光DSCが積層造形用液体サンプルの試験プロトコルをどのように進歩させるか

例えば、接着剤、塗料、複合材料の標準材料として、また様々な基材上のワニスとして使用されている。この材料の新しい用途としては、食品包装、生物医学インプラント、積層造形（AM）などがある。

デジタル光合成（DLS）は、以前は連続液体界面生産（CLIP）として知られていた積層造形技術であり、AMにおけるフォトポリマーの使用の代表例です。

連続液体界面生産（CLIP）としても知られるDLSの詳細については、当社のビデオシリーズ「積層造形における材料科学」をご覧ください。ビデオをご覧になるには、ここをクリックしてください！

Photo-DSCは、フォトポリマーを分析するための実証済みの方法です。

NETZSCH Photo-DSC 204F1 Phoenix^® は、多くの先行研究で使用されており、「実際のプロセスとの比較可能性から、DLSで使用されるフォトポリマーの特性評価に適している」ことが証明されている[1]。

この装置は、UV反応性樹脂の最適な露光時間と露光強度を特定するだけでなく、熱変換を追跡するためにも使用されてきました。Photo-DSCは、デュアルキュア樹脂の光重合プロセス全体をDLSで追跡し、さらに熱ポストキュアを検出するのに適していることが示されています。記事はこちら

さらなる研究の目的

この科学論文の著者らは、先行研究では、調査した液体樹脂サンプルのサンプル質量と膜厚にしか言及していないことを認識していた。しかし、測定に大きな影響を与える可能性のある、るつぼ内の試料形状に関する情報はありません。

さらに、自動試料交換装置（ASC）の使用は、これまで考慮されていない。ASCは「試料を自動的に配置・除去することができ、例えば夜間の測定を可能にする。ASCは固体試料のDSC測定によく使用されるが、試料調製から測定開始までの時間（滞留時間）が長いことの影響は、液体フォトポリマーではまだ調査されていない[1]」。

この研究では、2液型樹脂システムRPU 70とEPX 82が使用されました。

Bachmann J.らによる論文 "Photo-DSC method for liquid samples used in vat photopolymerization "の全文はこちらからご覧いただけます！

結果その1：光DSC試験プロトコルの高速化

フォトDSCによるフォトポリマー測定のための新しい試験プロトコルが評価された。この論文の著者は、「露光セグメントを4 x 2分から2 x 3分に減らしても、RPU 70 - part AのフォトDSC測定に大きな影響はない。したがって、同じ測定精度を維持しながら、フォトDSC試験プロトコルの総時間を42分から24分に短縮できる」ことを発見した[1]。

結果2：UV反応に及ぼす温度と酸素の影響

RPU70の光重合に対する温度の影響は、EPX82よりもはるかに大きい」ことが判明した［1］。同時に、「両樹脂とも酸素濃度の上昇に伴い反応熱の低下を示す」[1]。

結果No.3：試料形状、試料質量、滞留時間が測定に与える影響

この論文の著者は、「波長、光強度、露光時間、雰囲気など、プロセスに密着した調査には、1.0mgのスプレッドサンプル形状が最適なサンプル調製法である」ことを発見した[1]。長い滞留時間の影響に興味がある場合は、2.8mgの滴下試料形状が最適である。

結果4：るつぼと滞留時間の違いが光DSC測定に与える影響

以前の実験では、O₂拡散や周囲の紫外線照射の影響よりも、「反応分子の蒸発による質量損失の方がはるかに大きな役割を果たしている」ことが明らかになった。蒸発を低減できるかどうかを確認するために、NETZSCH 、さまざまな種類のるつぼカバーが使用された。

300μlのAl2_O3るつぼで覆われたSFIるつぼ（より安定した試料表面積を得るためのくぼみのあるAl製パン）を使用した場合（測定の直前に取り外す）、自動試料交換装置（ASC）を使用した場合、質量損失が最も少ないことが判明した。

オートサンプルチェンジャー付きPhoto-DSCはフォトポリマー研究の鍵である

Bachmann J.らの研究により、NETZSCH Photo-DSC 204F1 Phoenix^® は、DLS Additive Manufacturing技術で使用されるフォトポリマーの包括的な分析を可能にする最先端の装置であることが示された。

自動サンプルチェンジャー（ASC）を使用すれば、一晩中測定が可能であり、信頼性の高い結果が得られる可能性が確認されている。

出典 [1]https://doi.org/10.1016/j.aca.2021.338268