Εισαγωγή
Η διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης (DSC) επιτρέπει τον προσδιορισμό των θερμοκρασιών μετάβασης φάσης και των ενθαλπιών μετάβασης, καθώς και των αντιδράσεων σκλήρυνσης. Τα δείγματα αναλύονται συνήθως σε χωνευτήρι με διάτρητο καπάκι υπό κανονική πίεση με σταθερή ροή αερίου καθαρισμού. Η θερμιδομετρία διαφορικής σάρωσης μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη διερεύνηση αντιδράσεων φωτοσκλήρυνσης [1]. Ο συνδυασμός μιας λάμπας υπεριώδους ακτινοβολίας με το NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® (σχήμα 1) διαθέτει εδώ ένα ευέλικτο εργαλείο.
Αποτελέσματα
Συστήματα μονής σκλήρυνσης: 2 μελανιών εκτύπωσης
Το δείγμα παρασκευάζεται σε ένα ανοιχτό χωνευτήρι το οποίο ακτινοβολείται με υπεριώδες φως. Η ένταση και ο χρόνος ακτινοβόλησης μπορούν να μεταβληθούν σε ένα καθορισμένο πρόγραμμα θερμοκρασίας. Γενικά χρησιμοποιούνται ισοθερμικές συνθήκες ή ένα δυναμικό πρόγραμμα θερμοκρασίας.
Στο σχήμα 2 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της Photo-DSC για τη σκλήρυνση ενός μελανιού μεταξοτυπίας με βάση ακρυλικό. Διερευνήθηκαν δύο δείγματα διαφορετικού lots. Το πείραμα διεξήχθη σε σταθερή θερμοκρασία 35°C υπό ατμόσφαιρα αζώτου. Η ακτινοβόληση πραγματοποιήθηκε με παλμικό τρόπο με παλμούς UV με ένταση 1 W/cm² και χρόνο παλμού 1 s. Από τη μέτρηση υπολογίζεται η καμπύλη μετατροπής, θεωρώντας ότι κατά τη διάρκεια του τελευταίου βήματος ακτινοβόλησης δεν πραγματοποιείται πλέον σκλήρυνση. Το τελευταίο βήμα ακτινοβόλησης αφαιρέθηκε από τα προηγούμενα βήματα και η ενθαλπία ενός μεμονωμένου βήματος ορίστηκε ανάλογη της συνολικής ενθαλπίας.
Η καμπύλη μετατροπής στο σχήμα 3 δείχνει ότι υπάρχει μια μικρή διαφορά στη συμπεριφορά σκλήρυνσης του "καλού" δείγματος σε σύγκριση με το "κακό" δείγμα κατά τα δύο πρώτα στάδια ακτινοβόλησης.
Στο Σχήμα 4 απεικονίζονται οι ολικές ενθαλπίες για τα δύο μελάνια, οι οποίες παρουσιάζουν σημαντικές διαφορές. Το "καλό" δείγμα παρουσιάζει υψηλότερη αντιδραστικότητα σε σύγκριση με το "φτωχό" δείγμα.
Επίδραση της ατμόσφαιρας αερίου
Η επίδραση του οξυγόνου στη συμπεριφορά σκλήρυνσης είναι γνωστή για τα ακρυλικά συστήματα. Αυτό φαίνεται για το "καλό" μελάνι μεταξοτυπίας στο σχήμα 5. Οι μετρήσεις UV-DSC με διαφορετικές ατμόσφαιρες μπορούν εύκολα να πραγματοποιηθούν με το NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® χρησιμοποιώντας τους εσωτερικούς ελεγκτές ροής μάζας για ακριβή ροή αερίου καθαρισμού. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η ενθαλπία για τη σκλήρυνση είναι χαμηλότερη σε σύγκριση με τη μέτρηση υπό ατμόσφαιρα αζώτου. Το παρόν οξυγόνο δρα ως ανασταλτικός παράγοντας για τη διαδικασία σκλήρυνσης με υπεριώδη ακτινοβολία [2].
Επίδραση του χρώματος στη συμπεριφορά σκλήρυνσης
Οι μπλε καμπύλες στο σχήμα 6 αντιπροσωπεύουν τα αποτελέσματα UV-DSC για δύο μπλε μελάνια και οι κόκκινες καμπύλες είναι τα αποτελέσματα UV-DSC για τα κόκκινα μελάνια. Και τα δύο μπλε μελάνια (διαφορετικά lots) παρουσιάζουν σημαντικά υψηλότερη ενθαλπία για τη σκλήρυνση με υπεριώδη ακτινοβολία σε σύγκριση με τα κόκκινα μελάνια. Και πάλι, μικρές διαφορές στη συμπεριφορά σκλήρυνσης των δύο μελανιών lots του ίδιου χρώματος παρακολουθούνται από τα αποτελέσματα UVDSC. Ειδικά για την ανάπτυξη νέων σκευασμάτων, τα αποτελέσματα UV-DSC αποτελούν χρήσιμο εργαλείο για την επίτευξη σκευασμάτων διαφορετικού χρώματος αλλά με την ίδια συμπεριφορά σκλήρυνσης, η οποία είναι απαραίτητη για τη μετέπειτα εφαρμογή.
Αποτελέσματα για ένα σύστημα διπλής σκλήρυνσης
Παράλληλα με τη διερεύνηση συστημάτων με ένα μόνο μηχανισμό σκλήρυνσης, η UV DSC μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για συστήματα διπλής σκλήρυνσης [3], όπως ειδικοί τύποι συγκολλητικών. Αυτά τα είδη συγκολλητικών δεν σκληραίνουν μόνο με υπεριώδη ακτινοβολία, αλλά παρουσιάζουν και θερμικό αποτέλεσμα μετασκλήρυνσης. Στο σχήμα 7 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα για ένα τέτοιο σύστημα. Η ακτινοβολία με υπεριώδη ακτινοβολία για 1 s σε θερμοκρασία περιβάλλοντος παρουσιάζει ένα εξώθερμο αποτέλεσμα σκλήρυνσης με ενθαλπία 251 J/g. Με τη θέρμανση του δείγματος στους 200°C, το θερμικό αποτέλεσμα σκλήρυνσης παρατηρήθηκε στους 164°C (μέγιστη θερμοκρασία) με ενθαλπία 55 J/g. Αυτό το παράδειγμα δείχνει σαφώς ότι ο πλήρης χαρακτηρισμός της συμπεριφοράς σκλήρυνσης μπορεί να προκύψει από ένα μόνο πείραμα UV-DSC.
Περίληψη
Η διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης (DSC) σε συνδυασμό με την ακτινοβολία ενός λαμπτήρα υπεριώδους ακτινοβολίας επιτρέπει τη διερεύνηση των διεργασιών σκλήρυνσης των συστημάτων σκλήρυνσης με υπεριώδη ακτινοβολία. Τα αποτελέσματα που λαμβάνονται συμβάλλουν στην κατανόηση των μηχανισμών σκλήρυνσης και της κινητικής των αντιδράσεων σκλήρυνσης. Επιπλέον, διερευνήθηκαν συστήματα διπλής σκλήρυνσης σε ένα μόνο πείραμα.