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Auteur(s)
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Christian DECKER : Directeur de recherche au Centre national de la recherche scientifique (CNRS)
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Cet article a pour objectif de présenter brièvement les principes généraux des polymérisations photoamorcées et les différents types de systèmes photopolymérisables actuellement utilisés. On examinera également l’aspect cinétique de ces processus ultrarapides qui transforment la molécule réactive en un matériau ayant les propriétés requises pour l’application envisagée.
Pour plus de détails sur la mise en œuvre du procédé photochimique, les performances des divers systèmes et les caractéristiques des photopolymères obtenus, le lecteur se reportera aux monographies et articles de synthèse [1] à [12] récemment publiés sur le sujet [Doc. AM 3 044].
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Propriétés des polymères photoréticulés
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4. Cinétique des polymérisations photoamorcées
L’un des points communs à tous les systèmes photopolymérisables réside dans la rapidité du processus qui se déroule en une fraction de seconde sous illumination intense. Il est en général difficile de suivre quantitativement ces réactions ultrarapides en vue de déterminer les paramètres cinétiques fondamentaux : vitesse de polymérisation, longueur cinétique de la chaîne, constantes de vitesse de propagation (k p) et de terminaison (k t). La spectroscopie infrarouge résolue dans le temps (RTIR) [18] est à l’heure actuelle la seule méthode qui permette d’enregistrer en continu l’évolution du taux de conversion en fonction de la durée d’exposition dans une échelle de temps inférieure à la seconde. On peut ainsi étudier l’influence des facteurs chimiques (photoamorceur, monomère, additifs) et physiques (intensité lumineuse, température) sur la cinétique de polymérisation.
4.1 Détermination des paramètres cinétiques
La spectroscopie RTIR consiste à exposer l’échantillon simultanément à un faisceau UV qui amorce la polymérisation et à un faisceau d’analyse IR, et à suivre en continu la décroissance de l’absorbance de la fonction réactive, par exemple celle à 812 cm−1 de la double liaison acrylate. La courbe absorbance = f (temps) enregistrée (figure 10, courbe a ) traduit l’évolution du taux de conversion au cours de l’irradiation et permet de déterminer trois paramètres importants :
-
la période d’induction, due à l’effet inhibiteur de l’oxygène de l’air ou à d’éventuels stabilisants ;
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la vitesse de polymérisation V p, que l’on peut déterminer à tout moment à partir de la pente de la courbe enregistrée ;
-
la teneur en insaturations résiduelles du polymère obtenu, que l’on déduit de la valeur limite du taux de conversion.
4.1.1 Vitesse de polymérisation
La vitesse de polymérisation dépend de plusieurs paramètres,...
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Cinétique des polymérisations photoamorcées
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - UV-curing science and technology - . − Pappas (S.P.) (éd.). Technology Marketing Corporation. Stamford (C.T.). Vol. 1 (1978), vol. 2 (1985).
-
(2) - DECKER (C.) - * - Dans Handbook of polymer Science and Technology. Vol. 3 (éd. Cheremisinoff (N.P.)) Marcel Dekker, New York p. 541 (1989).
-
(3) - Radiation curing of polymeric materials - . − Hoyle (C.E.), Kinstle (J.F.) (éds). ACS Symp. Ser. 417 (1990).
-
(4) - Chemistry and technology of UV and EB formulation for coatings, inks and paints - . Vol. 1-4 (Oldring (P.K.T.)) (éd.). Wiley SITA Technology, Londres (1991).
-
(5) - Radiation Curing-Science and Technology - . Pappas (S.P.), (éd.) Plenum Press. New York (1992).
-
(6) - Radiation Curing in Polymer Science and Technology - . − Fouassier (J.P.), Rabek (J.F.) (éd). Elsevier,...
TOURÉ (M.L.) - Exposition UV spectrale [Texte imprimé] : instrumentation et modélisation. - Université Joseph Fourier (Grenoble) (2003).
PERNY (S.) - Alignement de cristaux liquides par irradiation en lumière UV linéairement polarisée de films minces de polymères photoréticulaires - (1998).
HAUT DE PAGE
Une installation industrielle d’irradiation UV comprend trois éléments de base (figure 1) :
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une source lumineuse (S) munie d’un réflecteur parabolique ou elliptique. Il s’agit en général d’une lampe à vapeur de mercure moyenne pression qui peut être dopée avec un sel de gallium pour déplacer le spectre d’émission vers le proche UV et le visible ;
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un système d’extraction de l’ozone formé et un système de refroidissement de la lampe par ventilation (V) ;
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un convoyeur (C) dont la vitesse de défilement peut être régulée, typiquement entre 5 et 200 m/min, selon le type d’application.
Des installations d’irradiation UV de différentes tailles sont construites par les sociétés...
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