Introduktion
En fotopolymer består normalt af monomerer, oligomerer og fotoinitiatorer, som krydsbinder for at danne en netværksstruktur, når de udsættes for lys, ofte i det ultraviolette eller synlige område af det elektromagnetiske spektrum (se figur 1). Fotohærdning er en relativt hurtig proces sammenlignet med termisk Hærdning (tværbindingsreaktioner)Bogstaveligt oversat betyder udtrykket "crosslinking" "krydsnetværk". I kemisk sammenhæng bruges det om reaktioner, hvor molekyler knyttes sammen ved at indføre kovalente bindinger og danne tredimensionelle netværk.hærdning, og derfor kan processen bruges til selektiv Hærdning (tværbindingsreaktioner)Bogstaveligt oversat betyder udtrykket "crosslinking" "krydsnetværk". I kemisk sammenhæng bruges det om reaktioner, hvor molekyler knyttes sammen ved at indføre kovalente bindinger og danne tredimensionelle netværk.hærdning ved hjælp af højenergi-lyskilder, hvilket gør processen velegnet til printning af printkort og fremstilling af mikrochips. Fotopolymerer anvendes i vid udstrækning inden for medicinsk teknologi, 3D-printning, belægning, klæbemiddel og proto-resist [1].
Reologiske målinger bruges ofte til at karakterisere udviklingen af fotopolymerers viskoelastiske egenskaber under fotohærdning. Ved at måle ændringen i Kompleks modulusDet komplekse modul består af to komponenter, lagringsmodulet og tabsmodulet. Lagringsmodulet (eller Youngs modul) beskriver stivheden, og tabsmodulet beskriver den tilsvarende prøves dæmpende (eller viskoelastiske) opførsel ved hjælp af metoden for dynamisk mekanisk analyse (DMA). kompleks modulus (G*) er det muligt at estimere tværbindingshastigheden. Derudover har fotopolymerer en tendens til at vise betydelig krympning efter Hærdning (tværbindingsreaktioner)Bogstaveligt oversat betyder udtrykket "crosslinking" "krydsnetværk". I kemisk sammenhæng bruges det om reaktioner, hvor molekyler knyttes sammen ved at indføre kovalente bindinger og danne tredimensionelle netværk.hærdning afhængigt af monomerkoncentrationen. Rheometerets normale kraftkontrolfunktion gør det muligt at måle den vertikale krympning under hærdningen ud fra ændringen i mellemrummet under en konstant påført kraft. Dette kan bruges til at beregne procentdelen af krympning efter Hærdning (tværbindingsreaktioner)Bogstaveligt oversat betyder udtrykket "crosslinking" "krydsnetværk". I kemisk sammenhæng bruges det om reaktioner, hvor molekyler knyttes sammen ved at indføre kovalente bindinger og danne tredimensionelle netværk.hærdning. Fotopolymerers tværbindingskinetik har en tendens til at være meget afhængig af UV-lysets intensitet og eksponeringstidens længde. Det er også vigtigt at huske på, at lysstrålens intensitet reduceres med afstanden fra den bestrålende overflade.
Eksperimentel
- Tværbindingshastighed og krympning efter Hærdning (tværbindingsreaktioner)Bogstaveligt oversat betyder udtrykket "crosslinking" "krydsnetværk". I kemisk sammenhæng bruges det om reaktioner, hvor molekyler knyttes sammen ved at indføre kovalente bindinger og danne tredimensionelle netværk.hærdning af to forskellige UV-hærdende klæbemidler blev evalueret og sammenlignet under anbefalede procesbetingelser.
- Målinger med rotationsreometer blev foretaget ved hjælp af Kinexus rotationsreometer med UV-tilbehør, som er fastgjort til en cylinderpatron. Flydende klæbemiddel blev doseret på en kvartsglasplade, som blev bestrålet med UV-lys (se figur 2). Der blev brugt et engangssystem til måling af parallelle plader til reologimålinger.
- Prøven havde en tykkelse på 0,65 mm, og der blev udført en oscillationsmåling med en enkelt frekvens under en kontrolbelastning på 0,1 % ved 1 Hz.
- Der blev brugt en standard belastningssekvens for at sikre, at begge prøver blev udsat for en ensartet og kontrollerbar belastningsprotokol.
- OmniCure® Serie 2000 UV/Visible Spot Curing Unit blev brugt med en 8 mm diameter OmniCure® flydende lysleder til at belyse prøven med UV-lys. Lyskildens bølgelængde dækker 320 nm - 500 nm. Hærdningsanlægget blev brugt i kalibreringstilstand, og OmniCure® R2000 radiometer blev brugt til at kalibrere UV-outputintensiteten.
- rSpace-softwaren er konfigureret til at kommunikere med OmniCure® S2000 Curing Unit via en RS232-forbindelse, og output-intensiteten kan styres ved at køre en forudkonfigureret standardsekvens i softwaren1. UV-intensitet på 0,5 W/cm2 blev brugt til hærdningstests.
- Alle reologiske målinger blev udført ved 25 °C, og afstanden mellem glaspladen og enden af lyslederen blev holdt den samme.
- En konstant normalkraft på 0 N blev kontrolleret på prøven for at tillade fri bevægelse langs den lodrette akse på grund af krympningen i prøven, når tværbindingen skrider frem.
- OmniCure® S2000 blev styret via rSpace-software, så de interessante reologiske parametre kunne registreres sammen med UV-intensitetsprofilerne.
Resultater og diskussion
Figur 3 viser en kvalitativ sammenligning af tværbindingskinetikken for to forskellige typiske UV-klæbemidler, som bruges i optiske anvendelser. På grund af UV-reaktionens hastighed stiger det komplekse forskydningsmodul (G*) hurtigt, efter at UV-lukkeren er åbnet. Selvom det komplekse modul for forhærdede klæbemidler er ens, er tværbindingshastigheden markant anderledes. Lim - B viser et lavere modul i plateauområdet end lim - A, hvilket indikerer, at tværbindingstætheden og den tilsvarende stivhed, der kan opnås ved afslutningen af hærdningen med et indstillet bestrålingsniveau på 0,5 W/cm2, er lavere end for lim - A.
For mange UV-klæbemidler er krympningen på grund af tværbinding en af de vigtigste parametre, som afgør, om ydeevnen kan accepteres til slutbrug. Figur 4 viser krympningsdata for Adhesive-A målt under konstant normalkraft. rSpace-softwaren er designet til at håndtere denne krympning ved at give brugeren mulighed for at vælge at styre mellemrummet i automatisk spændingstilstand ved en forudvalgt normalkraft. Spalteindstillingstilstanden blev brugt til at belaste prøven, men under hærdningstesten blev der anvendt en normalkraft på nul, så pladen kunne bevæge sig frit, når prøven trak sig sammen. Baseret på resultaterne i figur 4 viser klæbemiddel - A et svind på 8 % mod slutningen af hærdningen.
Konklusion
Denne applikationsnote viser, hvordan in-situ-karakterisering af UV-hærdende materialers reologiske egenskaber kan udføres på et Kinexus rotationsreometer med UV-hærdningstilbehør. Ud fra sådanne målinger kan man følge tværbindingshastigheden og krympningen efter hærdning.