Inledning
En fotopolymer består vanligtvis av monomerer, oligomerer och fotoinitiatorer som tvärbinds och bildar en nätverksstruktur när de utsätts för ljus, ofta i det ultravioletta eller synliga området av det elektromagnetiska spektrumet (se figur 1). Fotohärdning är en relativt snabb process jämfört med termisk Härdning (tvärbindningsreaktioner)Termen "crosslinking" betyder bokstavligen översatt "tvärnätverk". I kemiska sammanhang används det för reaktioner där molekyler länkas samman genom att införa kovalenta bindningar och bilda tredimensionella nätverk.härdning och därför kan processen användas för selektiv Härdning (tvärbindningsreaktioner)Termen "crosslinking" betyder bokstavligen översatt "tvärnätverk". I kemiska sammanhang används det för reaktioner där molekyler länkas samman genom att införa kovalenta bindningar och bilda tredimensionella nätverk.härdning med hjälp av ljuskällor med hög energi, vilket gör processen lämplig för tryckning av kretskort och tillverkning av mikrochips. Fotopolymerer används ofta inom medicinteknik, 3D-utskrift, beläggning, limning och proto-resist [1].
Reologiska mätningar används vanligen för att karakterisera utvecklingen av fotopolymerernas viskoelastiska egenskaper under fotohärdning. Genom att mäta förändringen i Komplex modulDen komplexa modulen består av två komponenter, lagrings- och förlustmodulerna. Lagringsmodulen (eller Youngs modul) beskriver styvheten och förlustmodulen beskriver dämpningsbeteendet (eller det viskoelastiska beteendet) hos motsvarande prov med hjälp av metoden för dynamisk mekanisk analys (DMA). komplex modul (G*) är det möjligt att uppskatta hur snabbt tvärbindningen sker. Dessutom tenderar fotopolymerer att uppvisa betydande krympning efter Härdning (tvärbindningsreaktioner)Termen "crosslinking" betyder bokstavligen översatt "tvärnätverk". I kemiska sammanhang används det för reaktioner där molekyler länkas samman genom att införa kovalenta bindningar och bilda tredimensionella nätverk.härdning beroende på monomerkoncentrationen. Med reometerns normala kraftkontroll kan den vertikala krympningen mätas under härdningen utifrån förändringen i gapet under en konstant pålagd kraft. Detta kan användas för att beräkna den procentuella krympningen efter Härdning (tvärbindningsreaktioner)Termen "crosslinking" betyder bokstavligen översatt "tvärnätverk". I kemiska sammanhang används det för reaktioner där molekyler länkas samman genom att införa kovalenta bindningar och bilda tredimensionella nätverk.härdning. Fotopolymerernas tvärbindningskinetik tenderar att vara mycket starkt beroende av UV-ljusets intensitet och exponeringstidens längd. Det är också viktigt att komma ihåg att ljusstrålens intensitet minskar med avståndet från den bestrålande ytan.
Experimentell
- Tvärbindningshastighet och krympning efter Härdning (tvärbindningsreaktioner)Termen "crosslinking" betyder bokstavligen översatt "tvärnätverk". I kemiska sammanhang används det för reaktioner där molekyler länkas samman genom att införa kovalenta bindningar och bilda tredimensionella nätverk.härdning av två olika UV-härdbara lim utvärderades och jämfördes under rekommenderade processförhållanden.
- Mätningar med rotationsreometer gjordes med Kinexus rotationsreometer med UV-tillbehör som är fästa på en cylinderpatron. Flytande lim fördelades på en kvartsglasplatta som genomstrålades av UV-ljus (se figur 2). Ett mätningssystem med parallella plattor för engångsbruk användes för reologimätningar.
- Provets tjocklek var 0,65 mm och en oscillerande mätning med en frekvens utfördes under en kontrolltöjning på 0,1% vid 1 Hz.
- En standardiserad laddningssekvens användes för att säkerställa att båda proverna genomgick ett konsekvent och kontrollerbart laddningsprotokoll.
- OmniCure® Serie 2000 UV/Visible Spot Curing Unit användes med en 8 mm diameter OmniCure® flytande ljusledare för att belysa provet med UV-ljus. Ljuskällans våglängd täcker 320 nm - 500 nm. Härdningsenheten användes i kalibreringsläge och OmniCure® R2000 radiometer användes för att kalibrera UV-utgångsintensiteten.
- rSpace är konfigurerad för att kommunicera med OmniCure® S2000 härdningsenhet via RS232-anslutning och utgångsintensiteten kan styras genom att köra en förkonfigurerad standardsekvens i programvaran1. UV-intensitet på 0,5 W/cm2 användes för härdningstesterna.
- Alla reologiska mätningar utfördes vid 25°C och avståndet mellan glasplattan och ljusledarens ände var detsamma.
- En konstant normalkraft på 0 N kontrollerades på provet för att tillåta fri rörelse längs den vertikala axeln på grund av krympningen i provet när tvärbindningen fortskrider.
- OmniCure® S2000 styrdes via programvaran rSpace, så att intressanta reologiska parametrar kunde registreras tillsammans med UV-intensitetsprofilerna.
Resultat och diskussion
Figur 3 visar en kvalitativ jämförelse av tvärbindningskinetiken hos två olika typiska UV-lim som används i optiska applikationer. På grund av UV-reaktionens hastighet stiger den komplexa skjuvmodulen (G*) snabbt efter att UV-luckan har öppnats. Även om de förhärdade limmens komplexmodul är likartad, är tvärbindningshastigheten väsentligt annorlunda. Lim - B visar en lägre modul i platåområdet än lim - A, vilket indikerar att tvärbindningstätheten och motsvarande styvhet som kan uppnås i slutet av härdningen med en inställd bestrålningsnivå på 0,5 W/cm2 är lägre än för lim - A.
För många UV-lim är krympningen på grund av tvärbindning en av de viktigaste parametrarna, som avgör om prestandan kan accepteras för slutanvändningsapplikationer. Figur 4 visar krympningsdata för Adhesive-A uppmätta under konstant normalkraft. Programvaran rSpace har utformats för att hantera denna krympning genom att låta användaren välja att styra spalten i autospänningsläge vid en förvald normalkraft. Spaltinställningsläget användes för att belasta provet, men under härdningstestet applicerades en normalkraft på noll, vilket möjliggjorde fri rörelse av plattan när provet krympte. Baserat på resultaten i figur 4 uppvisar Adhesive - A en krympning på 8% mot slutet av härdningen.
Slutsats
Denna applikation visar hur karakterisering av reologiska egenskaper hos UV-härdbara material kan utföras på plats med en Kinexus rotationsreometer med tillbehör för UV-härdning. Från sådana mätningar kan man följa tvärbindningshastigheten och krympningen efter härdning.