Pendahuluan
Cat, perekat, tinta cetak, dan senyawa pot semakin diawetkan pada suhu sedang (sering kali pada suhu kamar) melalui radiasi ultraviolet (UV). Bersamaan dengan aspek penghematan energi - dibandingkan dengan Pengawetan (Reaksi Pengikatan Silang)Secara harfiah diterjemahkan, istilah "crosslinking" berarti "jaringan silang". Dalam konteks kimia, istilah ini digunakan untuk reaksi di mana molekul dihubungkan bersama dengan memperkenalkan ikatan kovalen dan membentuk jaringan tiga dimensi. pengawetan termal - kecepatan pemrosesan yang tinggi dari pengikatan silang yang diinduksi oleh UV dan keramahan lingkungan dari sistem UVreaktif menjadi minat utama untuk aplikasi industri. Karena input energi singkat, benda yang dilapisi dengan cara ini nyaris tidak mengalami pemanasan. Itulah sebabnya teknik ini bahkan dapat digunakan untuk perawatan permukaan substrat yang peka terhadap panas, seperti film plastik, kayu, dan kertas. Selain itu, film cat yang diawetkan dengan UV pada umumnya menunjukkan ketahanan terhadap goresan dan bahan kimia yang tinggi.
Untuk merealisasikan keuntungan yang disebutkan di atas dari metode ini dan menghasilkan produk berkualitas tinggi, jika optimasi formulasi Pengawetan (Reaksi Pengikatan Silang)Secara harfiah diterjemahkan, istilah "crosslinking" berarti "jaringan silang". Dalam konteks kimia, istilah ini digunakan untuk reaksi di mana molekul dihubungkan bersama dengan memperkenalkan ikatan kovalen dan membentuk jaringan tiga dimensi. pengawetan UV diperlukan, dan waktu penyinaran serta intensitas radiasi yang optimal harus ditentukan. Kalorimeter foto, kadang-kadang juga disebut Photo-DSC atau UV-DSC, sangat ideal untuk investigasi zat aktif cahaya dan perilaku Pengawetan (Reaksi Pengikatan Silang)Secara harfiah diterjemahkan, istilah "crosslinking" berarti "jaringan silang". Dalam konteks kimia, istilah ini digunakan untuk reaksi di mana molekul dihubungkan bersama dengan memperkenalkan ikatan kovalen dan membentuk jaringan tiga dimensi. pengawetan mereka.
Penyembuhan UV Sangat Cepat
Pengawetan UV umumnya selesai dalam hitungan detik. Mekanisme reaksi biasanya melibatkan polimerisasi kationik atau radikal, yaitu pengikatan silang yang dipicu oleh inisiator yang terurai di bawah pengaruh sinar ultraviolet, yang menyebabkan Ionic atau reaksi berantai radikal.
Prinsip dasar dari kedua jenis reaksi tersebut serupa [1]. Sebagian besar pelapis UV menggunakan polimerisasi radikal (lihat skema pada gambar 1). Radikal yang terbentuk selama Reaksi penguraianReaksi penguraian adalah reaksi yang diinduksi secara termal dari senyawa kimia yang membentuk produk padat dan/atau gas. penguraian fotoinisiator bereaksi, misalnya, dengan ikatan rangkap monomer, menghasilkan radikal baru yang menopang polimerisasi. Saat Pengawetan (Reaksi Pengikatan Silang)Secara harfiah diterjemahkan, istilah "crosslinking" berarti "jaringan silang". Dalam konteks kimia, istilah ini digunakan untuk reaksi di mana molekul dihubungkan bersama dengan memperkenalkan ikatan kovalen dan membentuk jaringan tiga dimensi. pengawetan berlangsung, bahan menjadi lebih kental, membatasi kemampuan radikal dan ikatan rangkap untuk berdifusi bersama, sehingga laju reaksi menurun.
Salah satu keunggulan polimerisasi kationik dibandingkan polimerisasi radikal adalah bahwa polimerisasi kationik kurang sensitif terhadap pengaruh oksigen.
