Introduction
Un photopolymère se compose généralement de monomères, d'oligomères et de photo-initiateurs qui se réticulent pour former une structure en réseau lorsqu'ils sont exposés à la lumière, souvent dans la région ultraviolette ou visible du spectre électromagnétique (voir figure 1). La photopolymérisation est un processus relativement rapide par rapport à la polymérisation thermique et peut donc être utilisée pour la polymérisation sélective à l'aide de sources lumineuses à haute énergie, ce qui rend le processus adapté à l'impression de cartes de circuits imprimés et à la fabrication de puces électroniques. Les photo-polymères sont largement utilisés dans les technologies médicales, d'impression 3D, de revêtement, d'adhésif et de proto-résistance [1].
Les mesures rhéologiques sont couramment utilisées pour caractériser l'évolution des propriétés viscoélastiques des photopolymères au cours de la photopolymérisation. En mesurant la variation du Module complexeLe module complexe se compose de deux éléments, le module de stockage et le module de perte. Le module de stockage (ou module de Young) décrit la rigidité et le module de perte décrit le comportement d'amortissement (ou viscoélastique) de l'échantillon correspondant en utilisant la méthode de l'analyse mécanique dynamique (DMA). module complexe (G*), il est possible d'estimer le taux de réticulation. En outre, les photopolymères ont tendance à présenter un retrait important après le Durcissement (réactions de réticulation)Le terme "crosslinking" signifie littéralement "mise en réseau". Dans le contexte chimique, il est utilisé pour les réactions dans lesquelles les molécules sont liées entre elles par l'introduction de liaisons covalentes et la formation de réseaux tridimensionnels.durcissement, en fonction de la concentration du monomère. La capacité de contrôle de la force normale du rhéomètre permet de mesurer le retrait vertical pendant la réticulation à partir de la variation de l'espace sous l'effet d'une force appliquée constante. Cette mesure peut être utilisée pour calculer le pourcentage de rétrécissement après cuisson. La cinétique de réticulation des photopolymères tend à dépendre très fortement de l'intensité de la lumière UV et de la durée d'exposition. Il est également important de garder à l'esprit que l'intensité du faisceau lumineux diminue avec la distance de la surface irradiante.
Expérimental
- Le taux de réticulation et le retrait après réticulation de deux adhésifs UV différents ont été évalués et comparés dans les conditions de traitement recommandées.
- Les mesures au rhéomètre rotatif ont été effectuées à l'aide d'un rhéomètre rotatif Kinexus équipé d'un accessoire UV fixé à une cartouche cylindrique. L'adhésif liquide a été déposé sur une plaque de verre de quartz à travers laquelle la lumière UV a été irradiée (voir figure 2). Un système de mesure à plaques parallèles jetables a été utilisé pour les mesures rhéologiques.
- L'épaisseur de l'échantillon était de 0,65 mm et une mesure oscillatoire à fréquence unique a été effectuée sous une contrainte de contrôle de 0,1 % à 1 Hz.
- Une séquence de chargement standard a été utilisée pour s'assurer que les deux échantillons étaient soumis à un protocole de chargement cohérent et contrôlable.
- OmniCure® L'unité de polymérisation par points UV/Visible de la série 2000 a été utilisée avec un guide de lumière liquide de 8 mm de diamètre ( OmniCure® ) pour éclairer l'échantillon avec de la lumière UV. La longueur d'onde de la source lumineuse couvre 320 nm - 500 nm. L'unité de Durcissement (réactions de réticulation)Le terme "crosslinking" signifie littéralement "mise en réseau". Dans le contexte chimique, il est utilisé pour les réactions dans lesquelles les molécules sont liées entre elles par l'introduction de liaisons covalentes et la formation de réseaux tridimensionnels.durcissement a été utilisée en mode d'étalonnage et le radiomètre R2000 de OmniCure® a été utilisé pour étalonner l'intensité de la sortie UV.
- le logiciel rSpace est configuré pour communiquer avec OmniCure® S2000 Curing Unit via une connexion RS232 et l'intensité de sortie peut être contrôlée en exécutant une séquence standard préconfigurée dans le logiciel1. Une intensité UV de 0,5 W/cm2 a été utilisée pour les essais de Durcissement (réactions de réticulation)Le terme "crosslinking" signifie littéralement "mise en réseau". Dans le contexte chimique, il est utilisé pour les réactions dans lesquelles les molécules sont liées entre elles par l'introduction de liaisons covalentes et la formation de réseaux tridimensionnels.durcissement.
- Toutes les mesures rhéologiques ont été effectuées à 25°C et la distance entre la plaque de verre et l'extrémité du guide de lumière est restée la même.
- Une force normale constante de 0 N a été contrôlée sur l'échantillon pour permettre un mouvement libre le long de l'axe vertical en raison du rétrécissement de l'échantillon au fur et à mesure de la réticulation.
- Le OmniCure® S2000 a été contrôlé par le logiciel rSpace, de sorte que les paramètres rhéologiques d'intérêt ont pu être enregistrés en même temps que les profils d'intensité UV.
Résultats et discussion
La figure 3 montre une comparaison qualitative de la cinétique de réticulation de deux adhésifs UV typiques différents utilisés dans les applications optiques. En raison de la vitesse de la réaction UV, le Module de cisaillement complexe (G*)Le module de cisaillement est une mesure de la rigidité d'un matériau. module de cisaillement complexe (G*) augmente rapidement après l'ouverture de l'obturateur UV. Bien que les modules complexes des adhésifs pré-polymérisés soient similaires, la vitesse de réticulation est très différente. L'adhésif B présente un module plus faible dans la région du plateau que l'adhésif A, ce qui indique que la densité de réticulation et la rigidité correspondante pouvant être atteintes à la fin de la polymérisation avec un niveau d'irradiation de 0,5 W/cm2 sont inférieures à celles de l'adhésif A.
Pour de nombreux adhésifs UV, le retrait dû à la réticulation est l'un des paramètres clés qui détermine l'acceptation des performances pour les applications finales. Le logiciel rSpace a été conçu pour gérer ce retrait en permettant à l'utilisateur de choisir de contrôler l'espace en mode auto-tension à une force normale présélectionnée. Le mode de réglage de l'écartement a été utilisé pour charger l'échantillon ; cependant, pendant l'essai de polymérisation, une force normale nulle a été appliquée, ce qui a permis à la plaque de se déplacer librement au fur et à mesure que l'échantillon se contractait. D'après les résultats de la figure 4, l'adhésif A présente un retrait de 8 % vers la fin de la polymérisation.
Conclusion
Cette note d'application montre comment la caractérisation in situ des propriétés rhéologiques des matériaux durcissables aux UV peut être réalisée sur un rhéomètre rotatif Kinexus équipé d'un accessoire de Durcissement (réactions de réticulation)Le terme "crosslinking" signifie littéralement "mise en réseau". Dans le contexte chimique, il est utilisé pour les réactions dans lesquelles les molécules sont liées entre elles par l'introduction de liaisons covalentes et la formation de réseaux tridimensionnels.durcissement aux UV. Ces mesures permettent de suivre le taux de réticulation et le retrait après polymérisation.