流變和拉曼光譜的再次碰撞——UV膠的固化
流變和拉曼光譜的再次碰撞
UV膠的固化
流變學已成為UV固化動力學研究中較為常用的表征方法。流變學中的參數—動態彈性模量G'對形態結構極其敏感，能夠很好的反映體系在輻射固化交聯過程中雙鍵密度和內部結構發生的變化，因此實時監測G'的變化可以從體系結構的角度反映固化程度。
UV固化本質是一種化學反應，材料暴露在特定的UV輻射下會引發自由基反應，導致機械結構發生明顯變化。因此UV固化還可以通過拉曼光譜進一步監測，這些化學變化將會通過特征峰的生成或降低（緩慢或快速變化）反映在拉曼光譜中。
流變儀與拉曼光譜相結合，可以同時獲得材料的化學結構和物理性質的信息，將這些信息關聯起來以獲得在材料加工、反應機理方面更加深入的洞悉。UV固化系統和拉曼光譜儀均可通過安東帕MCR系列流變儀軟件進行觸發，從而能夠同步監測整個UV固化過程中的粘彈性力學行為和光譜數據。
Omnicure S1500紫外固化系統，配備5mm光纖。Cora5001拉曼光譜儀，配備特制的聯用拉曼探頭——HT fiber probe 785。MCR流變儀，使用帕爾貼罩（H-PTD）和25mm石英玻璃平板。
UV固化系統和拉曼儀均連接至MCR流儀中，從而UV輻射源和拉曼光譜儀都可以通過流變儀進行自動觸發，保障原位測量的同步性。
UV源與特制的聯用拉曼探頭
圖1：UV膠固化反應過程中的損耗模量（紅色）和儲能模量（黑色）變化曲線
流變測量的結果如圖1所示。從測量結果可以看出，樣品最初表現出粘彈性流體響應，其損耗模量（G'）大于儲能模量（G'）。隨后，在UV輻射下激發了固化反應，從而可以觀察到模量的快速變化。兩個模量的變化曲線的交叉點意味著樣品從液體主導狀態轉變為固體主導狀態。然而，在5s的UV輻射時間結束后，固化反應繼續進行，這可以從模量的持續增加中觀測到。
圖2：950cm-1和1150cm-1的峰強隨固化時間的變化
圖2為兩個拉曼特征峰（950 cm-1和1050 cm-1）的峰強變化曲線。所選的這兩個特征峰具備一定代表性，因為大多數其他特征峰的行為與其中一個相似。在5s的UV輻射下，兩個特征峰都出現了峰強的驟降。在UV輻射結束后，950 cm-1的峰強迅速達到穩定水平，標志著相應基團化學變化的結束；而1050 cm-1的峰強是逐漸下降的，這與之前圖1所示的模量逐漸增大相呼應；其余特征峰強度的變化率都處于上述兩個特征峰之間。
拉曼光譜中的整體化學信號變化與流變性能變化趨勢相吻合，兩種技術可以相互印證。然而，拉曼光譜中展示的信息非常豐富，不同特征峰的強度變化曲線代表不同化學基團的反應特性，因此，可以獲得每一個感興趣的化學基團的變化信息。拉曼光譜的這一特性，不僅是樣品整體流變特性的補充，還為深入了解不同反應基團的特性提供了可能性。
安東帕的流變-拉曼聯用設備已被證明對監測復雜的反應機理非常有益。MCR系列流變儀還可以與不同激發波長的Cora5001拉曼光譜儀，以及不同的UV固化系統（不同波長、汞燈、LED光源）相結合，且流變儀可使用多種型號（如珀耳帖或電加熱），為各種應用提供最大的靈活性。
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