Thermische Analyse Nanoscale von Automobil-Beschichtungen Unter Verwendung des Thermischen Fühlers Nano--TA von Anasys-Instrumenten

Themen Umfaßt

Hintergrund
Thermische Nano-Analyse
Experimentelle Installation
Ergebnisse und Diskussion
Klopfende Modus-Bilder
Thermische Fühler Nano--TA Prüfung
Aushärten von Kinetik
Foto-Verminderte Acryl-Polyurethan (AU) Beschichtungen
Schlussfolgerungen
Quittungen

Hintergrund

Organische polymerische Materialien sind als Beschichtungen in einer Vielzahl von Märkten und von Anwendungen, weit verbreitet Oberflächeneigenschaften, Aussehen und Leistung Haupt- zu verbessern. Diese Anwendungen werden verfeinert, und wegen der multivariaten Beschaffenheit von Beschichtungen, produzieren ihre verringerten Abmessungen häufig Schichten Polymere, die verschiedene Eigenschaften haben. Darüber hinaus führt die viskoelastische Beschaffenheit der meisten Polymere zu eine markierte Zeit- und Temperaturabhängigkeit auf Leistung.

Chemisch querverbundene Beschichtungen haben als die Materialien der Wahl entwickelt und werden geläufig als Automobil-clearcoats beschäftigt, um sich gegen Umwelteinflüsse zu schützen und Kratzer, Mrz- und Chip-Widerstand sowie Korrosions- und zahlungsfähigenwiderstand zur Verfügung zu stellen, beim einen Hochglanz und ein Aussehen noch beibehalten. Der Zusatz von den chemischen Zusätzen, zum von photostability zu verbessern, verbunden mit variablen Querverbindungsreaktionen, häufig Erzeugnisuneinheitlichkeit, die an Größe von nm zu Mikrons reichen, die gegen Abbau anfälliger sind. Das AtomKraft-Mikroskop (AFM) ist unschätzbar für nicht nur polymerische Anlagen der Darstellung, aber für prüfende Umkippungs-/Beispielinteraktionen, (wie in der Phasendarstellung) für die mechanischen (Elastizität, Härte, usw.) und chemischen Eigenschaften Abbildens gewesen.

Thermische Nano-Analyse

Der thermische Fühler Nano--TA von Anasys-Instrumenten fügt eine neue und wertvolle Fähigkeit der räumlich entschlossenen thermischen Analyse dem FLUGHANDBUCH hinzu. Es ist für Dünnfilme besonders nützlich, da er das Maß von Übergangstemperaturen (Schmelzen oder Glas) auf ausgewählten Stellen der Probe aktiviert, die im Kennzeichen und in der Kennzeichnung der Phasen hilft.

Ist thermischer Fühler Nano--TA eine lokale Technik der thermischen Analyse, die die hohen Ortsauflösungsdarstellungsfähigkeiten der Atomkraftmikroskopie mit der Fähigkeit, Verständnis des thermischen Verhaltens der Materialien mit einer Ortsauflösung von sub-100nm zu erreichen kombiniert. (ein Durchbruch in der Ortsauflösung ~50x verbessern als das vorhergehende hochmodern, mit profunden Auswirkungen für die Bereiche von Polymeren und von Pharmazeutischen Produkten). Die herkömmliche FLUGHANDBUCH-Spitze wird durch einen speziellen thermischen Fühler des Fühlers Nano--TA ausgetauscht, der eine eingebettete Miniaturheizung hat und wird durch die besonders konstruierten thermischen Kleinteile und die Software des Fühlers Nano--TA gesteuert. Das FLUGHANDBUCH aktiviert eine Oberfläche, an nanoscale Auflösung mit seinen routinemäßigen Aufnahmemodi sichtbar gemacht zu werden, die dem Benutzer erlaubt, die räumlichen Einbauorte auszuwählen, an denen die thermischen Eigenschaften der Oberfläche nachforschen. Der Benutzer holt dann diese Informationen ein, indem er lokal Wärme über die Fühlerspitze anwendet und die thermomechanische Antwort misst.

