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2025.May.19

热分析-DSC 利用DSC搭配UV光照装置分析光固化涂料的固化行为

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光固化涂料因其快速固化、低挥发性和环保特性,被广泛应用于涂层、3D 列印、电子封装等领域。然而,不同配方的光固化涂料在固化行为上的差异,对其最终性能影响甚大。
因此,如何准确评估涂料的固化特性,对于材料的开发与应用至关重要。

本研究利用热示差扫描量热仪(DSC, Differential Scanning Calorimetry)搭配光照装置及特定波长滤玻片,来分析不同条件下光固化涂料的固化动力学与热焓变化,为材料的配方设计提供重要的参考数据。
 

 使用仪器&设备DSC 200+光照装置

  • DSC(Hitachi DSC200)
  • 光照装置(LED or UV灯源)
  • 滤波片(254, 313, 365, 385, 395, 405, 436nm可选择)
  • 光固化涂料A、B样品
  • DSC样品铝盘

 测试条件

  1. 在DSC炉体外接LED光源,并透过滤玻片控制特定波长,模拟应用环境。
  2. 记录样品A与样品B在不同照射条件下的DSC曲线,分析其放热峰(exothermic peak)、总固化热焓
    (enthalpy of curing)及固化时间。
  3. 比较A、B样品在不同波长光源下的反应速率与总热焓变化,以评估其固化行为差异。

固相衍生化(SPD)工作流程

Sample A DSC+光照装置测试结果

▲图二  Sample A DSC+光照装置测试结果 

Sample A DSC+光照装置测试结果

▲图三  Sample B DSC+光照装置测试结果
 

 固化热焓(ΔH)比较

   固化热焓是指材料在固化过程中释放或吸收的能量大小,反映了化学键形成的数量和强度。
  1. 为何固化热焓高代表更紧密的结构?

         当样品B的固化热焓(ΔH)高于样品A时,表示样品B的固化过程中发生了更剧烈的交联反应(Cross-linking),形成
         了更高密度的三维网状结构。

         这种紧密结构带来以下优势:

       ✅ 耐磨性与耐刮性提升:紧密交联的网状结构提升材料的硬度,使膜层能够抵抗外力刮擦与磨损。
       ✅ 附着力提升:高热焓代表化学反应更加完整,促使膜层与基材表面形成更强的化学键或凡德瓦力,使附着力更强。
 

 固化时间与结构稳定性

   固化时间是指材料从液态转变为固态的过程所需时间,反映了化学反应进行的速率与完整性。

  1. 为何固化时间长有助于形成更加稳定和均匀的结构?
        如果固化过程过于快速,分子之间的交联反应可能未充分进行,导致结构不完整或产生内应力,降低膜层的稳定性与
        机械性能。
        固化时间较长时,分子有足够时间进行缓慢而充分的排列与交联,从而形成更均匀、稳定的结构,带来以下优势:
 
         ✅ 提升耐用性:均匀的交联结构分散内部应力,减少缺陷与微裂缝的产生,使膜层更耐用。
         ✅ 提升可靠性:化学键分布稳定、内应力较低,使膜层的物理性能更一致,适用于不同环境条件下的应用。
 

 不同波长对固化行为的影响

   经过滤波片调控波长后,发现特定波长(如365 nm 或 405 nm)对样品的固化影响显著。
 

  • 样品A在365 nm时固化速率最高,显示其配方适合此波长的光源,能有效触发光聚合反应。
  • 样品B则可能在405 nm条件下表现较佳,显示其光起始剂的最佳吸收范围不同。


这些数据显示,不同涂料的配方对光源波长的依赖性不同,因此选择适合的光源条件是确保固化效果的关键。
 

 结论

此应用透过DSC搭配LED光源与滤波片技术,成功分析光固化涂料在不同条件下的固化行为,并得出以下结论:
 
  1. DSC测试可准确获取光固化涂料的固化热焓(ΔH)与固化时间,作为材料配方优化的关键参数。
  2. 不同配方的光固化涂料在特定波长的光照条件下,固化效率与最终固化程度可能存在显著差异。
  3. 此方法可作为光固化材料开发的参考,帮助研发人员选择适当的光源与配方,以提升应用效能。

透过DSC技术,研发人员能够更精确地掌握光固化涂料的动力学特性,进一步优化材料设计,满足不同应用需求。
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