Pengaturan dan Mode Pengoperasian UV-DSC Berdasarkan DSC 204 F1 Phoenix®
Differential Scanning Calorimetry (disingkat DSC) adalah metode termoanalitik di mana perbedaan aliran panas antara sampel dan referensi, yang dikenai program suhu terkendali, ditentukan secara kuantitatif (definisi berdasarkan DIN 51 007, ISO 11357 - 1 atau ASTM E 472).
Gambar 2 menunjukkan kalorimeter fluks panas NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® (lihat juga pengaturan skematik dengan lampiran UV [2], gambar 3). Sampel dan referensi berada dalam satu tungku dan disinari secara bersamaan (digambarkan dengan warna biru). Serat optik dipasang dengan kuat di dalam penutup sehingga jarak yang dapat direproduksi antara serat optik dengan sampel dan referensi dijamin. Perangkat lunak pengukuran DSC berkomunikasi dengan lampu UV, memicu denyut nadi dan mengontrol panjang dan intensitas denyut nadi secara otomatis.
Selama pengukuran, sinyal yang terdeteksi adalah suhu sampel dan perbedaan aliran panas. Dengan mengintegrasikan sinyal aliran panas, panas Pengawetan (Reaksi Pengikatan Silang)Secara harfiah diterjemahkan, istilah "crosslinking" berarti "jaringan silang". Dalam konteks kimia, istilah ini digunakan untuk reaksi di mana molekul dihubungkan bersama dengan memperkenalkan ikatan kovalen dan membentuk jaringan tiga dimensi. pengawetan dapat ditentukan, memberikan data yang berarti untuk pengembangan atau pengoptimalan proses.
Optimalisasi Waktu Pemaparan dan Derajat Penyembuhan oleh Sarana UV-DSC
Selama proses pengembangan perekat, tinta, dll., adalah penting untuk menemukan waktu penyinaran yang optimal, yaitu waktu penyinaran yang diperlukan untuk mencapai Tingkat KesembuhanTingkat pengawetan menggambarkan konversi yang dicapai selama reaksi pengikatan silang (pengawetan). tingkat kesembuhan yang diinginkan, dan karenanya, sifat material yang diinginkan. Derajat penyembuhan adalah kepentingan utama untuk pengujian dalam proses serta untuk kontrol kualitas.
Dalam pengukuran UV-DSC standar, sampel pada awalnya dipanaskan hingga suhu reaksi yang diinginkan (ini adalah 30 ° C pada gambar 4) dan, setelah fase penyeimbangan suhu yang singkat, penyinaran dimulai. Beberapa segmen IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal, masing-masing termasuk pulsa lampu tunggal, umumnya diprogram karena beberapa pulsa dengan panjang dan intensitas yang ditentukan memungkinkan Pengawetan (Reaksi Pengikatan Silang)Secara harfiah diterjemahkan, istilah "crosslinking" berarti "jaringan silang". Dalam konteks kimia, istilah ini digunakan untuk reaksi di mana molekul dihubungkan bersama dengan memperkenalkan ikatan kovalen dan membentuk jaringan tiga dimensi. pengawetan sampel dipantau hingga selesai. Lampu UV biasanya dipicu beberapa detik setelah dimulainya setiap segmen.
Gambar 5 menunjukkan hasil dari dua penyelidikan (disajikan dalam warna merah dan biru) pada lapisan berbasis akrilat yang tersedia secara komersial dengan waktu penyinaran yang berbeda (0,5 detik dan 1 detik). Seperti yang diharapkan, dalam kedua kasus, sebagian besar reaksi EksotermikTransisi sampel atau reaksi dikatakan eksotermik jika dihasilkan panas. eksotermal terjadi selama fase penyinaran pertama; entalpi reaksi sedikit berbeda untuk waktu penyinaran yang berbeda, namun dengan denyut nadi 1 detik yang lebih lama menghasilkan entalpi yang sedikit lebih tinggi yaitu -283,4 J / g dibandingkan dengan -236,4 J / g untuk denyut nadi 0,5 detik. Perbedaan ini hampir sama pada segmen penyinaran berikutnya. Ini berarti bahwa, pada intensitas penyinaran yang konstan, waktu penyinaran yang lebih tinggi (kurva biru) pada segmen pertama menghasilkan tingkat penyembuhan parsial yang lebih tinggi dan pasca-penyembuhan yang lebih kecil pada segmen berikutnya. Representasi grafis yang lebih jelas dari data ditunjukkan pada gambar 6.