Experimentelle Installation

Experimente wurden unter Verwendung eines Veeco-Abmessung 3000 FLUGHANDBUCHS durchgeführt, das mit einem thermischen Fühlerblock (AI) Anasys-Instrumente Nano--TA ausgerüstet wurde und AI-nanoscale Thermal prüft. Die Heizquote, die für diese Analyse verwendet wurde, war 2 ¢XC/s. Alle Bilder wurden unter Verwendung klopfenden Modus FLUGHANDBUCHS aufgezeichnet. Die thermischen vorgelegten Daten des Fühlers Nano--TA sind vom freitragenden Ausschlag des Fühlers (während in Verbindung mit der Beispieloberfläche) grafisch dargestellt gegen FühlerSpitzentemperatur. Dieses Maß ist der gut eingerichteten Technik der thermomechanischen Analyse analog (TMA). Ereignisse wie Schmelzen oder Glasübergänge, die das Erweichen des Materials unter der Spitze ergeben, produzieren einen abwärts Ausschlag des Kragbalkens. Nach der Ausführung der Temperaturrampe Um die geprüften Sehenswürdigkeiten zu bestätigen, werden Bilder routinemäßig aufgezeichnet. Die thermischen Fühler des Fühlers Nano--TA, die in dieser Studie verwendet werden, sind das Baumuster gewöhnlich verwendet für Kontaktmodus, passend zu diesem, welches die Resonanzfrequenz ~20 kHz war, während die typische Eigenfrequenz mehr herum 60 kHz sein würde. Die Fühler waren zum Erzielen von Höhen- und Phasenbildern mit genug hoher Ortsauflösung, Polymerlamellenzellen zu lösen noch fähig. Höhenbilder zeigen häufig das Vorhandensein von den Hügeln des Materials verbunden mit Einrückungen. Diese Einlage ist höchstwahrscheinlich polymerisches Material, das nach der Ausführung einer lokalen thermischen Analyse um die Spitze montiert und sich verfestigt.

Zwei Baumuster Beschichtungen wurden studiert, (a) Handelsacrylpolyol querverbunden mit Diisocyanateharz, katalysiert mit Di-Butyl--Zinn-Dilaurat (DBTDL) und ausgehärtet 30 Minuten bei 60 C; und (b) verwitterte Acryl-polyurethan (AU) Beschichtungen. Die verwitterten AU-Beschichtungen bestehen aus dem Styrol-Acrylpolymer, das mit polymerischem 1, 6 hexamethylene Diisocyanate und dem Enthalten von zwei Baumustern TiO2 Partikel, Degussa P25 querverbunden wird (durchschnittliches Teilchengröße ~ 20 nm; unbeschichtetes und hohes photoactivity) und R9 (durchschnittliches Teilchengröße ~ 250 nm; beschichtet mit Al2O3 (6%).

Ergebnisse und Diskussion

Eine Schnittdarstellung einer typischen Handelsautomobilbeschichtung (Abbildung 1.) zeigt die komplexe, Multifunktionsart dieser Anstrichsysteme. Wegen der Tatsache, dass das clearcoat die erste Verteidigungslinie gegen Umwelteinflüsse, Verständnisoberfläche, Chemikalie in Oberflächennähe und mechanische Grundstückserschließung als Funktion der Zusammensetzung ist, der Aushärtungszeit und der Umweltberührung ist zum Verbessern ihrer Leistung grundlegend. Außerdem arbeiten die erhöhte Nachfrage nach niedrigen VOC-Anlagen in Automobil größere Nachfragen der Industrieplätze nach schnelle Heilung bei Raumtemperatur erreichen, um die Investition in trocknendem Gerät und die Zeit der Reparatur zu verringern nach.

Abbildung 1. Schnittdarstellung der typischen Automobilbeschichtung.

Klopfende Modus-Bilder

Die Auflösung der klopfenden Modusbilder, die durch den thermischen Fühler des Fühlers Nano--TA produziert werden, ist mit regelmäßigen nicht-thermischen FLUGHANDBUCH-Fühlern vergleichbar. Die Empfindlichkeit der thermischen Technik des Fühlers Nano--TA wurde unter Verwendung Acryl-uräthan Beschichtungen nachgeforscht. Beschichtungen, die einige Wochen alt waren, wurden durch thermischen Fühler Nano--TA geprüft, um die Antwort der Beschichtung zu einem thermischen Scan zu messen und die Einrückungsmorphologie und -tiefe zu bestimmen.

Abbildung 2. Einrückung produzierte durch den thermischen Fühler nach Maß des Erweichungspunktes eines Acryl-clearcoat Filmes.

