소개
시차 주사 열량 측정법(DSC)을 사용하면 경화 반응의 상전이 온도와 전이 엔탈피를 측정할 수 있습니다. 샘플은 일반적으로 일정한 퍼지 가스 흐름이 있는 정상 압력 하에서 뚜껑이 뚫린 도가니에서 분석됩니다. 차동 주사 열량 측정은 광경화 반응 조사에도 사용할 수 있습니다[1]. UV 램프와 NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® (그림 1)의 조합은 여기에서 다목적 도구를 제공합니다.
결과
단일 경화 시스템: 2가지 인쇄 잉크의 "양호/불량" 비교
샘플은 자외선을 조사하는 개방형 도가니에서 준비됩니다. 강도와 조사 시간은 정의된 온도 프로그램에서 변경할 수 있습니다. 일반적으로 등온 조건 또는 동적 온도 프로그램이 사용됩니다.
그림 2는 아크릴레이트 기반 스크린 인쇄 잉크의 경화에 대한 Photo-DSC 결과를 보여줍니다. 서로 다른 로트의 두 샘플을 조사했습니다. 실험은 질소 분위기에서 35°C의 일정한 온도에서 수행되었습니다. 조사는 1W/cm²의 강도와 1초의 펄스 시간을 가진 UV 펄스로 펄스 방식으로 이루어졌습니다. 측정 결과, 마지막 조사 단계에서 경화가 더 이상 발생하지 않는다고 가정하여 전환 곡선을 계산했습니다. 마지막 조사 단계는 이전 단계에서 빼고 단일 단계의 엔탈피는 총 엔탈피에 비례하도록 설정했습니다.
그림 3의 변환 곡선은 처음 두 조사 단계 동안 "양호" 샘플의 경화 거동에 "불량" 샘플과 비교하여 약간의 차이가 있음을 보여줍니다.
그림 4는 상당한 차이를 보이는 두 잉크의 총 엔탈피를 보여줍니다. "양호" 샘플은 "불량" 샘플에 비해 더 높은 반응성을 보여줍니다.
가스 대기의 영향
아크릴레이트 시스템의 경우 경화 거동에 대한 산소의 영향은 잘 알려져 있습니다. 이는 그림 5의 "양호한" 스크린 인쇄 잉크에 대해 표시됩니다. 정확한 퍼지 가스 흐름을 위해 내부 질량 유량 컨트롤러를 사용하는 NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® 를 사용하여 다양한 분위기의 UV-DSC 측정을 쉽게 실현할 수 있습니다. 그 결과 질소 분위기에서의 측정에 비해 경화 엔탈피가 더 낮다는 것을 알 수 있습니다. 현재 산소는 UV 경화 공정의 억제제 역할을 합니다[2].
경화 거동에 대한 색상의 영향
그림 6의 파란색 곡선은 두 개의 파란색 잉크에 대한 UV-DSC 결과를 나타내고 빨간색 곡선은 빨간색 잉크에 대한 UV-DSC 결과입니다. 두 파란색 잉크(다른 로트)는 빨간색 잉크에 비해 UV 경화 시 엔탈피가 상당히 높은 것으로 나타났습니다. 다시 말하지만, 동일한 색상의 두 잉크 로트의 경화 거동에서 약간의 차이가 UVDSC 결과에 의해 모니터링됩니다. 특히 새로운 제형 개발의 경우 UV-DSC 결과는 색상은 다르지만 경화 거동은 동일한 제형을 나중에 적용하는 데 필요한 유용한 도구입니다.
이중 경화 시스템의 결과
단일 경화 메커니즘을 갖춘 시스템에 대한 조사와 함께 UV DSC는 특수 유형의 접착제와 같은 이중 경화 시스템[3]에도 사용할 수 있습니다. 이러한 종류의 접착제는 자외선에 의해 경화될 뿐만 아니라 열 후 경화 효과도 나타납니다. 그림 7은 이러한 시스템의 결과를 보여줍니다. 상온에서 1초 동안 자외선을 조사하면 251J/g의 엔탈피로 발열 경화 효과가 나타납니다. 샘플을 200°C로 가열하면 164°C(피크 온도)에서 55J/g의 엔탈피로 열 경화 효과를 관찰할 수 있습니다. 이 예는 경화 거동에 대한 완전한 특성화가 단 한 번의 UV-DSC 실험으로 도출될 수 있음을 명확하게 보여줍니다.
요약
자외선 램프의 방사선과 함께 시차 주사 열량 측정법(DSC)을 사용하면 자외선 경화 시스템의 경화 과정을 조사할 수 있습니다. 얻은 결과는 경화 메커니즘과 경화 반응의 동역학에 대한 통찰력을 얻는 데 도움이 됩니다. 또한 단일 실험 내에서 이중 경화 시스템을 조사했습니다.