Въведение
Диференциалната сканираща калориметрия (DSC) позволява да се определят температурите на фазовите преходи и енталпиите на преходите, както и реакциите на втвърдяване. Образците обикновено се анализират в тигел с пробит капак при нормално налягане с постоянен поток от прочистващ газ. Диференциалната сканираща калориметрия може да се използва и за изследване на реакциите на фототвърдене [1]. Комбинацията от UV лампа с NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® (фигура 1) се отличава с универсален инструмент тук.
Резултати
Системи за единично втвърдяване: Сравнение "добър/лош" на 2 печатарски мастила
Пробата се приготвя в отворен тигел, който се облъчва с UV светлина. Интензитетът и времето на облъчване могат да се променят при определена температурна програма. Обикновено се използват изотермични условия или динамична температурна програма.
На фигура 2 са показани резултатите от Photo-DSC за втвърдяване на мастило за ситопечат на акрилатна основа. Изследвани са две проби от различни партиди. Експериментът е проведен при постоянна температура от 35 °C в азотна атмосфера. Облъчването се проведе импулсно с UV импулси с интензитет 1 W/cm² и време на импулса 1 s. От измерването е изчислена кривата на преобразуване, като се приема, че по време на последната стъпка на облъчване вече не се извършва втвърдяване. Последната стъпка на облъчване се изважда от предишните стъпки и енталпията на една стъпка се определя пропорционално на общата енталпия.
Кривата на преобразуване на фигура 3 показва, че има малка разлика в поведението на втвърдяване на "добрата" проба в сравнение с "лошата" проба по време на първите два етапа на облъчване.
На фигура 4 са показани общите енталпии за двете мастила, които показват значителни разлики. "Добрият" образец показва по-висока реактивност в сравнение с "лошия" образец.
Въздействие на газовата атмосфера
Влиянието на кислорода върху поведението при втвърдяване е добре известно за акрилатните системи. Това е показано за "доброто" мастило за ситопечат на фигура 5. UV-DSC измерванията с различни атмосфери могат лесно да се реализират с NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® , като се използват вътрешните регулатори на масовия поток за прецизен поток на прочистващия газ. Резултатите показват, че енталпията за втвърдяване е по-ниска в сравнение с измерването в азотна атмосфера. Присъстващият кислород действа като инхибиращ агент за процеса на UV-втвърдяване [2].
Влияние на цвета върху поведението при втвърдяване
Сините криви на фигура 6 представляват резултатите от UV-DSC за две сини мастила, а червените криви са резултатите от UV-DSC за червените мастила. И двете сини мастила (различни партиди) показват значително по-висока енталпия за UV втвърдяване в сравнение с червените мастила. Отново леки разлики в поведението при втвърдяване на двете партиди мастила от един и същи цвят се наблюдават от UVDSC резултатите. Особено при разработването на нови формули, резултатите от UV-DSC са полезен инструмент за постигане на формули с различни цветове, но с едно и също поведение на втвърдяване, което е необходимо за последващо приложение.
Резултати за система с двойно втвърдяване
Наред с изследването на системи с единичен механизъм на втвърдяване, UV DSC може да се използва и за системи с двойно втвърдяване [3], като например специални видове лепила. Тези видове лепила се втвърдяват не само чрез UV лъчение, но и чрез термичен ефект след втвърдяването. Фигура 7 показва резултатите за такава система. Облъчването с UV светлина в продължение на 1 s при температура на околната среда показва екзотермичен ефект на втвърдяване с енталпия 251 J/g. При нагряване на образеца до 200 °C може да се наблюдава термичен ефект на втвърдяване при 164 °C (пикова температура) с енталпия от 55 J/g. Този пример ясно показва, че пълното характеризиране на поведението на втвърдяване може да се получи от един-единствен UV-DSC експеримент.
Резюме
Диференциалната сканираща калориметрия (DSC) в комбинация с облъчване с UV лампа дава възможност за изследване на процесите на втвърдяване на системите за UV втвърдяване. Получените резултати помагат да се добие представа за механизмите на втвърдяване и кинетиката на реакциите на втвърдяване. Освен това в рамките на един експеримент бяха изследвани системи с двойно втвърдяване.