Thermische Fühler Nano--TA Prüfung

Ein topview (Feige 2.) der Acrylbeschichtung, nachdem thermische Prüfung des Fühlers Nano--TA die Entstehung eines Resteinzuges ~350 nm tief zeigt. Die gemessene Einrückungstiefe stellt eine Schätzung der Musterstücktiefe unter Verwendung des thermischen Fühlers Nano--TA zur Verfügung und kann als Grundlage für Vergleich von Erweichungspunkten (Tg) von den gleichen Beschichtungen mit Massenfilmmaßen durch MDSC dienen.

Die Abhängigkeit der Glasübergangstemperatur auf Heizung und abkühlenden Kinetik ist weithin bekannt und dargestellt, um ein kinetischer Effekt zu sein, der an einer Temperaturabhängigkeit von strukturellen Entspannungskinetik liegt. Diese Temperaturabhängigkeit beeinflußt auch die Form der Wärmekapazität (Cp) nahe dem Tg. Insbesondere zeigten experimentelle Maße Tg, um mit dem Logarithmus der Heizquote linear abzuhängen. Um die Fähigkeit des thermischen Fühlers Nano--TA zu prüfen eine Heizquoteabhängigkeit der Erweichungstemperatur unter Verwendung der Thermal-Fühler zu messen, wurden Experimente auf Acryl-clearcoat Filme geleitet (Abbildung 3A). Die drei Scan-Kinetik prüften, (6, 10 und 120 C/min) durch thermische des Fühlers Nano--TA Show offenbar eine Zunahme der Erweichungstemperatur mit erhöhten erhitzten Kinetik und eine lineare logarithmische Kinetikabhängigkeit (RSquare = 0,999), ähnlich der, die durch das Maß der Masse DSC gezeigt wurde (Abbildung 3B).

Abbildung 3. Abhängigkeit des Erweichungspunktes (des Acryl) Filmes auf SpitzenHeizquote (a). Insbesondere zeigt Erweichungspunktanfangtemperatur eine lineare Abhängigkeit auf dem Logarithmus der SpitzenHeizquote (b).

Aushärten von Kinetik

Wir erforschten als Nächstes Gebrauch von thermischem Fühler Nano--TA für das Messen von Heilungskinetik von Erweichungstemperatur. Der Erweichungspunkt einer Beschichtung ist eine gute Maßnahme Querverbindungsdichte. Die Entstehung von den dreidimensionalen Netzen wegen der chemischen Reaktionen wird breit als Mittel des Verbesserns der Eigenschaften einer Beschichtung angenommen. Es ist auf einer Vielzahl von clearcoat Anlagen (durch Wasser übertragenes clearcoat 1K und 2K Lösungsmittel-getragenes clearcoat, und 1K und 2K) ausgehärtet zu den verschiedenen Zeiten, bei den verschiedenen Temperaturen, anzeigte ganz eine Zunahme Tg, bei Zunahme der Querverbindungsdichte gezeigt worden. Darüber hinaus hängen mechanische Eigenschaften von Beschichtungen auch vom Umfang von Querverbindungen ab, wie durch das umgekehrte Verhältnis zwischen Molekulargewicht zwischen Querverbindungen (MX) und dehnbarem Speichermodul (E) ausgedrückt.

Um das Hilfsprogramm des thermischen Fühlers Nano--TA auf messende Heilungskinetik zu prüfen, wurden Erweichungspunkte von den Handelsacrylbeschichtungen, die für 30 Minuten bei 60 C ausgehärtet wurden, von 2 Stunden bis 72 Stunden geprüft, nachdem die 30 Min.-Heilung bei 60 C. Figure 4 eine allmähliche Zunahme der gemessenen Erweichungstemperatur mit Zeit zeigt. Ein Plan der Aushärtungszeit gegen Erweichungstemperatur zeigt ein lineares Verhältnis in den gemessenen Aushärtungszeiten.

Der nächste Schritt war, Fühler Nano--TA zu verwenden thermischen, um der Zunahme der Erweichungstemperatur (und Dichte querverbinden) als Funktion der Zeit, 24 und 48 Stunden, denn der ausgewählten Acrylbeschichtungen zu folgen, nachdem ihr Protokoll 30 bei 60 C glüht (Tabelle 1). Die Zusammenfassung der gemessenen Standardabweichungen der Erweichungspunkte, in dreifacher Ausführung gemacht, von acht Anstrichsystemen lieferte eine gute Maßnahme der thermischen Prüfungsreproduzierbarkeit des Fühlers Nano--TA. Die berechnete Standardabweichung für diese Beschichtung ist 0,26 C (Tisch 1A).

