Introdução
O sistema de resina desenvolvido pelo European Centre for Dispersion Technologies (EZD) foi meticulosamente projetado para uso em diversas aplicações, incluindo tintas, revestimentos e manufatura aditiva. O entendimento do comportamento de Cura (reações de reticulação)Traduzido literalmente, o termo "crosslinking" significa "rede cruzada". No contexto químico, ele é usado para reações em que as moléculas são unidas por meio da introdução de ligações covalentes e da formação de redes tridimensionais.cura, analisado por meio de estudos cinéticos do módulo de armazenamento, é fundamental para seu desempenho. A Cura (reações de reticulação)Traduzido literalmente, o termo "crosslinking" significa "rede cruzada". No contexto químico, ele é usado para reações em que as moléculas são unidas por meio da introdução de ligações covalentes e da formação de redes tridimensionais.cura por UV, que envolve Cura (reações de reticulação)Traduzido literalmente, o termo "crosslinking" significa "rede cruzada". No contexto químico, ele é usado para reações em que as moléculas são unidas por meio da introdução de ligações covalentes e da formação de redes tridimensionais.reações de reticulação que criam ligações covalentes e formam redes tridimensionais, é uma característica fundamental dessa resina. O módulo de armazenamento, uma medida da rigidez de um material durante a Cura (reações de reticulação)Traduzido literalmente, o termo "crosslinking" significa "rede cruzada". No contexto químico, ele é usado para reações em que as moléculas são unidas por meio da introdução de ligações covalentes e da formação de redes tridimensionais.cura, fornece informações essenciais sobre a cinética da Cura (reações de reticulação)Traduzido literalmente, o termo "crosslinking" significa "rede cruzada". No contexto químico, ele é usado para reações em que as moléculas são unidas por meio da introdução de ligações covalentes e da formação de redes tridimensionais.cura e ajuda a prever o comportamento da resina em diferentes condições. Combinando a Cura (reações de reticulação)Traduzido literalmente, o termo "crosslinking" significa "rede cruzada". No contexto químico, ele é usado para reações em que as moléculas são unidas por meio da introdução de ligações covalentes e da formação de redes tridimensionais.cura por UV com a pós-cura térmica, o sistema de resina atinge as propriedades ideais do material, como dureza, elasticidade e resistência química. Essa abordagem não apenas garante uma cura rápida e eficiente, mas também melhora o desempenho em aplicações em setores como impressão, processamento de madeira, automotivo, eletrônico, tecnologia médica, ótica, aeroespacial e embalagens de alimentos. A análise cinética do módulo de armazenamento permite previsões precisas do comportamento de cura da resina.
Condições de medição
As amostras foram produzidas usando impressão 3D na SKZKFE gGmbH e analisadas com um NETZSCH DMA 303 Eplexor® (figura 1). Os parâmetros de medição mais importantes estão resumidos na tabela 1.
Tabela 1: Condições de medição do DMA 303 Eplexor® measurement
| Suporte de amostra | flexão de 3 pontos, suportes flexíveis de 30 mm |
|---|---|
| Espessura da amostra | Aprox. 2 mm |
| Largura da amostra | Aprox. 10 mm |
| Força dinâmica máxima | 10 N |
| Amplitude dinâmica | 50 μm |
| Frequência | 1 Hz |
| Taxa de aquecimento | 5 K/min |
| Temperatura alvo | 180°C, 200°C, 210°C e 220°C |
| Segmento IsotérmicoOs testes com temperatura controlada e constante são chamados de isotérmicos.isotérmico | 5 h, cada um na temperatura-alvo |
Resultados de medição e discussão
Para determinar a temperatura de cura ideal para o novo sistema de resina, as amostras foram aquecidas a 5 K/min desde a temperatura ambiente até as temperaturas-alvo de 180°C, 200°C, 210°C e 220°C, respectivamente, e mantidas isotérmicas por 5 h após atingirem a temperatura para analisar o possível aumento no módulo de armazenamento durante o tempo de retenção; veja a Figura 2.
Pode-se observar que, com o aumento da temperatura de cura (segmentos isotérmicos), é possível obter valores de módulo mais altos e que o aumento também ocorre mais rapidamente em temperaturas mais altas. Somente a 220°C (curva azul) é que aparece um efeito negativo. Após um aumento inicial no valor do módulo, ele começa a diminuir depois de aproximadamente 80 minutos do tempo total de medição, o que é um indicador de fragilização do material. Assim, pode-se presumir que, a 220°C, já ocorrem danos ao material.
