Giriş
Boyalar, yapıştırıcılar, baskı mürekkepleri ve saksı bileşikleri, ultraviyole (UV) radyasyon yoluyla orta sıcaklıklarda (genellikle oda sıcaklığında) giderek daha fazla kürlenmektedir. TermalKürleşme (Çapraz Bağlanma Reaksiyonları)Kelimenin tam anlamıyla tercüme edildiğinde, "çapraz bağlama" terimi "çapraz ağ oluşturma" anlamına gelir. Kimyasal bağlamda, moleküllerin kovalent bağlar oluşturarak ve üç boyutlu ağlar oluşturarak birbirine bağlandığı reaksiyonlar için kullanılır. kürleme ile karşılaştırıldığında enerji tasarrufu sağlayan yönünün yanı sıra, UV kaynaklı çapraz bağlamanın yüksek işleme hızları ve UVreaktif sistemlerin çevre dostu olması endüstriyel uygulamalar için temel ilgi alanıdır. Enerji girdisi kısa olduğundan, bu şekilde kaplanan nesneler neredeyse hiç ısınmaz. Bu nedenle bu teknik plastik filmler, ahşap ve kağıt gibi ısıya duyarlı alt tabakaların yüzey işlemlerinde bile kullanılabilir. Ayrıca, UV ile kürlenen boya filmleri genellikle yüksek çizilme ve kimyasal direnç gösterir.
Bu yöntemin yukarıda belirtilen avantajlarını gerçekleştirmek ve yüksek kaliteli ürünler üretmek için, UVKürleşme (Çapraz Bağlanma Reaksiyonları)Kelimenin tam anlamıyla tercüme edildiğinde, "çapraz bağlama" terimi "çapraz ağ oluşturma" anlamına gelir. Kimyasal bağlamda, moleküllerin kovalent bağlar oluşturarak ve üç boyutlu ağlar oluşturarak birbirine bağlandığı reaksiyonlar için kullanılır. kürleme formülasyonlarının optimizasyonu gerekiyorsa, optimum ışınlama süreleri ve radyasyon yoğunlukları belirlenmelidir. Bazen Foto-DSC veya UV-DSC olarak da adlandırılan foto-kalorimetreler, ışıkla aktif hale gelen maddelerin ve bunların kürlenme davranışlarının incelenmesi için idealdir.
UV Kürleme Çok Hızlıdır
UVKürleşme (Çapraz Bağlanma Reaksiyonları)Kelimenin tam anlamıyla tercüme edildiğinde, "çapraz bağlama" terimi "çapraz ağ oluşturma" anlamına gelir. Kimyasal bağlamda, moleküllerin kovalent bağlar oluşturarak ve üç boyutlu ağlar oluşturarak birbirine bağlandığı reaksiyonlar için kullanılır. kürleme genellikle saniyeler içinde tamamlanır. Reaksiyon mekanizmaları tipik olarak kediionic veya radikal polimerizasyonları, yani ultraviyole ışığın etkisi altında ayrışan ve bir Ionic veya radikal zincir reaksiyonuna neden olan bir başlatıcı tarafından tetiklenenÇapraz geçiş noktasıFrekans taraması veya zaman/sıcaklık taraması gibi reolojik testlerde, çaprazlama noktası numunenin "geçiş" noktasını belirtmek için uygun bir referans noktasıdır. çapraz bağlanmayı içerir.
Her iki reaksiyon türünün temel prensipleri benzerdir [1]. Çoğu UV kaplama radikal polimerizasyonu kullanır (bkz. Şekil 1'deki şematik). Fotobaşlatıcının ayrışması sırasında oluşan radikaller, örneğin monomerlerin çift bağlarıyla reaksiyona girerek polimerizasyonu sürdüren yeni radikaller oluşturur. Kürleşme ilerledikçe, malzeme daha viskoz hale gelir, radikallerin ve çift bağların birlikte yayılma kabiliyetini sınırlar, böylece reaksiyon hızı azalır.
