Introduktion
Differentialscanningskalorimetri (DSC) gør det muligt at bestemme faseovergangstemperaturer og overgangsenthalpier, også for hærdningsreaktioner. Prøverne analyseres normalt i en smeltedigel med gennembrudt låg under normalt tryk med en konstant rensegasstrøm. Differentialscanningskalorimetri kan også bruges til at undersøge fotohærdningsreaktioner [1]. Kombinationen af en UV-lampe med NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® (figur 1) er et alsidigt værktøj her.
Resultater
Enkelthærdende systemer: Sammenligning af "god/dårlig" af 2 trykfarver
Prøven forberedes i en åben digel, som bestråles med UV-lys. Intensitet og bestrålingstid kan varieres ved et defineret temperaturprogram. Isotermiske forhold eller et dynamisk temperaturprogram anvendes generelt.
Figur 2 viser resultaterne af Photo-DSC til 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 en akrylatbaseret serigrafisk trykfarve. To prøver af forskellige partier blev undersøgt. Forsøget blev udført ved en konstant temperatur på 35 °C under en nitrogenatmosfære. Bestrålingen fandt sted på en pulserende måde med UV-pulser med en intensitet på 1 W/cm² og en pulstid på 1 s. Ud fra målingen beregnes konverteringskurven, idet det antages, at der ikke længere sker 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 under det sidste bestrålingstrin. Det sidste bestrålingstrin blev trukket fra de foregående trin, og entalpien for et enkelt trin blev sat i forhold til den samlede entalpi.
Konverteringskurven i figur 3 viser, at der er en lille forskel i hærdningsadfærden for den "gode" prøve sammenlignet med den "dårlige" prøve under de første to bestrålingstrin.
Figur 4 viser de samlede entalpier for de to trykfarver, som viser betydelige forskelle. Den "gode" prøve viser en højere reaktivitet sammenlignet med den "dårlige" prøve.
Indvirkning af gasatmosfæren
Ilts indflydelse på hærdningsadfærden er velkendt for acrylatsystemer. Dette er vist for den "gode" serigrafisk trykfarve i figur 5. UV-DSC-målinger med forskellige atmosfærer kunne nemt gennemføres med NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® ved hjælp af de interne massestrømregulatorer til en præcis rensegasstrøm. Resultaterne viser, at entalpien for 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 er lavere sammenlignet med målingen under en nitrogenatmosfære. Den nuværende ilt fungerer som et hæmmende middel for UV-hærdningsprocessen [2].
Indflydelse af farven på hærdningsadfærden
De blå kurver i figur 6 repræsenterer UV-DSC-resultaterne for to blå farver, og de røde kurver er UV-DSC-resultaterne for de røde farver. Begge blå trykfarver (forskellige partier) viser en betydeligt højere entalpi for UV-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 sammenlignet med de røde trykfarver. Igen overvåges små forskelle i hærdningsadfærden for de to blækpartier af samme farve af UVDSC-resultaterne. Især til udvikling af nye formuleringer er UV-DSC-resultater et nyttigt værktøj til at opnå formuleringer med forskellige farver, men med samme hærdeadfærd, som er nødvendig for den senere anvendelse.
Resultater for et dobbelthærdende system
Sammen med undersøgelsen af systemer med en enkelt hærdningsmekanisme kan UV DSC også bruges til dobbelthærdende systemer [3] som f.eks. særlige typer af klæbemidler. Disse typer klæbemidler hærder ikke kun ved UV-stråling, de har også en termisk efterhærdningseffekt. Figur 7 viser resultaterne for et sådant system. Bestråling med UV-lys i 1 s ved omgivelsestemperatur viser en EksotermEn prøveovergang eller en reaktion er eksoterm, hvis der udvikles varme.eksoterm hærdningseffekt med en entalpi på 251 J/g. Ved at opvarme prøven til 200 °C kunne den termiske hærdningseffekt observeres ved 164 °C (spidstemperatur) med en entalpi på 55 J/g. Dette eksempel viser tydeligt, at en komplet karakterisering af hærdningsadfærden kan udledes af et enkelt UV-DSC-eksperiment.
Sammenfatning
Differential Scanning Calorimetry (DSC) i kombination med stråling fra en UV-lampe gør det muligt at undersøge hærdningsprocesser i UV-hærdende systemer. De opnåede resultater hjælper med at få et indblik i hærdningsmekanismer og kinetikken i hærdningsreaktioner. Desuden blev dobbelt-hærdende systemer undersøgt i et enkelt eksperiment.