Os valores de módulo alcançáveis após 300 minutos mostram um aumento considerável com a temperatura. Entretanto, essa diferença não é tão significativa entre 200°C (curva vermelha) e 210°C (curva verde).
Análise cinética da reação de pós-cura
O software Kinetics Neo permite a determinação dos parâmetros cinéticos de uma reação química. Ele também permite a previsão do módulo de armazenamento a partir de propriedades mecânicas usando a análise mecânica dinâmica (DMA). As medições para análise cinética são realizadas em diferentes temperaturas isotérmicas e são mostradas na figura 2.
Usando essas medições, o Kinetics Neo é capaz de determinar o número de etapas que descrevem a reação de cura. Para cada uma dessas etapas, o software também calcula os parâmetros cinéticos, ou seja, o tipo de reação, a energia de ativação e a ordem da reação.
A Figura 3 mostra as medições realizadas em diferentes temperaturas isotérmicas após a remoção da linha de base. Uma linha de base horizontal é usada a partir do ponto com E' mínimo. Como as medições mecânicas já indicam uma reação em uma etapa, um modelo com autocatálise de ordem Cn, n é selecionado para análise cinética.
A Figura 3 exibe as curvas medidas como símbolos e o modelo ajustado como linhas sólidas.
O ajuste do modelo é calculado para a temperatura usada no experimento pelo software Kinetics Neo. A Tabela 2 mostra os parâmetros cinéticos ideais usados para o cálculo. O desvio entre as curvas medidas e calculadas mostra as diferenças na preparação da amostra. No entanto, o alto coeficiente de determinação R2 = 0,995 indica uma forte concordância entre o modelo e os dados experimentais.
Tabela 2: Parâmetros cinéticos, calculados por Kinetics Neo
| Etapa 1 (unidades) | |
| Energia de ativação | 50.319 (kJ/mol) |
| Log(PreExp) | 2.591 log (s-1) |
| ReactOrder n | 2.591 |
| Log (AutocatPreexp) | 0.01 log (s-1) |
| Contribuição | 1 |
Simulação de cura para condições específicas do usuário
Com base nos parâmetros cinéticos determinados, o site Kinetics Neo é capaz de calcular o comportamento da amostra para qualquer condição de tempo/temperatura, próximo às temperaturas experimentais.
Como exemplo, as figuras 4 e 5 mostram o Grau de curaO grau de cura descreve a conversão obtida durante as reações de reticulação (cura). grau de cura da resina em diferentes temperaturas isotérmicas de 180°C a 215°C por 5 horas e 10 horas, respectivamente. Como esperado, a cura ocorre mais rapidamente em temperaturas mais altas.
É necessário um período mais longo para garantir a cura completa. Por exemplo, após 5 horas, o Grau de curaO grau de cura descreve a conversão obtida durante as reações de reticulação (cura). grau de cura atinge 0,940 e, após 16 horas, atinge 0,972. A cura total pode levar várias horas ou dias, dependendo da temperatura.
Conclusão
As propriedades mecânicas de um sistema de resina curada por UV após a cura térmica foram avaliadas por meio da Análise Mecânica Dinâmica (DMA). As medições isotérmicas foram realizadas em diferentes temperaturas: 180°C, 200°C, 210°C e 220°C. Os dados foram analisados com o software Kinetics Neo, e um modelo cinético foi desenvolvido para prever o Grau de curaO grau de cura descreve a conversão obtida durante as reações de reticulação (cura). grau de cura. Esse modelo pode ser aplicado não apenas às temperaturas e durações medidas, mas também a condições que não foram testadas experimentalmente. Como resultado, ele permite a identificação de parâmetros que atingem um grau específico de cura no menor tempo ou na menor temperatura, dependendo da meta de otimização. Essa abordagem reduz o número de testes físicos necessários, economizando tempo e custos e acelerando o processo geral para os usuários.
Benefícios da análise cinética
Custos experimentais mais baixos
Kinetics Neo o software reduz a necessidade de numerosos e caros testes físicos ao otimizar o número de testes necessários. Isso permite que os clientes economizem tempo e dinheiro e, ao mesmo tempo, acelerem o processo geral.
Otimização dos ciclos de cura
O software ajuda a Identify a temperatura e o tempo ideais de pós-cura para obter a melhor conversão de material. Isso garante a eficiência da produção, evitando problemas como excesso ou falta de pós-cura.
Personalização e flexibilidade
Os clientes podem ajustar o processo de cura para atender aos requisitos de aplicações específicas, quer precisem que os materiais sejam mais flexíveis ou mais rígidos. Essa flexibilidade garante que o produto final se alinhe perfeitamente às suas necessidades, reduzindo a necessidade de testes adicionais.