
24.07.2024 by Dr. Natalie Rudolph, Rüdiger Sehling, Dr. Felipe Wolff-Fabris (European Center for Dispersion Technologies (EZD)), Katlen Tröger (EZD)
DMA como uma ferramenta de otimização para pós-cura de revestimentos de endurecimento e componentes impressos em 3D
Os sistemas 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 por UV encontraram um lugar em vários setores e aplicações devido à sua rápida capacidade de processamento, precisão na aplicação e versatilidade.
Os sistemas 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 por UV encontraram um lugar em vários setores e aplicações devido à sua capacidade de processamento rápido, precisão na aplicação e versatilidade. Algumas das aplicações mais importantes até o momento são:
- Setor de impressão: As tintas e os vernizes 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 por UV são amplamente utilizados no setor de impressão. Elas permitem a secagem e 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 rápidas de tintas em papel, papelão, plástico e outros substratos de impressão, o que aumenta a velocidade de produção.
- Processamento de madeira: Os revestimentos 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 UV são usados no processamento de madeira, especialmente em móveis, pisos, superfícies e acabamentos de móveis e decoração de madeira. Eles proporcionam cura rápida e alta qualidade de superfície.
- Setor automotivo: As tintas e os revestimentos de cura por UV são usados no setor automotivo para pintar peças plásticas, componentes internos e painéis de instrumentos. Eles oferecem cura rápida e alta qualidade de superfície.
- Eletrônicos: Os materiais de cura por UV são usados no setor eletrônico para a produção de placas de circuito impresso, displays, caixas, interruptores e outros componentes eletrônicos. Eles oferecem dosagem e aplicação precisas e permitem uma produção rápida.
- Tecnologia médica: Os materiais de cura por UV são usados na produção de dispositivos médicos, produtos odontológicos, aparelhos ortopédicos e outras aplicações médicas. Eles oferecem alta precisão e propriedades biocompatíveis.
- Ótica e óculos: Os materiais de cura por UV são empregados em lentes de óculos, lentes de contato e revestimentos ópticos. Eles oferecem cura rápida, alta transparência e resistência a arranhões.
- Aeroespacial: Os revestimentos de cura por UV são aplicados no setor aeroespacial para componentes, carcaças e aplicações de superfície. Eles oferecem leveza, durabilidade e cura rápida.
- Embalagem de alimentos: Os revestimentos de cura por UV são usados no setor de embalagens de alimentos para proteger os materiais de embalagem, aumentar a durabilidade e reduzir a penetração de umidade.
Além dessas áreas tradicionais, eles têm sido amplamente utilizados na manufatura aditiva há vários anos. As resinas de cura por UV formam a base para os processos de fotopolimerização em tanque e jateamento de materiais, e também são empregadas no jateamento de ligantes. Aqui, também, as propriedades de cura rápida são relevantes para a velocidade de impressão 3D; a precisão e a finura são relevantes para a resolução e a espessura da camada alcançável; e a ampla gama de formulações permite uma combinação quase infinita de propriedades e materiais.
Em algumas aplicações, as propriedades das tintas, dos revestimentos e das peças impressas em 3D podem até ser aprimoradas pela cura em temperaturas elevadas após a cura por UV. Isso às vezes é útil para controlar a profundidade da cura ou melhorar as propriedades:
- Espessura do revestimento ou do filme impresso: Para camadas espessas de materiais de cura UV, a luz UV pode não penetrar o suficiente para garantir a cura completa. A pós-cura térmica é necessária para obter a cura completa em toda a espessura.
- Composição do material e grau de reticulação: Alguns materiais exigem pós-cura térmica para obter reticulação e polimerização suficientes. A pós-cura ajuda a completar reações incompletas e a melhorar a estabilidade do material.
- Otimização das propriedades do material. A combinação de cura UV e pós-cura térmica permite a otimização de propriedades específicas do material, como dureza, elasticidade, resistência ao impacto e resistência química.

Análise dinâmico-mecânica para otimizar a pós-cura térmica com relação às propriedades mecânicas
Um bom método para otimizar a pós-cura térmica com relação às propriedades mecânicas é a análise dinâmico-mecânica (DMA). A DMA analisa o comportamento dos materiais em temperaturas, frequências e deformações variáveis. No exemplo a seguir, ela foi usada para determinar a temperatura ideal de pós-cura em termos de tempo, custo e desempenho.
O sistema de resina foi desenvolvido pela EZD para uso como tinta ou revestimento, ou na fabricação de aditivos.
As amostras foram produzidas usando impressão 3D na EZD-SKZ e analisadas com um DMA 303 Eplexor®. Os parâmetros mais importantes estão resumidos na tabela a seguir:
Suporte da 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 |
Para uma avaliação inicial do comportamento de cura e do comportamento mecânico sob a influência da temperatura, foi realizada uma medição de DMA de 100°C a 200°C a uma taxa de aquecimento de 2 K/min. Após o resfriamento, esse ciclo foi repetido mais duas vezes na mesma amostra. Os resultados são mostrados na figura 1. É possível observar que ocorre uma diferença no módulo de armazenamento em temperaturas acima da temperatura ambiente. A rigidez aumenta com o aumento do aquecimento. Além disso, a Temperatura de transição do vidroA transição vítrea é uma das propriedades mais importantes dos materiais amorfos e semicristalinos, por exemplo, vidros inorgânicos, metais amorfos, polímeros, produtos farmacêuticos e ingredientes alimentícios etc., e descreve a região de temperatura em que as propriedades mecânicas dos materiais mudam de duras e quebradiças para mais macias, deformáveis ou emborrachadas.transição vítrea (tan d) se desloca para temperaturas mais altas.

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 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.

É possível observar que, com o aumento da temperatura, é possível obter valores de módulo cada vez mais altos e que o aumento ocorre mais rapidamente em temperaturas mais altas. Somente a 220°C é que aparece um efeito negativo. Após um aumento inicial do 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, a 220°C, já ocorrem danos ao material.
Os valores de módulo alcançáveis após 300 minutos mostram o aumento considerável com a temperatura. No entanto, essa diferença não é mais tão large evidente entre 200°C e 210°C.
Para poder avaliar o efeito na Temperatura de transição do vidroA transição vítrea é uma das propriedades mais importantes dos materiais amorfos e semicristalinos, por exemplo, vidros inorgânicos, metais amorfos, polímeros, produtos farmacêuticos e ingredientes alimentícios etc., e descreve a região de temperatura em que as propriedades mecânicas dos materiais mudam de duras e quebradiças para mais macias, deformáveis ou emborrachadas.transição vítrea, todas as amostras mantidas isotermicamente são posteriormente aquecidas dinamicamente de -100°C a 200°C a uma taxa de aquecimento de 2 K/min. A diferença nos valores de módulo já pode ser reconhecida no início da medição a -100°C. Também é possível observar claramente que o valor do módulo da amostra danificada a 220°C não difere da amostra pós-cura a 180°C. O pico de tan d, que corresponde à Temperatura de transição do vidroA transição vítrea é uma das propriedades mais importantes dos materiais amorfos e semicristalinos, por exemplo, vidros inorgânicos, metais amorfos, polímeros, produtos farmacêuticos e ingredientes alimentícios etc., e descreve a região de temperatura em que as propriedades mecânicas dos materiais mudam de duras e quebradiças para mais macias, deformáveis ou emborrachadas.transição vítrea do material (Tg), é deslocado para valores mais altos à medida que a temperatura de manutenção aumenta. No entanto, também é possível observar que as diferenças aumentam menos acentuadamente após a pós-cura a 200°C.

Os resultados mostram que o valor mais alto de módulo e Tg pode ser alcançado a uma temperatura de cura de 210°C.
Dependendo das condições da estrutura, diferentes decisões de otimização podem agora ser derivadas:
- Para obter o valor máximo de módulo de 201 MPa, a cura deve ser realizada a 210°C por 300 minutos.
- Se, por exemplo, um valor de módulo de 150 MPa for suficiente, esse valor será alcançado a 200°C após 160 minutos e a 210°C após 70 minutos. Dependendo da tecnologia do forno, pode-se presumir que é mais eficiente em termos de energia (+ tempo e custos) obter os mesmos resultados em 90 minutos a menos a 210°C.
- Se for necessário um determinado valor de Temperatura de transição do vidroA transição vítrea é uma das propriedades mais importantes dos materiais amorfos e semicristalinos, por exemplo, vidros inorgânicos, metais amorfos, polímeros, produtos farmacêuticos e ingredientes alimentícios etc., e descreve a região de temperatura em que as propriedades mecânicas dos materiais mudam de duras e quebradiças para mais macias, deformáveis ou emborrachadas.transição vítrea, por exemplo, > 150°C, uma temperatura de cura de 200°C já pode ser suficiente. Outros tempos de espera isotérmicos devem ser usados para verificar se a mesma Tg também pode ser alcançada mais rapidamente em temperaturas mais altas.
Esse exemplo tem o objetivo de mostrar que, dependendo do valor-alvo de desempenho (módulo ou Tg), tempo, custo ou eficiência energética, algumas medições de DMA geralmente são suficientes para restringir o espaço de resultados e, em seguida, verificar o alcance dos valores-alvo com uma ou duas medições de confirmação.
Portanto, o DMA pode ser usado para otimizar a cura térmica de tintas de cura UV, revestimentos e resinas de impressão 3D. Dependendo do valor-alvo, outros métodos, como o nosso UV-DSC, o acoplamento UV no reômetro rotacional Kinexus ou o UV-DEA, podem ser empregados para otimizar a cura UV.