分辨率的提高使表征很小面积的表面成为可能，譬如在微阵列和单纤维上。结合皮升分液器的 Theta 光学表面张力仪通过使用压电驱动喷墨技术能生成皮升液滴。因此，相比通常利用几微升水滴液的标准分液器，皮升分液器改进了滴液能力实现真实的喷墨印刷过程。 下面是皮升接触角测量应用于铜版纸(HP，日常照片纸，170g/m²)和低密度聚乙烯(LDPE)挤压涂布纸。基底的表面自由能用测量基底与水、、二碘甲烷(DIM)和乙二醇(EG)的接触角得到。表面能量由 Theta 表面自由能SFE计算软件，通过扩展 Fowkes 和 van OSS 等人的酸-碱方法计算得到。结果如表1所示。商业的颜料型喷墨墨水(HP56，黑色)作为墨水，液滴是180pL。由于喷墨油墨粘度较低，吸收现象可能会极快，尤其是多孔纸，这就为何Theta 还配备了高速相机(1550 fps)。 (表1)：用Theta 仪器在低密度聚乙烯涂布纸和喷墨纸上测量的接触角余弦，表面自由能及其组成部分(Ytot=总表面能，yd/ YLW=色散部分和Yp/YAB=极性部分)。 LDPE 图2显示了两个不同基底的接触角随时间的变化。两个基底的初始接触角非常相似。无孔聚合物表面接触角由于液滴的蔓延，随着时间的推移略有降低之后稳定。而喷墨纸快速降低的接触角显示墨水液滴被多孔纸吸收。 Contact angle water 101，2 28，8 DIM 73，4 33，6 EG 53，6 35，2 Surface energy ytot 31，5 59，7 (Extended Fowkes) yd 31，3 31，9 YP 0，2 27，7 Surface energy ytot 32，5 45，7 (Acid-base) yW 32，2 41，9 yAB 0，0 3，8 喷墨印刷是一种应用很广的通用性技术，可用于小型家庭、办公室、高速工业印刷和更多新功能应用领域。由于墨水和基底之间的相互作用对喷墨打印质量至关重要，因此张力测量学在这个领域被广泛使用。墨水和基底之间的附着力可以通过比较墨水的表面张力和基底的表面自由能来估算。接触角测量可以同时研究液滴的吸收和扩散。 Theta 光学表面张力仪配套的一种新型皮升滴液器产生和使用压电驱动喷墨技术喷墨过程相同大小范围的液滴形成。 (图2)：用带有皮升滴液器的Theta 仪器在喷墨纸和低密度聚乙烯涂布纸上测量的皮升接触角随着时间的变化图。 Time (s) (图3)：高速摄影机能测量皮升滴液接触角的初始状态，然后碰到样品表面最后出现现速扩散和吸收现象。 瑞典百欧林科技有限公司是一家先进科研仪器生产商，在北欧的瑞典，丹麦和芬兰都有主要产品的研发和生产基地。我们为用户提供高科技、高精度的科研设备，可用于表界面、材料科学、生物科学、药物开发与诊断等研究领域。