This study addresses the inkjet printing approach for fabrication of cellulose nanocrystalline (CNC) patterns with tunable optical properties varied by the thickness of deposited layers. In particular, forming functional patterns visible only in linearly polarized light is of the primary interest. The possibility of controlling the bright iridescent color response associated with the birefringence in the chiral anisotropic structure of inkjet-printed layers of CNC with sulfo-groups (s-CNC) has been thoroughly investigated. In this connection, we have elaborated an appropriate synthesis sequence for deriving printable inks in the form of sedimentation-stable s-CNC colloids with various concentrations of solid phase and experimentally determined the optimal regimes of their inkjet printing. For this purpose, the rheological parameters and s-CNC particle concentration have also been optimized. The study is accomplished with a comprehensive optical characterization of the deposited s-CNC layers with variable thickness, drying conditions, and the polarization state. The experimental results demonstrate the feasibility of inkjet printing technology to perform the precise fabrication of optically active s-CNC patterns with variable optical properties. These results are particularly relevant for applications requiring special conditions of color demonstration in security printing for such as anticounterfeiting applications, polygraphy decoration printing, and color photo filters.
a Herein we report a new, facile and inexpensive methodology for obtaining highly refractive polymers suitable for inkjet printing using hexacoordinated titanium complexes (THC) and a UV-curable lacquer based on triethylene glycol dimethacrylate (TGD) that is a cheap and non-toxic monomer that can be rapidly polymerized under UV irradiation under ambient conditions. The resulting polymeric materials are characterized by a refractive index (RI) of about 1.85 in the solid state and have rheological properties suitable for inkjet printing applications. The polymeric materials can be printed onto solid supports resulting in surface structures giving rise to interference images and masking of rainbow holograms illustrating thus the prospective practical applications of the described approach.
Предмет исследования. Впервые описано формирование наноструктур на основе диоксида титана в виде оптических элементов, нанесенных методом струйной печати. Предложенный подход развивает высокоэффективный способ создания оптических нанообъектов, таких как прозрачные дифракционные структуры, прозрачные интерференционные изображения. Методы. Для синтеза золя использован изопропоксид титана, изопропиловый спирт, азотная кислота и деионизованная вода. Наночастицы TiO 2 получены в результате гидролиза изопропоксида титана (0,36 моль) в деионизованной воде (33,3 моль) при постоянном перемешивании в присутствии азотной кислоты (0,04 моль) в качестве протонирующего агента. Вязкость определялась вискозиметром Brookfield HA/HB, а поверхностное натяжениетензиометром Kyowa DY-700. Титаноксидные чернила наносились на коммерческие образцы гладкой и микроэмбоссированной полиэтиленовой пленки толщиной 20 мкм. Для печати использован струйный принтер Canon Pixma IP 2840. Толщина напечатанного слоя TiO 2 после высыхания на воздухе и удаления растворителей была не более 500 нм с показателем преломления не менее 2,08 во всем видимом диапазоне. Основные результаты. Проведен синтез водного золя диоксида титана, использованного для получения чернил с заданными реологическими характеристикамивязкостью и поверхностным натяжением. Требуемая реология жидкости достигалась регулированием параметров золь-гель перехода в системе водного золя TiO 2, а также путем добавления этилового спирта, влияющего на состояние заряда двойного электрического слоя дисперсной фазы. Получено оптимальное объемное соотношение компонентов золя TiO 2 и этанола, дающее оптимальное соотношение между возможными значениями вязкости и поверхностного натяжения материала для применения полученной жидкости в качестве чернил струйного принтера. Установлено, что образуемые нанокристаллическим золем диоксида титана покрытия имеют высокий показатель преломления во всем видимом диапазоне (не ниже 2,08). Показана возможность нанесения оптических прозрачных микроструктур, обладающих дифракционным эффектом, на прозрачные поверхности. Представлена характеризация морфологии частиц и топология поверхности напечатанных объектов, изученных при помощи оптического и атомно-силового микроскопов. Практическая значимость. Предложен подход для получения цветных, интерференционных изображений с использованием одного вида высокорефрактивных чернил. Метод открывает новые возможности для рулонной технологии производства защищенных оптических структур на гибких полимерных субстратах. Ключевые слова струйная печать, оптические структуры, прозрачные покрытия, диоксид титана, дифракция
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.