Worldwide China

Polymeranalytik

Thermoanalytische Charakterisierung optisch härtender Systeme

| Autor / Redakteur: Gabriele Kaiser und Ekkehard Füglein* / Marc Platthaus

Abb.1: Netzsch-DSC 204 F1 Phoenix mit Probenwechsler und Quecksilberdampflampe Omnicure 2000. Es können jedoch verschiedene kommerzielle UV-Lampen eingesetzt werden.
Bildergalerie: 5 Bilder
Abb.1: Netzsch-DSC 204 F1 Phoenix mit Probenwechsler und Quecksilberdampflampe Omnicure 2000. Es können jedoch verschiedene kommerzielle UV-Lampen eingesetzt werden. (Bild: Netzsch)

Lacke, Klebstoffe, aber auch Tinten, Druckfarben oder Vergussmassen werden zunehmend bei moderaten Temperaturen mit ultravioletter Strahlung gehärtet. Um diesen Verlauf genau zu analysieren, wird die dynamische Differenzkalorimetrie eingesetzt.

Neben dem Aspekt der Energieeinsparung im Vergleich zu einer thermischen Aushärtung sind vor allem die hohen Prozessgeschwindigkeiten UV-induzierter Vernetzungen und die Umweltfreundlichkeit von UV-reaktiven Systemen für industrielle Anwendungen interessant. Durch den nur kurzzeitigen Energieeintrag heizen sich zu beschichtende Objekte außerdem kaum auf. Dadurch ist es möglich, diese Technik sogar für die Oberflächenbehandlung wärmeempfindlicher Substrate wie z.B. von Kunststofffolien, Holz oder Papier einzusetzen. UV-gehärtete Lackfilme besitzen in der Regel eine hohe Kratzfestigkeit und Chemikalienbeständigkeit.

Allerdings lassen sich die genannten Vorteile der Methode nur dann für die Herstellung qualitativ hochwertiger Produkte nutzen, wenn die Rezepturen der eingesetzten Reaktivsysteme für die UV-Härtung optimiert und die im Prozess benötigten Belichtungszeiten bzw. -intensitäten bekannt sind. Ideal zur Untersuchung lichtaktiver Stoffe und deren Aushärteverhalten sind Photokalorimeter, manchmal auch als Photo-DSC oder UV-DSC bezeichnet.

UV-Aushärtungen verlaufen sehr schnell

Charakteristisch für eine UV-Aushärtung ist, dass die Reaktion innerhalb von Sekunden erfolgt. Als Reaktionsmechanismen kommen kationische oder radikalische Polymerisationen infrage, d.h. Vernetzungen, die über einen Initiator (Starter) angestoßen werden, der unter Einwirkung von ultraviolettem Licht zerfällt und entweder eine ionische oder radikalische Kettenreaktion auslöst. Die grundlegenden Prinzipien beider Reaktionstypen sind ähnlich [1].

Im Fall von UV-Beschichtungen handelt es sich meist um radikalische Polymerisationen. Die beim Zerfall des Photoinitiators gebildeten Radikale reagieren z.B. mit Doppelbindungen vorhandener Monomere, wobei wieder Radikale entstehen, die die Polymerisation aufrechterhalten. Bei fortschreitender Aushärtung wird das Material jedoch immer zäher und die Beweglichkeit der Reaktionspartner mehr und mehr eingeschränkt. Finden Radikale und Doppelbindungen nicht mehr zueinander, nimmt die Reaktionsgeschwindigkeit ab.

Kationische Polymerisationen haben gegenüber radikalischen Polymerisationen den Vorteil, gegen Sauerstoffeinwirkung unempfindlicher zu sein.

Reaktionswärmen mit DSC messen

Die Dynamische Differenzkalorimetrie (abgekürzt DSC, abgeleitet vom englischen Begriff Differential Scanning Calorimetry) ist eine thermoanalytische Methode, bei der die Wärmestromdifferenz zwischen einer Probe und einer Referenz während eines kontrollierten Temperaturprogramms quantitativ erfasst wird (Definition basierend auf DIN 51 007, ISO 11357 - 1 oder ASTM E 472).

Abbildung 1 zeigt das Wärmestromkalorimeter Netzsch-DSC 204 F1 Phoenix mit UV-Aufsatz [2], (in der Illustration der schematische Aufbau). Probe und Referenz befinden sich zusammen in einem Ofen und werden gemeinsam belichtet (blau dargestellt). Die Lichtwellenleiter sind fest im Deckel montiert. Mithilfe der automatischen Deckelhubvorrichtung ist sowohl die Justierung der Lichtwellenleiter als auch ein reproduzierbarer Abstand der Lichtwellenleiter zu Probe und Referenz gewährleistet. Die Ansteuerung der UV-Lampe erfolgt über die Mess-Software.

Im Laufe einer Messung werden als primäre Signale die Probentemperatur und die Temperaturdifferenz zwischen Proben- und Referenzseite aufgezeichnet. Aus der Temperaturdifferenz wird anschließend über eine geeignete Kalibrierung die Zielgröße Wärmestromdifferenz bestimmt. Durch Integration des Wärmestromsignals gelingt es, die während einer Aushärtung auftretenden Reaktionswärmen zu ermitteln und aussagekräftige Daten für Entwicklung oder Prozessoptimierung bereit zu stellen.

Inhalt des Artikels:

Kommentare werden geladen....

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Der Kommentar wird durch einen Redakteur geprüft und in Kürze freigeschaltet.

  1. Avatar
    Avatar
    Bearbeitet von am
    Bearbeitet von am
    1. Avatar
      Avatar
      Bearbeitet von am
      Bearbeitet von am

Kommentare werden geladen....

Kommentar melden

Melden Sie diesen Kommentar, wenn dieser nicht den Richtlinien entspricht.

Kommentar Freigeben

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

Freigabe entfernen

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 39879180 / Labortechnik)