Dimulai pada sekitar fase penyinaran ke-10, area puncak dalam pengukuran DSC yang terkait dengan setiap denyut nyaris tidak berubah. Area puncak residu yang konstan setelah Pengawetan (Reaksi Pengikatan Silang)Secara harfiah diterjemahkan, istilah "crosslinking" berarti "jaringan silang". Dalam konteks kimia, istilah ini digunakan untuk reaksi di mana molekul dihubungkan bersama dengan memperkenalkan ikatan kovalen dan membentuk jaringan tiga dimensi. pengawetan selesai disebabkan oleh pemanasan diferensial sampel dibandingkan dengan referensi oleh radiasi. Perhitungan entalpi total dari proses Pengawetan (Reaksi Pengikatan Silang)Secara harfiah diterjemahkan, istilah "crosslinking" berarti "jaringan silang". Dalam konteks kimia, istilah ini digunakan untuk reaksi di mana molekul dihubungkan bersama dengan memperkenalkan ikatan kovalen dan membentuk jaringan tiga dimensi. pengawetan mengharuskan entalpi residu ini dikurangi dengan kontribusi entalpi dari setiap puncak yang termasuk dalam perhitungan.
Jika entalpi fase iradiasi pertama terkait dengan entalpi total, tingkat penyembuhan sekitar 82% dihitung untuk pulsa 1 detik pertama dan tingkat penyembuhan sekitar 67% dihitung untuk pulsa 0,5 detik pertama. Tergantung pada tingkat penyembuhan yang ditargetkan untuk penggunaan praktis, satu langkah penyinaran dengan panjang paparan 1 detik mungkin bisa mencukupi - dengan asumsi bahwa ketebalan sampel proses sebanding dengan ketebalan sampel DSC.
Oksigen sebagai Inhibitor untuk Sistem Akrilat
Untuk proses reaksi dari banyak sistem cat yang diawetkan dengan foto, gas oksigen memainkan peran yang menentukan. Untuk sistem akrilat, oksigen bertindak sebagai penghambat. Mekanisme kerjanya sudah dijelaskan oleh G.V. Schulz dan G. Henrici [3] pada tahun 1950-an. Dengan adanya oksigen, radikal peroksi terbentuk, yang mengarah pada penggabungan oksigen ke dalam polimer. Hal ini menghasilkan rantai kopolimer yang relatif pendek [4].
Gambar 7 menunjukkan pengaruh oksigen pada pemotretan heksandiol diakrilat (HDDA). Entalpi reaksi menurun secara signifikan dengan meningkatnya konsentrasi oksigen.
Entalpi reaksi dalam atmosfer nitrogen murni adalah -388 J/g, dibandingkan dengan -268 J/g dalam campuran 50% nitrogen dan 50% oksigen dan -170 J/g dalam atmosfer oksigen murni. Hal ini menghasilkan korelasi linier antara entalpi reaksi dan kandungan oksigen (lihat gambar 8).
Kesimpulan
NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® dengan aksesori lampu UV memiliki fitur penanganan yang mudah. Desain gastight memungkinkan kontrol yang tepat dari komposisi atmosfer dalam ruang sampel; ini sangat penting sehubungan dengan kandungan oksigen sisa dalam gas pembersih. Lampu UV dapat dikontrol dengan perangkat lunak pengukuran DSC. Parameter seperti waktu penyinaran dan intensitas dapat dipilih sebelumnya dalam program pengukuran DSC. Untuk jumlah pengukuran yang banyak, pengubah sampel otomatis (ASC) juga dapat digunakan sehubungan dengan sambungan UV.
Differential Scanning Calorimetry (DSC) yang dikombinasikan dengan penyinaran sampel dengan lampu UV sangat cocok untuk karakterisasi proses curing yang diprakarsai oleh foto yang sederhana dan cepat. Hasil pengukuran tersebut memberikan wawasan tentang mekanisme pengawetan, dan menghasilkan informasi penting untuk peningkatan formulasi (inhibitor, inisiator foto, pengisi) dan untuk kontrol proses.
Artikel ini telah dipublikasikan di Laborpraxis edisi Juni 2013 (dengan jumlah gambar yang dikurangi).