Inleiding
Differential scanning calorimetrie (DSC) maakt de bepaling van faseovergangstemperaturen en overgangsenthalpie mogelijk, ook voor uithardingsreacties. De monsters worden meestal geanalyseerd in een smeltkroes met doorboord deksel onder normale druk met een constante spoelgasstroom. Differential scanning calorimetrie kan ook gebruikt worden voor het onderzoeken van fotohardende reacties [1]. De combinatie van een UV-lamp met de NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® (figuur 1) biedt hier een veelzijdig hulpmiddel.
Resultaten
Enkeluithardende systemen: Vergelijking "goed/slecht" van 2 drukinkten
Het monster wordt geprepareerd in een open kroes die bestraald wordt met UV-licht. De intensiteit en de bestralingstijd kunnen worden gevarieerd bij een gedefinieerd temperatuurprogramma. Over het algemeen worden isotherme omstandigheden of een dynamisch temperatuurprogramma gebruikt.
Afbeelding 2 toont de resultaten van de foto-DSC voor de uitharding van een zeefdrukinkt op acrylaatbasis. Twee monsters van verschillende partijen werden onderzocht. Het experiment werd uitgevoerd bij een constante temperatuur van 35°C onder een stikstofatmosfeer. De bestraling vond plaats op een gepulseerde manier met UV-pulsen met een intensiteit van 1 W/cm² en een pulstijd van 1 s. Uit de meting is de conversiecurve berekend, ervan uitgaande dat tijdens de laatste bestralingsstap geen uitharding meer plaatsvindt. De laatste bestralingsstap werd afgetrokken van de voorgaande stappen en de enthalpie van een enkele stap werd evenredig gesteld aan de totale enthalpie.
De conversiecurve in figuur 3 laat zien dat er een klein verschil is in het uithardingsgedrag van het "goede" monster vergeleken met het "slechte" monster tijdens de eerste twee bestralingsstappen.
Figuur 4 toont de totale enthalpie voor de twee inkten die significante verschillen vertonen. Het "goede" monster vertoont een hogere reactiviteit vergeleken met het "slechte" monster.
Invloed van de gasatmosfeer
De invloed van zuurstof op het uithardingsgedrag is welbekend voor acrylaatsystemen. Dit wordt getoond voor de "goede" zeefdrukinkt in figuur 5. UV-DSC-metingen met verschillende atmosferen konden eenvoudig worden uitgevoerd met de NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® met behulp van de interne massastroomregelaars voor een nauwkeurige spoelgasstroom. De resultaten laten zien dat de enthalpie voor uitharding lager is vergeleken met de meting onder een stikstofatmosfeer. De aanwezige zuurstof werkt als een remmer voor het UV-uithardingsproces [2].
Invloed van de kleur op het uithardingsgedrag
De blauwe curven in figuur 6 geven de UV-DSC resultaten weer voor twee blauwe inkten en de rode curven zijn de UV-DSC resultaten voor de rode inkten. Beide blauwe inkten (verschillende partijen) vertonen een aanzienlijk hogere enthalpie voor UV-uitharding in vergelijking met de rode inkten. Ook hier worden kleine verschillen in het uithardingsgedrag van de twee partijen inkt van dezelfde kleur gecontroleerd door de UVDSC-resultaten. Vooral voor de ontwikkeling van nieuwe formuleringen zijn UV-DSC resultaten een nuttig hulpmiddel om formuleringen met verschillende kleuren maar met hetzelfde uithardingsgedrag te verkrijgen, wat nodig is voor latere toepassingen.
Resultaten voor een systeem met dubbele uitharding
Naast het onderzoek naar systemen met een enkel uithardingsmechanisme, kan de UV DSC ook worden gebruikt voor systemen met dubbele uitharding [3], zoals speciale lijmsoorten. Deze lijmsoorten harden niet alleen uit door UV-straling, maar vertonen ook een thermisch nahardend effect. Figuur 7 toont de resultaten voor een dergelijk systeem. Bestraling met UV-licht gedurende 1 s bij omgevingstemperatuur toont een ExothermEen monsterovergang of een reactie is exotherm als er warmte wordt opgewekt.exotherm uithardingseffect met een enthalpie van 251 J/g. Door het monster te verhitten tot 200°C kon het thermische uithardingseffect worden waargenomen bij 164°C (piektemperatuur) met een enthalpie van 55 J/g. Dit voorbeeld toont duidelijk aan dat een volledige karakterisering van het uithardingsgedrag kan worden afgeleid uit één enkel UV-DSC-experiment.
Samenvatting
Differential Scanning Calorimetry (DSC) in combinatie met de bestraling van een UV-lamp maakt het mogelijk om uithardingsprocessen van UV-uithardende systemen te onderzoeken. De verkregen resultaten helpen inzicht te krijgen in uithardingsmechanismen en de kinetiek van uithardingsreacties. Bovendien werden dubbele uithardingssystemen in één experiment onderzocht.