Введение
Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) позволяет определять температуры фазовых переходов и энтальпии переходов, а также реакции отверждения. Образцы обычно анализируются в тигле с проколотой крышкой при нормальном давлении с постоянным потоком продувочного газа. Дифференциальная сканирующая калориметрия также может быть использована для исследования реакций фотоотверждения [1]. Комбинация УФ-лампы с прибором NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® (рис. 1) представляет собой универсальный инструмент.
Результаты
Системы однократного отверждения: Сравнение "хорошо/плохо" двух печатных красок
Образец готовится в открытом тигле, который облучается ультрафиолетовым светом. Интенсивность и время облучения можно варьировать при определенной температурной программе. Обычно используются изотермические условия или динамическая температурная программа.
На рис. 2 показаны результаты фото-ДСК для отверждения трафаретной печатной краски на основе акрилата. Исследовались два образца с разным lots. Эксперимент проводился при постоянной температуре 35°C в атмосфере азота. Облучение проводилось импульсным способом УФ-импульсами с интенсивностью 1 Вт/см² и временем импульса 1 с. На основании измерений была рассчитана кривая конверсии, предполагая, что во время последнего этапа облучения отверждение больше не происходит. Последний шаг облучения вычитался из предыдущих шагов, и энтальпия одного шага была установлена пропорционально общей энтальпии.
Кривая конверсии на рисунке 3 показывает, что существует небольшая разница в поведении "хорошего" образца по сравнению с "плохим" образцом во время первых двух этапов облучения.
На рисунке 4 показаны общие энтальпии для двух красок, которые существенно различаются. Хороший" образец демонстрирует более высокую реакционную способность по сравнению с "плохим" образцом.
Влияние газовой атмосферы
Влияние кислорода на поведение отвердителя хорошо известно для акрилатных систем. Это показано для "хороших" чернил для трафаретной печати на рисунке 5. Измерения УФ-ДСК с различными атмосферами можно легко реализовать на приборе NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® с помощью встроенных регуляторов массового расхода для точной подачи продувочного газа. Результаты показывают, что энтальпия отверждения ниже по сравнению с измерениями в атмосфере азота. Присутствующий кислород действует как ингибирующий агент для процесса УФ-отверждения [2].
Влияние цвета на поведение при отверждении
Синие кривые на рисунке 6 представляют собой результаты УФ-ДСК для двух синих чернил, а красные кривые - результаты УФ-ДСК для красных чернил. Обе синие краски (разные lots) демонстрируют значительно более высокую энтальпию УФ-отверждения по сравнению с красными красками. Опять же, незначительные различия в поведении при отверждении двух чернил lots одного цвета прослеживаются по результатам УФ-ДСК. Особенно при разработке новых рецептур, результаты УФ-ДСК являются полезным инструментом для получения рецептур разных цветов, но с одинаковым поведением при отверждении, что необходимо для последующего применения.
Результаты для системы двойного отверждения
Наряду с исследованием систем с одним механизмом отверждения, УФ ДСК также может быть использована для систем двойного отверждения [3], например, специальных типов клеев. Такие клеи отверждаются не только под действием УФ-излучения, но и демонстрируют эффект термического отверждения. На рисунке 7 показаны результаты для такой системы. Облучение ультрафиолетовым светом в течение 1 с при температуре окружающей среды демонстрирует экзотермический эффект отверждения с энтальпией 251 Дж/г. При нагревании образца до 200°C эффект термического отверждения можно наблюдать при 164°C (пиковая температура) с энтальпией 55 Дж/г. Этот пример наглядно демонстрирует, что полная характеристика поведения отвердителя может быть получена из одного единственного эксперимента УФ-ДСК.
Резюме
Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) в сочетании с облучением УФ-лампой позволяет исследовать процессы отверждения УФ-отверждаемых систем. Полученные результаты помогают понять механизмы отверждения и кинетику реакций отверждения. Кроме того, в рамках одного эксперимента были исследованы системы двойного отверждения.