Úvod
Fotopolymer se obvykle skládá z monomerů, oligomerů a fotoiniciátorů, které se po vystavení světlu, často v ultrafialové nebo viditelné oblasti elektromagnetického spektra, zesíťují a vytvářejí síťovou strukturu (viz obrázek 1). Fototvrzení je ve srovnání s tepelným Vytvrzování (síťovací reakce)V doslovném překladu termín "crosslinking" znamená "křížové propojení". V chemickém kontextu se používá pro reakce, při nichž se molekuly spojují kovalentními vazbami a vytvářejí trojrozměrné sítě.vytvrzováním relativně rychlý proces, a proto lze tento proces použít k selektivnímu vytvrzování pomocí vysokoenergetických světelných zdrojů, což jej činí vhodným pro tisk desek plošných spojů a výrobu mikročipů. Fotopolymery se široce využívají v lékařství, při 3D tisku, při výrobě nátěrů, lepidel a protorezistentních technologií [1].
K charakterizaci průběhu viskoelastických vlastností fotopolymerů během fototvrzení se běžně používají reologická měření. Měřením změny komplexního modulu pružnosti (G*) lze odhadnout rychlost síťování. Kromě toho mají fotopolymery tendenci vykazovat výrazné smrštění po vytvrzení v závislosti na koncentraci monomeru. Možnost regulace normální síly na reometru umožňuje měřit vertikální smrštění během vytvrzování ze změny mezery při konstantní působící síle. To lze použít k výpočtu procenta smrštění po vytvrzení. Kinetika síťování fotopolymerů bývá velmi silně závislá na intenzitě UV záření a délce expozice. Je také důležité mít na paměti, že intenzita světelného paprsku se snižuje se vzdáleností od ozařovaného povrchu.
Experimentální
- Rychlost zesíťování a smrštění po vytvrzení dvou různých UV vytvrzovaných lepidel byla vyhodnocena a porovnána za doporučených procesních podmínek.
- Rotační reometrická měření byla provedena pomocí rotačního reometru Kinexus s UV příslušenstvím, které jsou připojeny k válcové kazetě. Tekuté lepidlo bylo dávkováno na desku z křemenného skla, přes kterou bylo ozařováno UV světlem (viz obrázek 2). Pro reologická měření byl použit jednorázový paralelní měřicí systém s deskami.
- Tloušťka vzorku byla 0,65 mm a bylo provedeno jednofrekvenční oscilační měření při kontrolní deformaci 0,1 % při 1 Hz.
- Byla použita standardní sekvence zatěžování, aby bylo zajištěno, že oba vzorky byly podrobeny konzistentnímu a kontrolovatelnému protokolu zatěžování.
- OmniCure® K osvětlení vzorku UV světlem byla použita jednotka pro bodové vytvrzování UV/Visible Series 2000 s kapalinovým světlovodem o průměru 8 mm OmniCure®. Vlnová délka světelného zdroje pokrývá 320 nm - 500 nm. Vytvrzovací jednotka byla použita v kalibračním režimu a ke kalibraci výstupní intenzity UV záření byl použit radiometr OmniCure® R2000.
- rSpace software je nakonfigurován tak, aby komunikoval s vytvrzovací jednotkou OmniCure® S2000 prostřednictvím připojení RS232 a intenzitu výstupu lze ovládat spuštěním standardní předkonfigurované sekvence v softwaru1. Pro zkoušky vytvrzování byla použita intenzita UV záření 0,5 W/cm2 .
- Všechna reologická měření byla prováděna při teplotě 25 °C a vzdálenost mezi skleněnou deskou a koncem světlovodu byla zachována stejná.
- Na vzorek byla působena konstantní normálová síla 0 N, aby byl umožněn volný pohyb podél svislé osy v důsledku smršťování uvnitř vzorku v průběhu síťování.
- Přístroj OmniCure® S2000 byl řízen prostřednictvím softwaru rSpace, takže bylo možné zaznamenávat reologické parametry zájmu spolu s profily intenzity UV záření.
Výsledky a diskuse
Obrázek 3 ukazuje kvalitativní srovnání kinetiky síťování dvou různých typických UV lepidel, která se používají v optických aplikacích. Vzhledem k rychlosti UV reakce se Komplexní modul ve smyku (G*)Modul pružnosti ve smyku je měřítkem tuhosti materiálu. komplexní modul ve smyku (G*) po otevření UV závěrky rychle zvyšuje. Ačkoli jsou komplexní moduly pružnosti předvytvrzených lepidel podobné, rychlost síťování se výrazně liší. Lepidlo - B vykazuje nižší modul v oblasti plató než lepidlo - A, což naznačuje, že HustotaHmotnostní hustota je definována jako poměr mezi hmotností a objemem. hustota zesíťování a odpovídající tuhost dosažitelná na konci vytvrzování při nastavené úrovni ozáření 0,5 W/cm2 je nižší než u lepidla - A.
U mnoha UV lepidel je smrštění způsobené síťováním jedním z klíčových parametrů, který rozhoduje o přijatelnosti výkonu pro konečné použití. Obrázek 4 ukazuje údaje o smrštění pro lepidlo A měřené při konstantní normálové síle. rSpace software byl navržen tak, aby toto smrštění zvládl tím, že umožňuje uživateli zvolit kontrolu mezery v režimu automatického napínání při předem zvolené normálové síle. Režim nastavení mezery byl použit pro zatížení vzorku; během zkoušky vytvrzování však byla použita nulová normálová síla, která umožnila volný pohyb desky při smršťování vzorku. Podle výsledků na obrázku 4 vykazuje lepidlo - A ke konci vytvrzování smrštění 8 %.
Závěr
Tato aplikační poznámka ukazuje, jak lze provádět in-situ charakterizaci reologických vlastností UV vytvrzovaných materiálů na rotačním reometru Kinexus s příslušenstvím pro UV vytvrzování. Na základě těchto měření lze sledovat rychlost síťování a smršťování po vytvrzení.