UV膠經(jīng)紫外光 (一般為10-400nm) 照射后光引發(fā)劑產(chǎn)生活性自由基團(tuán)或者陽離子, 引發(fā)聚合, 交聯(lián)反應(yīng), 是膠體由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)。UV膠擁有固化速度快, 固化后完全透明, 膠強(qiáng)度大, 長期使用不泛黃, 不白化, 環(huán)保等特點(diǎn)。被廣泛應(yīng)用在工藝玻璃, 電子電器, 光學(xué)儀器, 醫(yī)療用品, 數(shù)字光盤等領(lǐng)域。固化率作為UV膠的一個(gè)重要參數(shù), 對(duì)改進(jìn)工藝設(shè)備有著極其重要的意義。
一般情況下使用UV-DSC來測(cè)定UV膠的固化的效率比較準(zhǔn)確, 通過測(cè)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*100%。但是UV-DSC測(cè)試時(shí)間較長, 設(shè)備昂貴, 測(cè)試使用的鋁盤多, 價(jià)格貴。本文嘗試使用紅外光譜測(cè)定UV膠的固化率, 紅外光譜較UV-DSC有著測(cè)試速度快, 無消耗品等優(yōu)點(diǎn)。
我國自二十世紀(jì)七十年代引進(jìn)紅外光譜以來, 紅外光譜在各大科研院校, 廠礦企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。各大紅外光譜公司每隔幾年就會(huì)推出新款的紅外光譜, 增加附件, 使紅外光譜的性能進(jìn)一步的提升。紅外光譜作為分子光譜, 對(duì)確定分子組成與結(jié)構(gòu)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(qiáng)度可確定分子中的官能團(tuán), 從而確定其結(jié)構(gòu)。
1 實(shí)驗(yàn)原理
UV膠在紫外光照射下, 其中的-C=C-反應(yīng)生成-C-C-。紅外光譜定量分析是依據(jù)對(duì)特征吸收譜帶強(qiáng)度的測(cè)量來計(jì)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(dòng)位于3095-2995cm-1之間, 但同時(shí)苯也具有不飽和性, 在此區(qū)間中也存在吸收, 圖譜中會(huì)發(fā)成峰的重疊, 不宜選用。C=C伸縮振動(dòng)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(dòng)位于1010-667cm-1之間, 而UV膠常見的峰位于810±5cm-1, 此區(qū)域中的峰相對(duì)單一, 易分辨, 且強(qiáng)度大, 故選用此峰進(jìn)行計(jì)算。此反應(yīng)中, UV膠中的C=O與C-O不參與反應(yīng), 含量不變, 通常使用C=O (1720cm-1) 或者C-O (1150cm-1) , 最為內(nèi)標(biāo)峰。因?qū)嶋H測(cè)得C=O峰強(qiáng)度大, 特征明顯, 故選用C=O特征峰進(jìn)行計(jì)算。
2 實(shí)驗(yàn)部分
2.1 儀器與試劑
2.2 實(shí)驗(yàn)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(shè)置紫外燈開度及固化時(shí)間, 進(jìn)行不完全固化。將未完全固化的樣品置于FTIR的Smart附件上, 得到紅外光譜譜圖。再將該樣品繼續(xù)固化直到完全固化, 得到放熱量, 可以計(jì)算出固化率。
固化率= (1- (原膠△H/固化一次后△H) ) *100%
Peak ratio= (1- (Area810cm-1/Area1720cm-1) 固化后/ (Area810cm-1/Area1720cm-1) 原膠) *100%
2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
圖1 樣品質(zhì)量對(duì)固化時(shí)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(zhì)量, 使樣品能夠被鉆石盤覆蓋, 經(jīng)過研究, 樣品質(zhì)量不宜大于1.0mg。又由于膠體主要成固態(tài)后進(jìn)行紅外光譜測(cè)量能夠使膠不沾在儀器上, 方便后續(xù)實(shí)驗(yàn)。故將UV燈照度調(diào)為1%, 測(cè)試了各質(zhì)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(gè)時(shí)間作為反應(yīng)時(shí)間, 結(jié)果如表1。
表1 UV-DSC固化率與紅外光譜peak ratio%的數(shù)據(jù)結(jié)果 下載原表
圖2 固化率與peak ratio%關(guān)系圖
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)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(guān)。但是該線性關(guān)系存在唯一性, 不同儀器間必須經(jīng)過重新實(shí)驗(yàn)確定關(guān)系曲線, 并且該曲線需每隔一段時(shí)間標(biāo)定一次, 并非永久有效。
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