Inkjet Printing: A Versatile Method for The Fabrication of Functional Patterns

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Der Tintenstrahldruck ist ein Verfahren, bei dem ein digitales Bild auf eine ebene Fläche abgebildet wird, indem eine große Anzahl an Tropfen auf einem Substrat aufgebracht wird. Diese Methode erlaubt einen einfachen und effizienten Druck von Texten und Graphiken ohne den Bedarf von Druckzylindern oder Druckformen. Dadurch wächst auch das Interesse an dieser Technologie zur Herstellung von Funktionsmustern in anderen Bereichen, wie der Elektronik, der Optik oder den Biowissenschaften. Die Qualität des Druckbildes hängt stark von der Wechselwirkung zwischen Drucker, Substrat und Tinte ab. Diese Arbeit konzentrierte sich auf die Entwicklung und Erforschung von Tinten für Optik und Elektronik, aber auch für Grafiktinten, welche für den Druck auf Lebensmittelverpackungen geeignet sein sollen. Der erste Teil beschäftigt sich mit der Erforschung einer UV Tinte für die Herstellung von dehnbaren optischen Wellenleitern. Um einen effizienten Wellenleiter zu erhalten, sollen die gedruckten Strukturen auf dem Substrat einen Kontaktwinkel nahe 90° aufweisen. Das entwickelte System basierte auf einer Tintenformulierung bestehend aus Vinylether, Urethanacrylat und PDMS als Substrat. Um die Funktionalität zu bestätigen, wurden die Leitfähigkeit und Dehnbarkeit der gedruckten Wellenleiter untersucht. Der zweite Teil dieser Arbeit, beschäftigt sich mit der Entwicklung einer partikelfreien, silberbasierten Tinte für die Herstellung dehnbarer Elektronik. Kommerziell erhältliche Tinten für diese Anwendungen enthalten meist Silbernanopartikeln oder Silberflocken. Diese Formulierungen benötigen üblicherweise hohe Sintertemperaturen, wodurch es zur Degradation des Substrates kommen kann. Die in dieser Arbeit entwickelte Tinte basiert auf einer modifizierten Tollens Reaktion, ist partikelfrei und kann bei Temperaturen von ca. 100 °C in ein leitfähiges Komposit bestehend aus Silbernanopartikeln und Elastomer umgewandelt werden. Der dritte Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Erforschung einer Tinte für bioabbaubare Elektronik. Die Motivation dahinter war das stetig wachsende Entsorgungsproblem von Elektronikabfall. Das Recycling von Kunststoffelementen, die in der Elektronik als Matrix verwendet werden, ist durch Zusatzstoffe, wie z.B. Flammschutzmittel problematisch, weshalb in dieser Arbeit Cellulose als Substrat getestet wurde. Die entwickelte Tinte basierte auf Silberacetat und 1-Methylimidazol, welches gleichzeitig als Lösungsmittel und als Komplexbildner für das Silbersalz (Silberacetat) diente. Durch ein spezielles Verfahren ist es möglich die Tinte vor der Reduktion mit UV-Licht ins Substrat eindringen zu lassen und so konnten elektrische Leiterbahnen in vertikaler Richtung durch das Substrat hindurch erhalten werden. Weiters war es auch möglich die Biodegradierbarkeit des Cellulose Substrats durch das Enzym Cellulase T. Reseei zu zeigen. Der vierte Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Erforschung von UV-härtenden, wasserbasierten Tintenformulierungen. Ziel dabei war es ein migrationsarmes Tintensystem, welches für den Druck auf Lebensmittelverpackungen geeignet ist, zu entwickeln. Hierfür wurden thermisch härtbare und UV-reaktive Polymerdispersionen getestet. Im Zuge der Arbeit wurden die Filmhärtung und das Haftungsverhalten von pigmentierten Formulierungen auf definierten Substraten sowie die Topfzeit und das Druckverhalten der Tintensysteme untersucht. Abschließend wurde das Tintensystem auch hinsichtlich der Migration von Photoinitiator Irgacure 2959 und seiner Spaltprodukte charakterisiert.

Details

Titel in ÜbersetzungTintenstrahldruck: ein vielseitiges Verfahren zur Herstellung von funktionellen Strukturen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2019