Abbildung 4. Effekt der Aushärtungszeit bei Raumtemperatur von Acryl-clearcoat auf Erweichungstemperatur (a). Die Erweichungstemperatur zeigt ein lineares Verhältnis in den Aushärtungszeiten gemessenes (b) an.

Tabelle 1. Zunahme der Erweichungstemperaturen als Funktion Zeit-, 24 und 48stunden, für ausgewählte Acrylbeschichtungen (a). Gerichtsplan (b)

Foto-Verminderte Acryl-Polyurethan (AU) Beschichtungen

Diese Beschichtungen wurden, 20 Wochen und 41 Wochen UV-A und UV-B ausgesetzt. Sie bestehen aus dem Styrol-Acrylpolymer, das mit 1, 6 hexamethylene Diisocyanate querverbunden wird und enthalten zwei Baumuster TiO2 Partikel, Degussa P25 (durchschnittliche Teilchengröße? 20 nm; unbeschichtet und in hohem Grade photoactive) und R9 (durchschnittliches Teilchengröße ~ 250 nm; beschichtet mit Al2O3 (6%). Abbildung 5 fasst zusammen und vergleicht die Erweichungstemperaturen, die durch LTA gemessen werden (Abbildung 5A), im Vergleich zu Tg von MDSC, (Abbildung 5B).

Abbildung 5. Vergleich von den Erweichungstemperaturen, die für UV-freigelegtes gemessen wurden (0, 20 und 41 wk) klares und TiO2 füllte (P25 und R9) Acryluräthanbeschichtungen unter Verwendung thermischer Nano-Analyse (a) und MDSC (b). Oberflächenmorphologie wurde auch durch Rasterelektronenmikroskopie analysiert.

Diese Daten zeigen offenbar die Oberflächenempfindlichkeit des thermischen Fühlers Nano--TA, verglichen mit dem Masse Tg-Maß unter Verwendung MDSC. Ein beträchtliches Gehäuse von Kenntnissen hat auf der Oberflächenempfindlichkeit von Photodegradationsprozessen [12] akkumuliert. Es ist deshalb nicht überraschende, dass thermischer Fühler Nano--TA eine empfindliche Maßnahme photooxidative Effekte der UVberührung für klares zur Verfügung stellt und TiO2-filled Beschichtungen und zeigt eine Zunahme der Erweichungstemperatur (d.h. Querverbindungsdichte) mit erhöhter UVexpositionsdauer an. Im Vergleich ist die MDSC-Kennzeichnung des Massendünnfilms nicht zum Unterscheiden von Flächenwirkungen von der Masse fähig und kann die Oberflächenchemikalie und den strukturellen Abbau nicht entdecken, die wie gezeigt durch Beschichtungen durch die ScannenElektronenmikroskopbilder unter 41 Woche freigelegten Beschichtungen gelitten werden (Abbildung 5C.).

Schlussfolgerungen

Nano--Thermische Analyse im Verbindung mit FLUGHANDBUCH ist ein sehr wertvolles Hilfsmittel für die Studie von polymerischen Beschichtungen und von Oberflächen im Allgemeinen, da sie nicht nur Darstellung aber auch direktes Kennzeichen und Kennzeichnung der verschiedenen Gebiete an der Beispieloberfläche auf einer Schuppe 100nm erlaubt. Die Daten zeigen offenbar, dass thermischer Fühler Nano--TA für Flächenwirkungen empfindlicher ist, als MDSC, das eine Maßnahme der Probe ist, die berechnet wird oder Masseneigentum und die Oberflächenchemikalie und den strukturellen Abbau folglich nicht entdecken können, die durch Beschichtungen erlitten werden

Quittungen

Der Autor drückt seine Dankbarkeit zu TEA aus. Aaron Forster und Stephanie Watson (NIST) für wertvolle Diskussionen und Zubehör von verwittert, Acryl-polyurethan Beschichtungen. Er dankt auch Dr. Deepanjan Bhattacharya und Herrn Chip Williams für Zubehör Acryl-clearcoats.

Quelle: Anasys-Instrumente

Zu mehr Information über diese Quelle besuchen Sie bitte Anasys-Instrumente

Date Added: Feb 18, 2008 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 17:52

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