Introduzione
La calorimetria differenziale a scansione (DSC) consente di determinare le temperature diTransizioni di faseIl termine transizione di fase (o cambiamento di fase) è più comunemente usato per descrivere le transizioni tra gli stati solido, liquido e gassoso. transizione di fase e le entalpie di transizione, anche per le reazioni diPolimerizzazione (reazioni di reticolazione)Tradotto letteralmente, il termine "crosslinking" significa "reticolo incrociato". Nel contesto chimico, viene utilizzato per le reazioni in cui le molecole vengono collegate tra loro introducendo legami covalenti e formando reti tridimensionali. polimerizzazione. I campioni vengono solitamente analizzati in un crogiolo con coperchio forato, a pressione normale e con un flusso costante di gas di lavaggio. La calorimetria differenziale a scansione può essere utilizzata anche per studiare le reazioni di fotopolimerizzazione [1]. La combinazione di una lampada UV con NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® (figura 1) rappresenta uno strumento versatile.
Risultati
Sistemi aPolimerizzazione (reazioni di reticolazione)Tradotto letteralmente, il termine "crosslinking" significa "reticolo incrociato". Nel contesto chimico, viene utilizzato per le reazioni in cui le molecole vengono collegate tra loro introducendo legami covalenti e formando reti tridimensionali. polimerizzazione singola: Confronto "buono/pessimo" di 2 inchiostri da stampa
Il campione viene preparato in un crogiolo aperto che viene irradiato con luce UV. L'intensità e il tempo di irradiazione possono essere variati con un programma di temperatura definito. In genere si utilizzano condizioni isotermiche o un programma di temperatura dinamico.
La Figura 2 mostra i risultati della foto-DSC per laPolimerizzazione (reazioni di reticolazione)Tradotto letteralmente, il termine "crosslinking" significa "reticolo incrociato". Nel contesto chimico, viene utilizzato per le reazioni in cui le molecole vengono collegate tra loro introducendo legami covalenti e formando reti tridimensionali. polimerizzazione di un inchiostro serigrafico a base di acrilato. Sono stati analizzati due campioni di diverso lots. L'esperimento è stato condotto a una temperatura costante di 35°C in atmosfera di azoto. L'irradiazione è avvenuta in modo pulsato con impulsi UV con un'intensità di 1 W/cm² e un tempo di impulso di 1 s. Dalla misurazione è stata calcolata la curva di conversione, assumendo che durante l'ultima fase di irradiazione non avvenga più laPolimerizzazione (reazioni di reticolazione)Tradotto letteralmente, il termine "crosslinking" significa "reticolo incrociato". Nel contesto chimico, viene utilizzato per le reazioni in cui le molecole vengono collegate tra loro introducendo legami covalenti e formando reti tridimensionali. polimerizzazione. L'ultima fase di irradiazione è stata sottratta dalle fasi precedenti e l'entalpia di una singola fase è stata impostata in modo proporzionale all'entalpia totale.
La curva di conversione in figura 3 mostra una leggera differenza nel comportamento diPolimerizzazione (reazioni di reticolazione)Tradotto letteralmente, il termine "crosslinking" significa "reticolo incrociato". Nel contesto chimico, viene utilizzato per le reazioni in cui le molecole vengono collegate tra loro introducendo legami covalenti e formando reti tridimensionali. polimerizzazione del campione "buono" rispetto a quello "povero" durante le prime due fasi di irraggiamento.
La Figura 4 mostra le entalpie totali dei due inchiostri, che presentano differenze significative. Il campione "buono" mostra una maggiore reattività rispetto al campione "scarso".
Impatto dell'atmosfera gassosa
L'influenza dell'ossigeno sul comportamento di polimerizzazione è ben nota per i sistemi acrilici. Questo è mostrato nella figura 5 per l'inchiostro serigrafico "buono". NETZSCH Le misure UV-DSC con diverse atmosfere possono essere facilmente realizzate con il DSC 204 F1 Phoenix® utilizzando i regolatori di flusso di massa interni per un flusso preciso di gas di lavaggio. I risultati mostrano che l'entalpia di polimerizzazione è inferiore rispetto alla misurazione in atmosfera di azoto. L'ossigeno presente agisce come agente inibitore del processo di polimerizzazione UV [2].
Influenza del colore sul comportamento di polimerizzazione
Le curve blu della figura 6 rappresentano i risultati UV-DSC di due inchiostri blu, mentre le curve rosse sono i risultati UV-DSC degli inchiostri rossi. Entrambi gli inchiostri blu (diversi lots) mostrano un'entalpia significativamente più alta per la polimerizzazione UV rispetto agli inchiostri rossi. Anche in questo caso, lievi differenze nel comportamento di polimerizzazione dei due inchiostri lots dello stesso colore sono monitorate dai risultati UVDSC. Soprattutto per lo sviluppo di nuove formulazioni, i risultati UV-DSC sono uno strumento utile per ottenere formulazioni di colori diversi ma con lo stesso comportamento di polimerizzazione, necessario per la successiva applicazione.
Risultati per un sistema a doppia polimerizzazione
Oltre alle indagini sui sistemi con un unico meccanismo di polimerizzazione, il DSC UV può essere utilizzato anche per i sistemi a doppia polimerizzazione [3], come particolari tipi di adesivi. Questi tipi di adesivi non polimerizzano solo grazie alla radiazione UV, ma mostrano anche un effetto di post-polimerizzazione termica. La Figura 7 mostra i risultati di un sistema di questo tipo. L'irradiazione con luce UV per 1 s a temperatura ambiente mostra un effetto di polimerizzazione esotermica con un'entalpia di 251 J/g. Riscaldando il campione a 200°C, è stato possibile osservare l'effetto di polimerizzazione termica a 164°C (temperatura di picco) con un'entalpia di 55 J/g. Questo esempio dimostra chiaramente che la caratterizzazione completa del comportamento di polimerizzazione può essere ricavata da un singolo esperimento UV-DSC.
Sintesi
La calorimetria differenziale a scansione (DSC) in combinazione con l'irraggiamento di una lampada UV consente di studiare i processi di polimerizzazione dei sistemi di polimerizzazione UV. I risultati ottenuti aiutano a comprendere i meccanismi di polimerizzazione e la cinetica delle reazioni di polimerizzazione. Inoltre, sono stati studiati sistemi a doppia polimerizzazione in un unico esperimento.