DSC 熱分析在塗料上的應用

差示掃描量熱儀DSC是一種常用於分析塗料熱性質的工具，可用來測量玻璃轉移溫度、熔點、結晶度與熱穩定性等關鍵參數。

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- 技術應用 -
19.May.2025

熱分析-DSC 利用DSC搭配UV光照裝置分析光固化塗料的固化行為

文章-橫幅


光固化塗料因其快速固化、低揮發性和環保特性，被廣泛應用於塗層、3D 列印、電子封裝等領域。然而，不同配方的光固化塗料在固化行為上的差異，對其最終性能影響甚大。
因此，如何準確評估塗料的固化特性，對於材料的開發與應用至關重要。

本研究利用熱示差掃描量熱儀（DSC, Differential Scanning Calorimetry）搭配光照裝置及特定波長濾玻片，來分析不同條件下光固化塗料的固化動力學與熱焓變化，為材料的配方設計提供重要的參考數據。
 

 使用儀器&設備DSC 200+光照裝置

  • DSC（Hitachi DSC200）
  • 光照裝置（LED or UV燈源）
  • 濾波片（254, 313, 365, 385, 395, 405, 436nm可選擇）
  • 光固化塗料A、B樣品
  • DSC樣品鋁盤

◆ 測試條件

  1. 在DSC爐體外接LED光源，並透過濾玻片控制特定波長，模擬應用環境。
  2. 記錄樣品A與樣品B在不同照射條件下的DSC曲線，分析其放熱峰（exothermic peak）、總固化熱焓
    （enthalpy of curing）及固化時間。
  3. 比較A、B樣品在不同波長光源下的反應速率與總熱焓變化，以評估其固化行為差異。

固相衍生化（SPD）工作流程

Sample A DSC+光照裝置測試結果
 

▲圖二  Sample A DSC+光照裝置測試結果 

Sample B DSC+光照裝置測試結果
▲圖三  Sample B DSC+光照裝置測試結果
 

◆ 固化熱焓（ΔH）比較

   固化熱焓是指材料在固化過程中釋放或吸收的能量大小，反映了化學鍵形成的數量和強度。
  1. 為何固化熱焓高代表更緊密的結構？

         當樣品B的固化熱焓（ΔH）高於樣品A時，表示樣品B的固化過程中發生了更劇烈的交聯反應（Cross-linking），形成
         了更高密度的三維網狀結構。

         這種緊密結構帶來以下優勢：

       ✅ 耐磨性與耐刮性提升：緊密交聯的網狀結構提升材料的硬度，使膜層能夠抵抗外力刮擦與磨損。
       ✅ 附著力提升：高熱焓代表化學反應更加完整，促使膜層與基材表面形成更強的化學鍵或凡德瓦力，使附著力更強。
 

◆ 固化時間與結構穩定性

   固化時間是指材料從液態轉變為固態的過程所需時間，反映了化學反應進行的速率與完整性。

  1. 為何固化時間長有助於形成更加穩定和均勻的結構？
        如果固化過程過於快速，分子之間的交聯反應可能未充分進行，導致結構不完整或產生內應力，降低膜層的穩定性與
        機械性能。
        固化時間較長時，分子有足夠時間進行緩慢而充分的排列與交聯，從而形成更均勻、穩定的結構，帶來以下優勢：
 
         ✅ 提升耐用性：均勻的交聯結構分散內部應力，減少缺陷與微裂縫的產生，使膜層更耐用。
         ✅ 提升可靠性：化學鍵分布穩定、內應力較低，使膜層的物理性能更一致，適用於不同環境條件下的應用。
 

◆ 不同波長對固化行為的影響

   經過濾波片調控波長後，發現特定波長（如365 nm 或 405 nm）對樣品的固化影響顯著。
 

  • 樣品A在365 nm時固化速率最高，顯示其配方適合此波長的光源，能有效觸發光聚合反應。
  • 樣品B則可能在405 nm條件下表現較佳，顯示其光起始劑的最佳吸收範圍不同。


這些數據顯示，不同塗料的配方對光源波長的依賴性不同，因此選擇適合的光源條件是確保固化效果的關鍵。
 

 結論

此應用透過DSC搭配LED光源與濾波片技術，成功分析光固化塗料在不同條件下的固化行為，並得出以下結論：
 
  1. DSC測試可準確獲取光固化塗料的固化熱焓（ΔH）與固化時間，作為材料配方優化的關鍵參數。
  2. 不同配方的光固化塗料在特定波長的光照條件下，固化效率與最終固化程度可能存在顯著差異。
  3. 此方法可作為光固化材料開發的參考，幫助研發人員選擇適當的光源與配方，以提升應用效能。

透過DSC技術，研發人員能夠更精確地掌握光固化塗料的動力學特性，進一步優化材料設計，滿足不同應用需求。
 



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