UV膠經紫外光 (一般為10-400nm) 照射后光引發劑產生活性自由基團或者陽離子, 引發聚合, 交聯反應, 是膠體由液態轉化為固態。UV膠擁有固化速度快, 固化后*透明, 膠強度大, 長期使用不泛黃, 不白化, 環保等特點。被廣泛應用在工藝玻璃, 電子電器, 光學儀器, 醫療用品, 數字光盤等領域。固化率作為UV膠的一個重要參數, 對改進工藝設備有著極其重要的意義。
一般情況下使用UV-DSC來測定UV膠的固化的效率比較準確, 通過測定原膠的焓值和固化后的焓值, 使用公式:固化率= (原膠焓值-固化后焓值) /原膠焓值*99%。但是UV-DSC測試時間較長, 設備昂貴, 測試使用的鋁盤多, 價格貴。本文嘗試使用紅外光譜測定UV膠的固化率, 紅外光譜較UV-DSC有著測試速度快, 無消耗品等優點。
我國自二十世紀七十年代引進紅外光譜以來, 紅外光譜在各大科研院校, 廠礦企業中得到廣泛應用。各大紅外光譜公司每隔幾年就會推出新款的紅外光譜, 增加附件, 使紅外光譜的性能進一步的提升。紅外光譜作為分子光譜, 對確定分子組成與結構有種重要的參考意義。通過其光譜中的吸收峰的位置及其強度可確定分子中的官能團, 從而確定其結構。
1 實驗原理
UV膠在紫外光照射下, 其中的-C=C-反應生成-C-C-。紅外光譜定量分析是依據對特征吸收譜帶強度的測量來計算各組分含量, 理論來源朗伯比爾定律, 所以我們可以通過-C=C-變化情況來判斷固化率。碳碳雙鍵上的C-H伸縮振動位于3095-2995cm-1之間, 但同時苯也具有不飽和性, 在此區間中也存在吸收, 圖譜中會發成峰的重疊, 不宜選用。C=C伸縮振動位于1695-1540cm-1之間, 峰的范圍較寬, 容易與其他峰重疊, 故也不選。雙鍵上的C-H面外形變振動位于1010-667cm-1之間, 而UV膠常見的峰位于810±5cm-1, 此區域中的峰相對單一, 易分辨, 且強度大, 故選用此峰進行計算。此反應中, UV膠中的C=O與C-O不參與反應, 含量不變, 通常使用C=O (1720cm-1) 或者C-O (1150cm-1) , 內標峰。因實際測得C=O峰強度大, 特征明顯, 故選用C=O特征峰進行計算。
2 實驗部分
2.1 儀器與試劑
2.2 實驗方法
將一定量的原膠置于UV-DSC專用鋁盤中, 稱重, 然后將其置于UV-DSC中, 設置紫外燈開度及固化時間, 進行不*固化。將未*固化的樣品置于FTIR的Smart附件上, 得到紅外光譜譜圖。再將該樣品繼續固化直到*固化, 得到放熱量, 可以計算出固化率。
固化率= (1- (原膠△H/固化一次后△H) ) *99%
Peak ratio= (1- (Area810cm-1/Area1720cm-1) 固化后/ (Area810cm-1/Area1720cm-1) 原膠) *99%
2.3 實驗結果
圖1 樣品質量對固化時間的影響
由于紅外光譜Smart附件上的鉆石盤很小, 所以需要控制樣品質量, 使樣品能夠被鉆石盤覆蓋, 經過研究, 樣品質量不宜大于1.0mg。又由于膠體主要成固態后進行紅外光譜測量能夠使膠不沾在儀器上, 方便后續實驗。故將UV燈照度調為1%, 測試了各質量膠的放熱圖。以0.72mg和2.20mg樣品為參照如圖1, 選擇0.4, 0.5, 0.6, 0.7秒四個時間作為反應時間, 結果如表1。
表1 UV-DSC固化率與紅外光譜peak ratio%的數據結果 下載原表
圖2 固化率與peak ratio%關系圖
3 實驗結果
由圖2可知, R2大于0.99, UV-DSC固化率與紅外光譜peak ratio%存在線性相關。但是該線性關系存在性, 不同儀器間必須經過重新實驗確定關系曲線, 并且該曲線需每隔一段時間標定一次, 并非有效。
