المعالجة فوق البنفسجية لراتنج إيبوكسي أليفاتي حلقي باستخدام TOPEM® وDSC التقليدية

مقدمة

يشيع في الوقت الحاضر استخدام الدهانات والورنيش والطلاءات والمواد اللاصقة المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية على نطاق واسع. ‏وتتمثل المزايا العملية الرئيسية لهذه الأنظمة في أنها تعالج في غضون ثوانٍ معدودة، وتنتج طلاءات ذات جودة عالية في درجات حرارة منخفضة نسبيًّا (حتى في درجة حرارة الغرفة) بحيث تتعرض الركيزة لمستويات منخفضة فقط من الإجهاد الحراري. وبالإضافة إلى ذلك، هناك مزايا بيئية هامة، على سبيل المثال لا توجد انبعاثات للمذيبات ولا توجد أي عمليات تجفيف تؤدي إلى استهلاك الطاقة.

‏تنشأ الصعوبات فقط من معالجة الدهانات وطلاءات الورنيش المصبوغة؛ لأن الصبغ أيضًا يمتص ضوء الأشعة فوق البنفسجية، مما قد يؤدي إلى معالجة غير مكتملة.

في هذه المقالة، نبين كيف يمكن قياس عمليات المعالجة متساوية الحرارة لراتنجات المعالجة الضوئية بواسطة DSC. وقد درسنا تأثير درجة الحرارة على درجة المعالجة المحددة من تجارب المعالجة اللاحقة الديناميكية. وعلاوة على ذلك، باستخدام TOPEM^®، نصف سلوك الراتنج مباشرة بعد التعرض لضوء الأشعة فوق البنفسجية.

التفاصيل التجريبية

‏كان الراتنج الذي تم اختياره لهذه الدراسة هو راتنج الإيبوكسي الأليفاتي UVR-6107 (Dow) الذي أضيف إليه مبادر الضوء الموجب UVI- 6976 (Dow) لتعزيز الربط التشابكي السريع في ضوء الأشعة فوق البنفسجية. ‏ويُستخدَم هذا الراتنج بصورة أساسية لطلاء المعادن، ويُستخدَم كورنيش للطباعة الفوقية. 

تم إجراء القياسات باستخدام METTLER TOLEDO DSC 1 المزود بملحق كالوريمتر فوتوغرافي يسمح بتعرض العينة لضوء فوق بنفسجي لأوقات زمنية محددة [1]. ‏وأجريت القياسات في بوتقات ألومنيوم مفتوحة بسعة 40 ميكرولتر. وكانت كتلة العينة تقدر بـ 7 ملجم تقريبًا. وكانت شدة الضوء حوالي 400 مللي واط/سم 2. وقد أجريت ثلاثة أنواع مختلفة من القياسات.

1. ‏تحديد درجة المعالجة في درجات حرارة مختلفة: تم تسخين العينة أولاً إلى درجة حرارة المعالجة المطلوبة، وتُرِكت حتى تصل إلى الاستقرار لمدة 3 دقائق. ثم تم تشغيل مصدر الأشعة فوق البنفسجية وتعرضت العينة للأشعة فوق البنفسجية لمدة 4 دقائق. ثم تم الاحتفاظ بالعينة لمدة 6 دقائق أخرى في درجة حرارة المعالجة وتم تعريضها مرة أخرى للأشعة فوق البنفسجية لمدة 4 دقائق أخرى. وأخيرًا، تم تسخين العينة المعالجة مرتين من 30 درجة مئوية بمعدل تسخين 10 كلفن/دقيقة. 
   
   
2.  تجارب المعالجة اللاحقة الديناميكية باستخدام TOPEM^®: تمت معالجة العينة أولاً باستخدام ضوء الأشعة فوق البنفسجية كما هو موضح أعلاه في 1. ثم تم قياس المحتوى الحراري للمعالجة اللاحقة في تجربة TOPEM^® بمعدل تسخين 0.8 كلفن/دقيقة.
3.   دراسة سلوك المعالجة في درجات حرارة مختلفة باستخدام TOPEM^®: تم دراسة "سلوك التقادم" متساوي الحرارة للعينات بعد التعرض للأشعة فوق البنفسجية من خلال زيادة وقت القياس إلى 4 ساعات بعد التعرض للأشعة فوق البنفسجية. 
   

النتائج

تحديد درجة معالجة العينة بعد التعرض للأشعة فوق البنفسجية باستخدام طريقة DSC التقليدية

يلخص الشكلان 1 و2 نتائج القياس. يبين الشكل 1 نتائج القياسات متساوية الحرارة باستخدام ضوء الأشعة فوق البنفسجية في درجات حرارة معالجة مختلفة. منحنيات القياس الموضحة هي منحنيات الفرق بين التعرض الأول والثاني، كما هو مبين في المثال الوارد في المخطط الأيمن العلوي في الشكل 1. تتوافق منطقة الذروة مع المحتوى الحراري للتفاعل (ΔHUV) الناتج في تفاعل المعالجة تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية. ‏تشير المنحنيات إلى أن التفاعل قد اكتمل عمليًّا بعد حوالي 0.5 دقيقة. ‏يؤدي ارتفاع معدل التفاعل إلى حدوث أقصى وأكبر تدفقات حرارية، على سبيل المثال: عند 120 درجة مئوية، تكون 400 مللي واط تقريبًا. وتؤدي هذه التدفقات الحرارية العالية (والمحتوى الحراري للتفاعل) إلى زيادة على المدى القصير في درجة حرارة العينة خلال التفاعل. على سبيل المثال، في التجربة عند درجة حرارة 120 درجة مئوية، كانت الزيادة في درجة الحرارة حوالي 15 كلفن. وتبين المنحنيات أن المحتوى الحراري للتفاعل (ΔHUV، منطقة الذروة) يصبح أكبر مع زيادة درجة الحرارة.

ويبين الشكل 2 نتائج قياسات التسخين التي أجريت على العينات المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية. تتوافق منطقة الذروة مع المحتوى الحراري للتفاعل في المعالجة الحرارية اللاحقة، ∆HPC. يمكن أن نرى على الفور أن المحتوى الحراري للمعالجة اللاحقة، ΔHPC، للعينات المعالجة في درجات حرارة منخفضة أكبر بكثير من تلك العينات المعالجة في درجات حرارة أعلى. وعلاوة على ذلك، تختلف المنحنيات في الشكل وفي موقعها على محور درجة الحرارة. ‏ومن الواضح أن المعالجة الحرارية اللاحقة تبدأ تقريبًا في درجة الحرارة التي تم تنفيذ المعالجة الضوئية فيها. ‏وهذا يدل على أن المواد تتزجج في أثناء المعالجة الضوئية. ويمكن حساب درجة المعالجة، αc، بعد التعرض للأشعة فوق البنفسجية من نسبة المحتوى الحراري للتفاعل الناتج خلال التعرض للأشعة فوق البنفسجية (ΔHUV) وإجمالي المحتوى الحراري المتضمن في تفاعل المعالجة (ΔHPC + ΔHUV): 

_{حركيات معالجة EVA باستخدام DSC والتحليل الميكانيكي الديناميكي والحركيات حرة النموذج | تطبيق التحليل الحراري رقم UC 313 | التطبيق المنشور في Thermal Analysis UserCom 31 من METTLER TOLEDO}