Inleiding
Een fotopolymeer bestaat meestal uit monomeren, oligomeren en foto-initiatoren die elkaar kruisen om een netwerkstructuur te vormen bij blootstelling aan licht, vaak in het ultraviolette of zichtbare gebied van het elektromagnetische spectrum (zie afbeelding 1). Fotoharden is een relatief snel proces in vergelijking met thermische uitharding en daarom kan het proces worden gebruikt voor selectieve uitharding met behulp van hoogenergetische lichtbronnen, wat het proces geschikt maakt voor het printen van printplaten en de fabricage van microchips. Fotopolymeren worden veel gebruikt in medische, 3D-print-, coating-, lijm- en proto-resisttechnologieën [1].
Reologische metingen worden vaak gebruikt om de progressie van visco-elastische eigenschappen van fotopolymeren tijdens fotoharden te karakteriseren. Door de verandering in Complexe ModulusDe complexe modulus bestaat uit twee componenten, de opslagmodulus en de verliesmodulus. De opslagmodulus (of Young's modulus) beschrijft de stijfheid en de verliesmodulus beschrijft het dempende (of visco-elastische) gedrag van het overeenkomstige monster volgens de methode van Dynamische Mechanische Analyse (DMA). complexe modulus (G*) te meten, is het mogelijk om de snelheid van verknoping in te schatten. Bovendien vertonen fotopolymeren een aanzienlijke krimp na uitharding, afhankelijk van de monomeerconcentratie. Met de normale krachtregeling op de reometer kan de verticale krimp tijdens uitharding worden gemeten aan de hand van de verandering in spleet onder een constante toegepaste kracht. Dit kan worden gebruikt om het percentage krimp na uitharding te berekenen. De verknopingskinetiek van fotopolymeren is sterk afhankelijk van de intensiteit van het UV-licht en de duur van de blootstelling. Het is ook belangrijk om in gedachten te houden dat de intensiteit van de lichtstraal afneemt met de afstand tot het bestralingsoppervlak.
Experimenteel
- De vernettingsgraad en de krimp na uitharding van twee verschillende UV-uithardende lijmen werden geëvalueerd en vergeleken onder de aanbevolen procesomstandigheden.
- Rotatie reometer metingen werden uitgevoerd met behulp van Kinexus rotatie reometer met UV-accessoire die zijn bevestigd aan een cilinder cartridge. Vloeibare lijm werd op een kwartsglasplaat gedoseerd waardoor UV-licht werd bestraald (zie figuur 2). Voor de reologiemetingen werd een wegwerp parallel plaatmeetsysteem gebruikt.
- De dikte van het monster was 0,65 mm en er werd een oscillerende meting met één frequentie uitgevoerd onder een controledruk van 0,1% bij 1 Hz.
- Er werd een standaard beladingsvolgorde gebruikt om ervoor te zorgen dat beide monsters aan een consistent en controleerbaar beladingsprotocol werden onderworpen.
- OmniCure® Series 2000 UV/Visible Spot Curing Unit werd gebruikt met een 8 mm diameter OmniCure® vloeibare lichtgeleider om het monster met UV-licht te belichten. De golflengte van de lichtbron is 320 nm - 500 nm. De uithardingseenheid werd gebruikt in kalibratiemodus en OmniCure® R2000 radiometer werd gebruikt om de UV-uitgangsintensiteit te kalibreren.
- rSpace software is geconfigureerd om te communiceren met OmniCure® S2000 uithardingseenheid via een RS232-verbinding en de outputintensiteit kan worden geregeld door een standaard vooraf geconfigureerde reeks in de software uit te voeren1. Voor de uithardingstests werd een UV-intensiteit van 0,5 W/cm2 gebruikt.
- Alle reologische metingen werden uitgevoerd bij 25°C en de afstand tussen de glasplaat en het uiteinde van de lichtgeleider werd gelijk gehouden.
- Er werd een constante normaalkracht van 0 N op het monster uitgeoefend om een vrije beweging langs de verticale as mogelijk te maken door de krimp in het monster tijdens de verknoping.
- De OmniCure® S2000 werd bestuurd via rSpace software, zodat reologische parameters van belang samen met de UV-intensiteitsprofielen konden worden opgenomen.
Resultaten en discussie
Figuur 3 toont een kwalitatieve vergelijking van de vernettingskinetiek van twee verschillende typische UV-lijmen die gebruikt worden in optische toepassingen. Door de snelheid van de UV-reactie stijgt de Complexe afschuifmodulus (G*)Shear modulus is een maat voor de stijfheid van een materiaal. complexe afschuifmodulus (G*) snel na het openen van de UV-sluiter. Hoewel de Complexe ModulusDe complexe modulus bestaat uit twee componenten, de opslagmodulus en de verliesmodulus. De opslagmodulus (of Young's modulus) beschrijft de stijfheid en de verliesmodulus beschrijft het dempende (of visco-elastische) gedrag van het overeenkomstige monster volgens de methode van Dynamische Mechanische Analyse (DMA). complexe modulus van voorgeharde lijmen vergelijkbaar is, verschilt de snelheid van de vernetting aanzienlijk. Lijm - B vertoont een lagere modulus in het plateaugebied dan lijm - A, wat aangeeft dat de DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid van de vernetting en de bijbehorende stijfheid die bereikt kan worden aan het einde van de uitharding met het ingestelde bestralingsniveau van 0,5 W/cm2 lager is dan voor lijm - A.
Voor veel UV-lijmen is de krimp als gevolg van crosslinking een van de belangrijkste parameters, die de acceptatie van de prestaties voor eindtoepassingen bepaalt. Afbeelding 4 toont krimpgegevens voor lijm-A gemeten onder constante normaalkracht. rSpace software is ontworpen om met deze krimp om te gaan door de gebruiker de mogelijkheid te geven om de spleet in auto-tension modus te regelen bij een vooraf ingestelde normaalkracht. De modus voor het instellen van de spleet werd gebruikt om het monster te belasten; tijdens de uithardingstest werd echter een normaalkracht van nul uitgeoefend, waardoor de plaat vrij kon bewegen als het monster samentrok. Gebaseerd op de resultaten in afbeelding 4, vertoont lijm - A tegen het einde van de uitharding een krimp van 8%.
Conclusie
Deze toepassingsnotitie laat zien hoe in-situ karakterisering van reologische eigenschappen van UV-uithardende materialen kan worden uitgevoerd op een Kinexus rotatie reometer met UV-uithardingsaccessoire. Met dergelijke metingen kunnen de vernettingsgraad en de krimp na uitharding worden gevolgd.