تحديد ملف المعالجة وانكماش ما بعد المعالجة للبوليمرات الضوئية باستخدام ملحق الأشعة فوق البنفسجية على مقياس الانكماش الدوراني

مقدمة

يتكون البوليمر الضوئي عادةً من مونومرات وأوليغومرات وبادئات ضوئية ترتبط ببعضها البعض لتشكيل بنية شبكية عند تعرضها للضوء، وغالبًا ما يكون ذلك في المنطقة فوق البنفسجية أو المرئية من الطيف الكهرومغناطيسي (انظر الشكل 1). تُعد المعالجة الضوئية عملية سريعة نسبيًا مقارنةً بالمعالجة الحرارية، وبالتالي يمكن استخدام العملية للمعالجة الانتقائية باستخدام مصادر ضوء عالية الطاقة، مما يجعل العملية مناسبة لطباعة لوحات الدوائر وتصنيع الرقائق الدقيقة. تُستخدم البوليمرات الضوئية على نطاق واسع في التقنيات الطبية والطباعة ثلاثية الأبعاد والطلاء والمواد اللاصقة والمقاومة الأولية [1].

تُستخدم القياسات الانسيابية بشكل شائع لتوصيف تطور الخصائص اللزجة المرنة للبوليمرات الضوئية أثناء المعالجة الضوئية. ومن خلال قياس التغير في المعامل المركب (G*)، يمكن تقدير معدل الارتباط المتقاطع. بالإضافة إلى ذلك، تميل البوليمرات الضوئية إلى إظهار انكماش كبير بعد المعالجة اعتمادًا على تركيز المونومر. تسمح إمكانية التحكم في القوة العادية على مقياس الانكماش بقياس الانكماش الرأسي أثناء المعالجة من التغير في الفجوة تحت قوة تطبيق ثابتة. ويمكن استخدام ذلك لحساب النسبة المئوية للانكماش بعد المعالجة. تميل حركية الارتباط المتقاطع للبوليمرات الضوئية إلى الاعتماد الشديد على شدة الأشعة فوق البنفسجية وطول فترة التعرض. ومن المهم أيضًا أن نضع في اعتبارنا أن شدة شعاع الضوء تقل مع المسافة من السطح المشع.

تجريبي

• تم تقييم ومقارنة معدل الارتباط المتقاطع والانكماش بعد المعالجة لمواد لاصقة مختلفة قابلة للمعالجة بالأشعة فوق البنفسجية في ظل ظروف المعالجة الموصى بها.
• تم إجراء قياسات مقياس الانسيابية الدورانية باستخدام مقياس الانسيابية الدورانية Kinexus مع ملحق الأشعة فوق البنفسجية المتصل بخرطوشة أسطوانة. تم توزيع المادة اللاصقة السائلة على صفيحة زجاجية من الكوارتز تم من خلالها تشعيع الأشعة فوق البنفسجية (انظر الشكل 2). تم استخدام نظام قياس اللوح المتوازي القابل للتصرف لقياسات الريولوجيا.
• كان سُمك العينة 0.65 مم وتم إجراء قياس تذبذبي بتردد واحد تحت إجهاد متحكم بنسبة 0.1% عند 1 هرتز.
• استُخدم تسلسل تحميل قياسي لضمان خضوع كلتا العينتين لبروتوكول تحميل متسق ويمكن التحكم فيه.
• استُخدمت وحدة المعالجة الموضعية بالأشعة فوق البنفسجية/المرئية من سلسلة OmniCure^® 2000 مع موجه ضوئي سائل OmniCure^® بقطر 8 مم لإضاءة العينة بالأشعة فوق البنفسجية. يغطي الطول الموجي لمصدر الضوء 320 نانومتر - 500 نانومتر. استُخدمت وحدة المعالجة في وضع المعايرة واستخدم مقياس الإشعاع OmniCure^® R2000 لمعايرة شدة خرج الأشعة فوق البنفسجية.

• تمت تهيئة برنامج rSpace للتواصل مع وحدة المعالجة OmniCure^® S2000 عبر اتصال RS232 ويمكن التحكم في شدة الخرج عن طريق تشغيل تسلسل قياسي مهيأ مسبقًا في البرنامج1. تم استخدام شدة الأشعة فوق البنفسجية 0.5 واط/سم2 لاختبارات المعالجة.
• أُجريت جميع القياسات الانسيابية عند درجة حرارة 25 درجة مئوية وتم الحفاظ على المسافة بين اللوح الزجاجي ونهاية موجه الضوء كما هي.
• تم التحكم في قوة عمودية ثابتة 0 نيوتن على العينة للسماح بحرية الحركة على طول المحور الرأسي بسبب الانكماش داخل العينة مع تقدم التشابك.
• تم التحكم في جهاز OmniCure^® S2000 من خلال برنامج rSpace، بحيث يمكن تسجيل المعلمات الانسيابية ذات الأهمية إلى جانب ملامح شدة الأشعة فوق البنفسجية.

النتائج والمناقشة

يوضح الشكل 3 المقارنة النوعية لحركية الربط المتقاطع لمواد لاصقة نموذجية مختلفة للأشعة فوق البنفسجية التي تستخدم في التطبيقات البصرية. بسبب سرعة تفاعل الأشعة فوق البنفسجية، يرتفع معامل القص المعقد (G*) بسرعة بعد فتح مصراع الأشعة فوق البنفسجية. على الرغم من أن المعامل المعقد للمواد اللاصقة المعالجة مسبقًا متشابهة، إلا أن معدل الارتباط المتقاطع يختلف اختلافًا كبيرًا. تُظهر المادة اللاصقة - B معامل أقل في منطقة الهضبة من المادة اللاصقة - A مما يشير إلى أن كثافة الارتباط المتقاطع والصلابة المقابلة التي يمكن تحقيقها في نهاية المعالجة مع مستوى تشعيع محدد يبلغ 0.5 ^وات/سم2 أقل من المادة اللاصقة - A.

بالنسبة للكثير من المواد اللاصقة بالأشعة فوق البنفسجية، يعد الانكماش الناتج عن التشابك المتقاطع أحد المعلمات الرئيسية، والتي تقرر قبول الأداء لتطبيقات الاستخدام النهائي. يُظهر الشكل 4 بيانات الانكماش للمادة اللاصقة A المقاسة تحت قوة عمودية ثابتة. تم تصميم برنامج rSpace للتعامل مع هذا الانكماش من خلال السماح للمستخدم باختيار التحكم في الفجوة في وضع الشد التلقائي عند قوة عمودية محددة مسبقًا. تم استخدام وضع ضبط الفجوة لتحميل العينة؛ ومع ذلك، أثناء اختبار المعالجة تم تطبيق قوة عمودية صفرية تسمح بحرية حركة اللوحة مع انكماش العينة. استنادًا إلى النتائج الواردة في الشكل 4، تُظهر المادة اللاصقة - A انكماشًا بنسبة 8% في نهاية المعالجة.

الخاتمة

توضح هذه المذكرة التطبيقية كيف يمكن إجراء التوصيف في الموقع للخصائص الانسيابية للمواد القابلة للمعالجة بالأشعة فوق البنفسجية على مقياس الانسيابية الدورانية Kinexus مع ملحق المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية. ومن خلال هذه القياسات، يمكن متابعة معدل الارتباط المتقاطع والانكماش بعد المعالجة.