Въведение
Фотополимерът обикновено се състои от мономери, олигомери и фотоинициатори, които се свързват помежду си и образуват мрежова структура, когато са изложени на светлина, често в ултравиолетовата или видимата област на електромагнитния спектър (вж. фигура 1). Фототвърдеенето е сравнително бърз процес в сравнение с термичното втвърдяване и следователно процесът може да се използва за селективно втвърдяване с помощта на високоенергийни светлинни източници, което прави процеса подходящ за отпечатване на печатни платки и производство на микрочипове. Фотополимерите намират широко приложение в медицината, 3D-принтирането, технологиите за нанасяне на покрития, лепила и проторезисти [1].
Реологичните измервания обикновено се използват за характеризиране на прогресията на вискоеластичните свойства на фотополимерите по време на фототвърдеенето. Чрез измерване на промяната в комплексния модул (G*) е възможно да се оцени скоростта на омрежване. Освен това фотополимерите са склонни да показват значително свиване след втвърдяване в зависимост от концентрацията на мономера. Възможността за контрол на нормалната сила на реометъра позволява измерването на вертикалното свиване по време на втвърдяването от промяната в разстоянието при постоянно приложена сила. Това може да се използва за изчисляване на процента на свиване след втвърдяване. Кинетиката на омрежване на фотополимерите обикновено има много силна зависимост от интензитета на ултравиолетовата светлина и продължителността на експозицията. Важно е също така да се има предвид, че интензивността на светлинния лъч намалява с отдалечаването от облъчващата повърхност.
Експериментален
- Скоростта на омрежване и свиването след втвърдяване на две различни лепила, устойчиви на ултравиолетови лъчи, бяха оценени и сравнени при препоръчаните условия на процеса.
- Измерванията с ротационен реометър бяха направени с помощта на ротационен реометър Kinexus с UV аксесоар, който е прикрепен към цилиндрична касета. Течното лепило е дозирано върху плоча от кварцово стъкло, през която е облъчена с UV светлина (вж. фигура 2). За реологичните измервания е използвана измервателна система за паралелни плочи за еднократна употреба.
- Дебелината на образеца беше 0,65 mm и беше извършено едно честотно осцилационно измерване при контролна деформация от 0,1 % при 1 Hz.
- Използвана е стандартна последователност на натоварване, за да се гарантира, че и двете проби са подложени на последователен и контролируем протокол на натоварване.
- OmniCure® Използван е уред за UV/визуално точково втвърдяване от серия 2000 с течен световод с диаметър 8 mm OmniCure® за осветяване на пробата с UV светлина. Дължината на вълната на светлинния източник обхваща 320 nm - 500 nm. Устройството за втвърдяване е използвано в режим на калибриране, а за калибриране на изходния интензитет на ултравиолетовата светлина е използван радиометър OmniCure® R2000.
- софтуерът rSpace е конфигуриран да комуникира с устройството за втвърдяване OmniCure® S2000 чрез връзка RS232 и интензивността на изхода може да се контролира чрез стартиране на стандартна предварително конфигурирана последователност в софтуера1. За тестовете за втвърдяване е използван UV интензитет от 0,5 W/cm2 .
- Всички реологични измервания са извършени при 25°C, като разстоянието между стъклената плоча и края на световода е запазено същото.
- Върху образеца е упражнявана постоянна нормална сила от 0 N, за да се позволи свободно движение по вертикалната ос поради свиването на образеца при омрежването.
- Управлението на OmniCure® S2000 се извършваше чрез софтуера rSpace, така че реологичните параметри, които представляват интерес, можеха да се записват заедно с профилите на интензитета на UV лъчите.
Резултати и обсъждане
Фигура 3 показва качествено сравнение на кинетиката на омрежване на две различни типични UV лепила, които се използват в оптични приложения. Поради скоростта на UV реакцията комплексният модул на срязване (G*) нараства бързо след отваряне на UV заслона. Въпреки че комплексният модул на срязване на предварително втвърдените лепила е сходен, скоростта на омрежване е значително различна. Лепило - В показва по-нисък модул в областта на платото, отколкото лепило - А, което показва, че плътността на омрежване и съответната твърдост, постижима в края на втвърдяването при зададено ниво на облъчване от 0,5 W/cm2, е по-ниска, отколкото за лепило - А.
За много UV лепила свиването, дължащо се на омрежването, е един от ключовите параметри, който определя приемливостта на характеристиките за крайните приложения. На фигура 4 са показани данни за свиване за лепило-A, измерени при постоянна нормална сила. Софтуерът rSpace е проектиран така, че да се справя с това свиване, като позволява на потребителя да избере да контролира разстоянието в режим на автоматично опъване при предварително избрана нормална сила. Режимът за определяне на разстоянието е използван за натоварване на образеца; по време на изпитването за втвърдяване обаче е приложена нулева нормална сила, която позволява свободно движение на плочата при свиване на образеца. Въз основа на резултатите от фигура 4, лепило - А показва свиване от 8 % към края на втвърдяването.
Заключение
Тази приложна бележка показва как може да се извърши охарактеризиране на място на реологичните свойства на материали, втвърдявани с UV лъчи, с ротационен реометър Kinexus с аксесоар за втвърдяване с UV лъчи. От тези измервания може да се проследи скоростта на омрежване и свиването след втвърдяване.