Bevezetés
A differenciál pásztázó kalorimetria (DSC) lehetővé teszi a fázisátalakulási hőmérsékletek és az átmeneti entalpiák meghatározását, a keményedési reakciók esetében is. A mintákat általában egy lyukas fedelű tégelyben elemzik normál nyomáson, állandó tisztítógáz-áramlás mellett. A differenciál pásztázó kalorimetria a fénykeményedési reakciók vizsgálatára is használható [1]. Az UV-lámpa és a NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® (1. ábra) kombinációja itt sokoldalú eszközt jelent.
Eredmények
Egyszeri keményítésű rendszerek: 2 nyomdafesték "jó/rossz" összehasonlítása
A mintát egy nyitott tégelyben készítik el, amelyet UV-fénnyel besugároznak. Az intenzitás és a besugárzás ideje egy meghatározott hőmérsékleti program mellett változtatható. Általában IzotermikusAz ellenőrzött és állandó hőmérsékleten végzett vizsgálatokat izotermikusnak nevezzük.izotermikus körülményeket vagy dinamikus hőmérsékleti programot alkalmaznak.
A 2. ábra egy akrilát alapú szitanyomófesték keményítésének Photo-DSC eredményeit mutatja. Két különböző tételű mintát vizsgáltunk. A kísérletet állandó 35 °C-os hőmérsékleten, nitrogén atmoszférában végeztük. A besugárzás impulzusos módon történt, 1 W/cm² intenzitású UV-impulzusokkal, 1 s impulzusidővel. A mérésből kiszámítottuk a konverziós görbét, feltételezve, hogy az utolsó besugárzási lépés során már nem történik keményedés. Az utolsó besugárzási lépést kivontuk az előző lépésekből, és az egyes lépések entalpiáját a teljes entalpiával arányosan állítottuk be.
A 3. ábrán látható konverziós görbe azt mutatja, hogy az első két besugárzási lépés során a "jó" minta keményedési viselkedése némileg eltér a "rossz" mintáéhoz képest.
A 4. ábra a két tinta teljes entalpiáját mutatja, amelyek jelentős különbségeket mutatnak. A "jó" minta nagyobb reaktivitást mutat a "rossz" mintához képest.
A gáz légkörének hatása
Az oxigén hatása a keményedési viselkedésre jól ismert az akrilát rendszerek esetében. Ez a "jó" szitanyomófesték esetében az 5. ábrán látható. A különböző atmoszférájú UV-DSC mérések könnyen megvalósíthatók a NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® készülékkel a belső tömegáram-szabályozók segítségével a pontos öblítőgáz-áramláshoz. Az eredmények azt mutatják, hogy a nitrogén atmoszférában végzett méréshez képest a keményedés entalpiája alacsonyabb. A jelenlévő oxigén az UV-keményítési folyamat gátlószereként hat [2].
A szín hatása a keményedési viselkedésre
A 6. ábrán a kék görbék a két kék tinta UV-DSC eredményeit, a piros görbék pedig a piros tinták UV-DSC eredményeit mutatják. Mindkét kék tinta (különböző tételek) jelentősen magasabb entalpiát mutat az UV-keményedéshez, mint a piros tinták. Az UVDSC-eredmények ismét az azonos színű két tintatétel keményedési viselkedésének enyhe különbségeit figyelik. Különösen új készítmények kifejlesztése esetén az UV-DSC eredmények hasznos eszközként szolgálnak a különböző színű, de azonos keményedési viselkedésű készítmények eléréséhez, ami a későbbi alkalmazáshoz szükséges.
Eredmények a kettős keményítésű rendszerre vonatkozóan
Az egyetlen keményedési mechanizmussal rendelkező rendszerek vizsgálata mellett az UV DSC kettős keményedésű rendszerek [3], például speciális ragasztótípusok esetében is használható. Az ilyen típusú ragasztók nem csak UV-sugárzással keményednek, hanem termikus utókeményedési hatást is mutatnak. A 7. ábra egy ilyen rendszer eredményeit mutatja. Az UV-fénnyel történő 1 s-os besugárzás környezeti hőmérsékleten 251 J/g entalpiával exoterm keményedési hatást mutat. A mintát 200 °C-ra melegítve a termikus keményedési hatás 164 °C-on (csúcshőmérséklet) 55 J/g entalpiával figyelhető meg. Ez a példa egyértelműen bizonyítja, hogy a keményedési viselkedés teljes jellemzése egyetlen UV-DSC kísérletből is levezethető.
Összefoglaló
A differenciál pásztázó kalorimetria (DSC) UV-lámpával kombinálva lehetővé teszi az UV-keményítő rendszerek keményedési folyamatainak vizsgálatát. A kapott eredmények segítenek betekintést nyerni a keményedési mechanizmusokba és a keményedési reakciók kinetikájába. Ezenkívül kettős keményítésű rendszereket is vizsgáltak egyetlen kísérlet keretében.