Kediionic polimerizasyonunun radikal polimerizasyonuna göre bir avantajı kediionic polimerizasyonlarının oksijen etkisine daha az duyarlı olmasıdır.
UV-DSC'nin Kurulumu ve Çalışma Modu DSC 204'e dayanmaktadır F1 Phoenix®
Diferansiyel Taramalı Kalorimetri (DSC olarak kısaltılır), kontrollü bir sıcaklık programına tabi tutulan bir numune ile bir referans arasındaki ısı akışı farkının nicel olarak belirlendiği termoanalitik bir yöntemdir (DIN 51 007, ISO 11357 - 1 veya ASTM E 472'ye dayalı tanım).
Şekil 2'de NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® ısı-akı kalorimetresi gösterilmektedir (ayrıca bkz. UV eklentili şematik kurulum [2], şekil 3). Hem numune hem de referans bir fırında bulunur ve aynı anda ışınlanır (mavi ile gösterilmiştir). Fiber optikler kapağa sıkıca monte edilmiştir, böylece fiber optikler ile numune ve referans arasında tekrarlanabilir mesafeler garanti edilir. DSC ölçüm yazılımı UV lambası ile iletişim kurarak darbelerini tetikler ve darbe uzunluğu ile yoğunluğunu otomatik olarak kontrol eder.
Bir ölçüm sırasında tespit edilen sinyaller numune sıcaklığı ve ısı akışı farkıdır. Isı akışı sinyalinin entegre edilmesiyle kürlenme ısısı belirlenebilir ve geliştirme veya proses optimizasyonu için anlamlı veriler sağlanır.
UV-DSC ile Pozlama Süresi ve Kürlenme Derecesinin Optimizasyonu
Yapıştırıcıların, mürekkeplerin vb. geliştirilmesi sürecinde, optimum maruz kalma süresini, yani istenen kürlenme derecesine ve dolayısıyla istenen malzeme özelliklerine ulaşmak için gerekli maruz kalma süresini bulmak önemlidir. Kürlenme derecesi, kalite kontrolün yanı sıra proses içi testler için de birincil ilgi alanıdır.
libraStandart bir UV-DSC ölçümünde, numune başlangıçta istenen reaksiyon sıcaklığına ısıtılır (Şekil 4'te bu 30°C'dir) ve kısa bir sıcaklık eşitleme aşamasından sonra ışınlama başlatılır. Her biri tek bir lamba darbesi içeren çoklu İzotermalKontrollü ve sabit sıcaklıkta yapılan testlere izotermal denir.izotermal segmentler genellikle programlanır, çünkü tanımlanmış bir uzunluk ve yoğunluktaki çoklu darbeler numune kürlenmesinin tamamlanana kadar izlenmesini sağlar. UV lambası genellikle her segmentin başlamasından birkaç saniye sonra tetiklenir.
Şekil 5, farklı ışınlama süreleri (0,5 s ve 1 s) ile ticari olarak temin edilebilen akrilat bazlı bir kaplama üzerinde yapılan iki araştırmanın sonuçlarını (kırmızı ve mavi ile gösterilmiştir) göstermektedir. Beklendiği gibi, her iki durumda daEkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir. ekzotermal reaksiyonun çoğu ilk ışınlama aşamasında meydana gelmektedir; reaksiyon entalpileri farklı ışınlama süreleri için biraz farklıdır, ancak 1 s'lik daha uzun darbe, 0,5 s'lik darbe için -236,4 J/g'ye kıyasla -283,4 J/g'lik biraz daha yüksek bir entalpiye yol açmaktadır. Bu fark, takip eden ışınlama segmentlerinde neredeyse telafi edilmektedir. Bu, sabit bir ışınlama yoğunluğunda, ilk segmentte daha yüksek bir ışınlama süresinin (mavi eğri), sonraki segmentlerde daha yüksek bir kısmi kürlenme derecesi ve smaller post-kürlenme ile sonuçlandığı anlamına gelir. Verilerin daha da net bir grafiksel gösterimi şekil 6'da gösterilmektedir.
