Introducere
Calorimetria cu scanare diferențială (DSC) permite determinarea temperaturilor de tranziție de fază și a entalpiei de tranziție, precum și a reacțiilor de întărire. Probele sunt de obicei analizate într-un creuzet cu capac perforat, sub presiune normală, cu un flux constant de gaz de purjare. Calorimetria cu scanare diferențială poate fi, de asemenea, utilizată pentru investigarea reacțiilor de fotopolimerizare [1]. Combinația unei lămpi UV cu NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® (figura 1) prezintă un instrument versatil în acest caz.
Rezultate
Sisteme cu întărire unică: Comparație "bun/foarte bun" a 2 cerneluri de imprimare
Proba este pregătită într-un creuzet deschis care este iradiat cu lumină UV. Intensitatea și timpul de iradiere pot fi variate la un program de temperatură definit. În general, se utilizează condiții izoterme sau un program dinamic de temperatură.
Figura 2 prezintă rezultatele foto-DSC pentru întărirea unei cerneluri serigrafice pe bază de acrilat. Au fost investigate două probe din loturi diferite. Experimentul a fost efectuat la o temperatură constantă de 35 °C, sub o atmosferă de azot. Iradierea a avut loc în mod pulsat cu impulsuri UV cu o intensitate de 1 W/cm² și o durată a impulsului de 1 s. Din măsurători se calculează curba de conversie, presupunând că în timpul ultimei etape de iradiere nu mai are loc întărirea. Ultima etapă de iradiere a fost scăzută din etapele anterioare și entalpia unei singure etape a fost stabilită proporțional cu entalpia totală.
Curba de conversie din figura 3 arată că există o ușoară diferență în comportamentul de întărire al probei "bune" comparativ cu proba "slabă" în timpul primelor două etape de iradiere.
Figura 4 prezintă entalpiile totale pentru cele două cerneluri, care prezintă diferențe semnificative. Eșantionul "bun" prezintă o reactivitate mai mare comparativ cu eșantionul "slab".
Impactul atmosferei gazoase
Influența oxigenului asupra comportamentului de întărire este bine cunoscută pentru sistemele de acrilat. Acest lucru este ilustrat pentru cerneala serigrafică "bună" în figura 5. Măsurătorile UV-DSC cu diferite atmosfere au putut fi realizate cu ușurință cu NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® folosind regulatoarele interne de debit masic pentru un debit precis al gazului de purjare. Rezultatele arată că entalpia de întărire este mai mică în comparație cu măsurarea în atmosferă de azot. Oxigenul prezent acționează ca un agent inhibitor pentru procesul de întărire UV [2].
Influența culorii asupra comportamentului de întărire
Curbele albastre din figura 6 reprezintă rezultatele UV-DSC pentru două cerneluri albastre, iar curbele roșii sunt rezultatele UV-DSC pentru cernelurile roșii. Ambele cerneluri albastre (loturi diferite) prezintă o entalpie semnificativ mai mare pentru întărirea UV în comparație cu cernelurile roșii. Din nou, ușoare diferențe în comportamentul de întărire al celor două loturi de cerneală de aceeași culoare sunt monitorizate de rezultatele UVDSC. În special pentru dezvoltarea de noi formulări, rezultatele UV-DSC sunt un instrument util pentru a obține formulări de culori diferite, dar cu același comportament de întărire, care este necesar pentru aplicarea ulterioară.
Rezultate pentru un sistem cu dublă întărire
Pe lângă cercetarea sistemelor cu un singur mecanism de întărire, DSC UV poate fi utilizat și pentru sistemele cu dublă întărire [3], cum ar fi tipurile speciale de adezivi. Aceste tipuri de adezivi nu se polimerizează numai prin radiații UV, ci prezintă și un efect termic de postpolimerizare. Figura 7 prezintă rezultatele pentru un astfel de sistem. Radiația cu lumină UV timp de 1 s la temperatura ambiantă arată un efect de întărire ExotermicO tranziție de probă sau o reacție este exotermă dacă generează căldură.exotermic cu o entalpie de 251 J/g. Prin încălzirea probei la 200°C, efectul de întărire termică a putut fi observat la 164°C (temperatura de vârf) cu o entalpie de 55 J/g. Acest exemplu demonstrează clar că caracterizarea completă a comportamentului de întărire poate fi obținută dintr-un singur experiment UV-DSC.
Rezumat
Calorimetria diferențială de scanare (DSC) în combinație cu radiația unei lămpi UV permite investigarea proceselor de întărire a sistemelor de întărire UV. Rezultatele obținute ajută la obținerea unei perspective asupra mecanismelor de întărire și a cineticii reacțiilor de întărire. În plus, au fost investigate sisteme de polimerizare duală în cadrul unui singur experiment.