Johdanto
Differentiaalisen pyyhkäisykalorimetrian (DSC) avulla voidaan määrittää faasimuutoslämpötilat ja siirtymäentalpiat, myös kovettumisreaktioiden osalta. Näytteet analysoidaan yleensä upokkaassa, jossa on lävistetty kansi, normaalipaineessa ja jatkuvalla puhdistuskaasuvirralla. Differentiaalipyyhkäisykalorimetriaa voidaan käyttää myös valokovettumisreaktioiden tutkimiseen [1]. UV-lampun ja NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® (kuva 1) yhdistelmä on monipuolinen työkalu.
Tulokset
Yksittäiset kovettumisjärjestelmät: 2 painovärin "hyvä/huono" vertailu.
Näyte valmistetaan avoimeen upokkaaseen, joka säteilytetään UV-valolla. Intensiteettiä ja säteilytysaikaa voidaan vaihdella määritellyssä lämpötilaohjelmassa. Yleensä käytetään isotermisiä olosuhteita tai dynaamista lämpötilaohjelmaa.
Kuvassa 2 esitetään Photo-DSC:n tulokset akrylaattipohjaisen silkkipainovärin kovettamisesta. Tutkittiin kahta eri erää olevia näytteitä. Koe suoritettiin 35 °C:n vakiolämpötilassa typpi-ilmakehässä. Säteilytys tapahtui pulssimaisesti UV-pulsseilla, joiden intensiteetti oli 1 W/cm² ja pulssiaika 1 s. Mittauksesta lasketaan konversiokäyrä olettaen, että viimeisen säteilytysvaiheen aikana ei enää tapahdu kovettumista. Viimeinen säteilytysvaihe vähennettiin edellisistä vaiheista, ja yksittäisen vaiheen entalpia asetettiin verrannolliseksi kokonaisentalpiaan.
Kuvassa 3 esitetty muuntokäyrä osoittaa, että "hyvän" näytteen kovettumiskäyttäytymisessä on pieni ero "huonoon" näytteeseen verrattuna kahden ensimmäisen säteilytysvaiheen aikana.
Kuvassa 4 esitetään näiden kahden musteen kokonaisentalpiat, joissa on merkittäviä eroja. "Hyvä" näyte on reaktiivisempi kuin "huono" näyte.
Kaasuilmakehän vaikutus
Hapen vaikutus kovettumiskäyttäytymiseen tunnetaan hyvin akrylaattijärjestelmien osalta. Tämä on esitetty "hyvän" silkkipainovärin osalta kuvassa 5. UV-DSC-mittaukset eri ilmakehissä voidaan helposti toteuttaa NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® -laitteella, jossa käytetään sisäisiä massavirtaussäätimiä tarkan puhdistuskaasuvirtauksen aikaansaamiseksi. Tulokset osoittavat, että kovettumisen entalpia on alhaisempi verrattuna mittaukseen typpi-ilmakehässä. Nykyinen happi toimii UV-kovettumisprosessin inhibiittorina [2].
Värin vaikutus kovettumiskäyttäytymiseen
Kuvassa 6 olevat siniset käyrät ovat kahden sinisen musteen UV-DSC-tuloksia ja punaiset käyrät punaisen musteen UV-DSC-tuloksia. Molempien sinisten musteiden (eri erät) UV-kovettumisen entalpia on huomattavasti korkeampi kuin punaisten musteiden. UV-DSC-tulokset osoittavat jälleen pieniä eroja kahden samanvärisen muste-erän kovettumiskäyttäytymisessä. UV-DSC-tulokset ovat hyödyllinen väline erityisesti uusien formuloiden kehittämisessä, jotta saadaan aikaan erivärisiä mutta samalla tavalla kovettuvia formuloita, jotka ovat välttämättömiä myöhempää käyttöä varten.
Kaksoiskovettumisjärjestelmän tulokset
Sen lisäksi, että UV-DSC:tä voidaan käyttää yhden kovettumismekanismin järjestelmien tutkimiseen, sitä voidaan käyttää myös kaksoiskovettuviin järjestelmiin [3], kuten erityyppisiin liimoihin. Tällaiset liimat eivät kovetu ainoastaan UV-säteilyn vaikutuksesta, vaan niissä on myös terminen jälkikovettumisvaikutus. Kuvassa 7 esitetään tällaisen järjestelmän tulokset. UV-valon säteilytys 1 s ajan ympäristön lämpötilassa osoittaa eksotermistä kovettumisvaikutusta, jonka entalpia on 251 J/g. Kuumennettaessa näyte 200 °C:seen voidaan havaita terminen kovettumisvaikutus 164 °C:ssa (huippulämpötila), entalpia 55 J/g. Tämä esimerkki osoittaa selvästi, että kovettumiskäyttäytymisen täydellinen karakterisointi voidaan saada yhdestä UV-DSC-kokeesta.
Yhteenveto
Differentiaalinen pyyhkäisykalorimetria (DSC) yhdessä UV-lampun säteilyn kanssa mahdollistaa UV-kovetusjärjestelmien kovettumisprosessien tutkimisen. Saatujen tulosten avulla saadaan käsitys kovettumismekanismeista ja kovettumisreaktioiden kinetiikasta. Lisäksi tutkittiin kaksoiskovetteisia järjestelmiä yhdessä kokeessa.