ऑटोमोबाइल कोटिंग्स नेनो पैमाने थर्मल विश्लेषण नैनो टीए Anasys उपकरण से थर्मल जांच का उपयोग करना

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जिन विषय

पृष्ठभूमि
नैनो थर्मल विश्लेषण
प्रायोगिक सेटअप
परिणाम और चर्चा
मोड छवियाँ दोहन
नैनो टीए थर्मल जांच परीक्षण
इलाज दरें
फोटो अपमानित एक्रिलिक polyurethane कोटिंग्स (एयू)
निष्कर्ष
आभार

पृष्ठभूमि

कार्बनिक polymeric सामग्री व्यापक रूप से बाजार और अनुप्रयोगों की एक किस्म में कोटिंग्स के रूप में इस्तेमाल किया, मुख्य रूप से सतह के गुणों, उपस्थिति और प्रदर्शन में सुधार करने के लिए. इन अनुप्रयोगों और अधिक परिष्कृत होते जा रहे हैं, और कोटिंग्स के बहुभिन्नरूपी प्रकृति के कारण, उनकी कमी आई आयाम अक्सर विभिन्न गुणों वाले पॉलिमर की परतों का उत्पादन. इसके अलावा, सबसे पॉलिमर के viscoelastic प्रकृति एक चिह्नित समय और प्रदर्शन पर तापमान निर्भरता की ओर जाता है.

रासायनिक Crosslinked कोटिंग्स पसंद की सामग्री के रूप में विकसित किया है और आमतौर पर कार्यरत रहे हैं के रूप में मोटर वाहन clearcoats पर्यावरणीय प्रभावों के खिलाफ की रक्षा के लिए और खरोंच, मार्च और चिप प्रतिरोध के रूप में के रूप में अच्छी तरह से जंग और विलायक प्रतिरोध प्रदान है, जबकि अभी भी एक उच्च चमक और उपस्थिति को बनाए रखने. रासायनिक additives के अलावा photostability सुधार, चर crosslinking प्रतिक्रियाओं के साथ युग्मित, अक्सर आकार में नैनोमीटर से माइक्रोन है कि और अधिक गिरावट के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं के लिए लेकर heterogeneities उत्पादन. परमाणु सेना माइक्रोस्कोप (AFM) के लिए न केवल इमेजिंग सिस्टम polymeric के लिए अमूल्य साबित हो गया है, लेकिन यांत्रिक मानचित्रण (लोच, कठोरता, आदि) और रासायनिक गुणों के लिए टिप नमूना / बातचीत (चरण इमेजिंग में) की जांच के लिए.

नैनो थर्मल विश्लेषण

नैनो टीए थर्मल जांच से Anasys उपकरण AFM spatially हल थर्मल विश्लेषण के एक नए और मूल्यवान क्षमता कहते हैं. यह पतली फिल्मों के लिए विशेष रूप से उपयोगी है क्योंकि यह और चरणों की पहचान और लक्षण वर्णन में सहायता नमूना के चयनित स्थानों पर संक्रमण तापमान (पिघलने या कांच) के माप के लिए सक्षम बनाता है.

नैनो टीए थर्मल जांच एक स्थानीय थर्मल विश्लेषण तकनीक है जो उप 100nm के स्थानिक संकल्प के साथ सामग्री के थर्मल व्यवहार की समझ प्राप्त करने की क्षमता के साथ परमाणु शक्ति माइक्रोस्कोपी के उच्च स्थानिक संकल्प इमेजिंग क्षमताओं को जोड़ती है. (स्थानिक 50x ~ कला के पिछले राज्य से बेहतर संकल्प में एक सफलता, पॉलिमर और फार्मास्यूटिकल्स के क्षेत्रों के लिए गहरा प्रभाव के साथ). पारंपरिक AFM टिप द्वारा प्रतिस्थापित किया गया है एक विशेष नैनो टीए थर्मल जांच जांच है कि एक एम्बेडेड लघु हीटर है और विशेष रूप से डिजाइन द्वारा नियंत्रित नैनो टीए थर्मल जांच हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर . AFM एक nanoscale संकल्प पर अपनी दिनचर्या इमेजिंग मोड, जो जिस पर सतह के तापीय गुणों की जांच करने के लिए स्थानिक स्थानों का चयन करने के लिए उपयोगकर्ता की अनुमति देता है के साथ देखे जा सतह सक्षम बनाता है. उपयोगकर्ता तो गर्मी स्थानीय जांच टिप के माध्यम से और लागू करने thermomechanical प्रतिक्रिया को मापने के द्वारा इस जानकारी को प्राप्त है.

प्रायोगिक सेटअप

प्रयोगों Veeco आयाम 3000 एक साथ सुसज्जित AFM का उपयोग कर प्रदर्शन किया गया Anasys उपकरण ( AI) नैनो - प्रादेशिक सेना थर्मल जांच मