Introducere
Un fotopolimer constă, de obicei, din monomeri, oligomeri și fotoinițiatori care se reticulează pentru a forma o structură de rețea atunci când sunt expuși la lumină, adesea în regiunea ultravioletă sau vizibilă a spectrului electromagnetic (a se vedea figura 1). Fotopolimerizarea este un proces relativ rapid în comparație cu polimerizarea termică și, prin urmare, procesul poate fi utilizat pentru polimerizarea selectivă folosind surse de lumină cu energie ridicată, ceea ce face ca procesul să fie adecvat pentru imprimarea plăcilor de circuite și fabricarea microcipurilor. Fotopolimerii sunt utilizați pe scară largă în tehnologiile medicale, de imprimare 3D, de acoperire, adezive și protorezistente [1].
Măsurătorile reologice sunt frecvent utilizate pentru a caracteriza evoluția proprietăților vâsco-elastice ale fotopolimerilor în timpul fotopolimerizării. Prin măsurarea modificării modulului complex (G*), este posibil să se estimeze rata de reticulare. În plus, fotopolimerii tind să prezinte o contracție semnificativă după polimerizare, în funcție de concentrația monomerului. Capacitatea de control al forței normale de pe reometru permite măsurarea contracției verticale în timpul polimerizării din modificarea spațiului sub o forță aplicată constantă. Acest lucru poate fi utilizat pentru a calcula procentul de contracție după întărire. Cinetica de reticulare a fotopolimerilor tinde să depindă foarte mult de intensitatea luminii UV și de durata timpului de expunere. De asemenea, este important să se țină seama de faptul că intensitatea fasciculului de lumină scade odată cu distanța de la suprafața de iradiere.
Experimental
- Rata de reticulare și contracția post-curare a doi adezivi diferiți cu întărire UV au fost evaluate și comparate în condițiile de proces recomandate.
- Măsurătorile reometrului rotațional au fost efectuate cu ajutorul reometrului rotațional Kinexus cu accesoriu UV atașat la un cartuș cilindric. Adezivul lichid a fost distribuit pe o placă de sticlă de cuarț prin care a fost iradiată lumina UV (a se vedea figura 2). Pentru măsurătorile reologice a fost utilizat un sistem de măsurare cu plăci paralele de unică folosință.
- Grosimea probei a fost de 0,65 mm și s-a efectuat o măsurătoare oscilatorie cu frecvență unică sub o deformare de control de 0,1 % la 1 Hz.
- A fost utilizată o secvență de încărcare standard pentru a se asigura că ambele probe au fost supuse unui protocol de încărcare consecvent și controlabil.
- OmniCure® Pentru iluminarea probei cu lumină UV s-a utilizat unitatea de polimerizare prin puncte UV/vizibil Series 2000 cu un ghid de lumină lichidă OmniCure® cu diametrul de 8 mm. Lungimea de undă a sursei de lumină acoperă 320 nm - 500 nm. Unitatea de vulcanizare a fost utilizată în modul de calibrare, iar radiometrul OmniCure® R2000 a fost utilizat pentru calibrarea intensității UV de ieșire.
- software-ul rSpace este configurat pentru a comunica cu unitatea de vulcanizare OmniCure® S2000 prin conexiune RS232, iar intensitatea de ieșire poate fi controlată prin rularea unei secvențe standard preconfigurate în software1. Intensitatea UV de 0,5 W/cm2 a fost utilizată pentru testele de întărire.
- Toate măsurătorile reologice au fost efectuate la 25°C, iar distanța dintre placa de sticlă și capătul ghidului de lumină a rămas aceeași.
- O forță normală constantă de 0 N a fost controlată asupra probei pentru a permite mișcarea liberă de-a lungul axei verticale din cauza contracției din interiorul probei pe măsură ce reticularea progresează.
- OmniCure® S2000 a fost controlat prin intermediul software-ului rSpace, astfel încât parametrii reologici de interes au putut fi înregistrați împreună cu profilurile de intensitate UV.
Rezultate și discuții
Figura 3 prezintă o comparație calitativă a cineticii de reticulare a doi adezivi UV tipici diferiți care sunt utilizați în aplicații optice. Datorită vitezei reacției UV, modulul de forfecare complex (G*) crește rapid după deschiderea obturatorului UV. Deși modulul complex al adezivilor prepolimerizați este similar, rata de reticulare este semnificativ diferită. Adezivul - B prezintă un modul mai mic în regiunea de platou decât adezivul - A, ceea ce indică faptul că densitatea de reticulare și rigiditatea corespunzătoare care pot fi atinse la sfârșitul polimerizării cu un nivel de iradiere stabilit la 0,5 W/cm2 sunt mai mici decât pentru adezivul - A.
Pentru mulți adezivi UV, contracția datorată reticulării este unul dintre parametrii cheie, care decide acceptarea performanței pentru aplicațiile finale. Figura 4 prezintă datele de contracție pentru adezivul A măsurate în condiții de forță normală constantă. Software-ul rSpace a fost conceput pentru a gestiona această contracție, permițând utilizatorului să aleagă controlul decalajului în modul de autotensionare la o forță normală preselectată. Modul de reglare a distanței a fost utilizat pentru a încărca proba; cu toate acestea, în timpul testului de întărire, a fost aplicată o forță normală zero, permițând mișcarea liberă a plăcii pe măsură ce proba se contractă. Pe baza rezultatelor din figura 4, adezivul - A prezintă o contracție de 8% spre sfârșitul polimerizării.
Concluzie
Această notă de aplicare arată cum se poate efectua caracterizarea in situ a proprietăților reologice ale materialelor polimerizabile prin UV pe un reometru rotațional Kinexus cu accesoriu de polimerizare prin UV. Din astfel de măsurători pot fi urmărite rata de reticulare și contracția post-curare.