Introduction
La calorimétrie différentielle à balayage (DSC) permet de déterminer les températures et les enthalpies de Transitions de phaseLe terme de transition de phase (ou changement de phase) est le plus souvent utilisé pour décrire les transitions entre les états solide, liquide et gazeux. transition de phase, ainsi que les réactions 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. Les échantillons sont généralement analysés dans un creuset à couvercle percé sous pression normale avec un flux constant de gaz de purge. La calorimétrie différentielle à balayage peut également être utilisée pour étudier les réactions de photopolymérisation [1]. La combinaison d'une lampe UV et de l'appareil NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® (figure 1) constitue un outil polyvalent.
Résultats
Systèmes à 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 unique : Comparaison "bon/mauvais" de deux encres d'imprimerie
L'échantillon est préparé dans un creuset ouvert qui est irradié par la lumière UV. L'intensité et la durée de l'irradiation peuvent varier dans le cadre d'un programme de température défini. Des conditions isothermes ou un programme de température dynamique sont généralement utilisés.
La figure 2 montre les résultats de la Photo-DSC pour 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 d'une encre de sérigraphie à base d'acrylate. Deux échantillons de lots différents ont été étudiés. L'expérience a été réalisée à une température constante de 35°C sous une atmosphère d'azote. L'irradiation a eu lieu de manière pulsée avec des impulsions UV d'une intensité de 1 W/cm² et d'un temps d'impulsion de 1 s. À partir de la mesure, la courbe de conversion est calculée, en supposant que pendant la dernière étape d'irradiation, 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 ne se produit plus. La dernière étape d'irradiation a été soustraite des étapes précédentes et l'enthalpie d'une seule étape a été fixée proportionnellement à l'enthalpie totale.
La courbe de conversion de la figure 3 montre qu'il y a une légère différence dans le comportement 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 de l'échantillon "bon" par rapport à l'échantillon "mauvais" au cours des deux premières étapes d'irradiation.
La figure 4 illustre les enthalpies totales des deux encres, qui présentent des différences significatives. Le "bon" échantillon présente une réactivité plus élevée que le "mauvais" échantillon.
Impact de l'atmosphère gazeuse
L'influence de l'oxygène sur le comportement du durcissement est bien connue pour les systèmes acryliques. C'est ce que montre la figure 5 pour la "bonne" encre de sérigraphie. Les mesures UV-DSC avec différentes atmosphères ont pu être facilement réalisées avec le NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® en utilisant les régulateurs de débit massique internes pour un débit de gaz de purge précis. Les résultats montrent que l'enthalpie de durcissement est inférieure à celle mesurée sous atmosphère d'azote. L'oxygène présent agit comme un agent d'inhibition pour le processus de durcissement aux UV [2].
Influence de la couleur sur le comportement de durcissement
Les courbes bleues de la figure 6 représentent les résultats UV-DSC pour deux encres bleues et les courbes rouges les résultats UV-DSC pour les encres rouges. Les deux encres bleues (lots différents) présentent une enthalpie de durcissement aux UV nettement plus élevée que les encres rouges. Là encore, les résultats de l'UVDSC révèlent de légères différences dans le comportement de durcissement des deux lots d'encres de la même couleur. En particulier pour le développement de nouvelles formulations, les résultats de l'UV-DSC sont un outil utile pour obtenir des formulations de différentes couleurs mais avec le même comportement de durcissement, ce qui est nécessaire pour l'application ultérieure.
Résultats pour un système à double durcissement
Outre l'étude des systèmes à mécanisme de durcissement unique, la DSC UV peut également être utilisée pour les systèmes à double durcissement [3], tels que des types spéciaux d'adhésifs. Ces types d'adhésifs ne durcissent pas seulement sous l'effet du rayonnement UV, ils présentent également un effet thermique de post-polymérisation. La figure 7 montre les résultats d'un tel système. Le rayonnement UV pendant 1 s à température ambiante produit un effet de durcissement ExothermiqueUne transition d'échantillon ou une réaction est exothermique si elle produit de la chaleur.exothermique avec une enthalpie de 251 J/g. En chauffant l'échantillon à 200°C, l'effet de durcissement thermique a pu être observé à 164°C (température de pointe) avec une enthalpie de 55 J/g. Cet exemple démontre clairement qu'une caractérisation complète du comportement de durcissement peut être obtenue à partir d'une seule expérience UV-DSC.
Résumé
La calorimétrie différentielle à balayage (DSC) combinée au rayonnement d'une lampe UV permet d'étudier les processus de durcissement des systèmes de durcissement aux UV. Les résultats obtenus permettent de mieux comprendre les mécanismes de durcissement et la cinétique des réactions de durcissement. En outre, des systèmes à double durcissement ont été étudiés au cours d'une seule expérience.