Yaklaşık 10. ışınlama aşamasından itibaren, DSC ölçümünde her bir atımla ilişkili pik alanları neredeyse hiç değişmez. Kürleme tamamlandıktan sonra sabit kalan pik alanı, numunelerin radyasyon tarafından referansa kıyasla farklı şekilde ısıtılmasından kaynaklanmaktadır. Kürleme işleminin toplam entalpisinin hesaplanması, bu artık entalpinin hesaplamaya dahil edilen her bir pikin entalpi katkısından çıkarılmasını gerektirir.
İlk ışınlama aşamasının entalpisi toplam entalpi ile ilişkilendirilirse, ilk 1 saniyelik darbe için yaklaşık %82'lik bir kürlenme derecesi ve ilk 0,5 saniyelik darbe için yaklaşık %67'lik bir kürlenme derecesi hesaplanır. Pratik kullanım için hedeflenen kürlenme derecesine bağlı olarak, proses numunesinin kalınlığının DSC numunesinin kalınlığı ile karşılaştırılabilir olduğu varsayıldığında, 1 saniyelik tek bir ışınlama adımı yeterli olabilir.
Akrilat Sistemleri için İnhibitör Olarak Oksijen
Fotoğrafla sertleşen birçok boya sisteminin reaksiyon sürecinde oksijen gazı belirleyici bir rol oynar. Akrilat sistemleri için oksijen bir inhibitör görevi görür. Etki mekanizması 1950'lerde G.V. Schulz ve G. Henrici [3] tarafından tanımlanmıştır. Oksijen varlığında, peroksi radikalleri oluşur ve polimere oksijen katılmasına yol açar. Bu da nispeten kısa kopolimer zincirleri ile sonuçlanır [4].
Şekil 7, oksijenin hekzandiol diakrilatın (HDDA) fotoküresi üzerindeki etkisini göstermektedir. Reaksiyon entalpisi, artan oksijen konsantrasyonu ile önemli ölçüde azalır.
Saf azot atmosferindeki reaksiyon entalpisi -388 J/g iken, %50 azot ve %50 oksijen karışımında -268 J/g ve saf oksijen atmosferinde -170 J/g'dır. Bu da reaksiyon entalpisi ile oksijen içeriği arasında doğrusal bir korelasyonla sonuçlanmaktadır (bkz. Şekil 8).
Sonuç
UV lamba aksesuarlı NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® kolay kullanım özelliğine sahiptir. Sızdırmaz tasarım, numune haznesindeki atmosferik bileşimin hassas bir şekilde kontrol edilmesini sağlar; bu, temizleme gazındaki artık oksijen içeriği açısından büyük önem taşır. UV lambası DSC ölçüm yazılımı ile kontrol edilebilir. Işınlama süresi ve yoğunluğu gibi parametreler böylece DSC ölçüm programında öncedenselected edilebilir. Çok sayıda ölçüm için, otomatik numune değiştirici (ASC) UV ataşmanı ile bağlantılı olarak da kullanılabilir.
Diferansiyel Tarama Kalorimetrisi (DSC), bir UV lambası ile numune ışınlaması ile birlikte, foto-başlatmalı kürleme proseslerinin basit ve hızlı karakterizasyonu için idealdir. Bu tür ölçümlerin sonuçları, kürlenme mekanizmaları hakkında fikir verir ve formülasyonların (inhibitörler, foto-başlatıcılar, dolgu maddeleri) iyileştirilmesi ve proses kontrolü için önemli bilgiler sağlar.
Bu makale Laborpraxis'in Haziran 2013 sayısında (rakamlar azaltılarak) yayınlanmıştır.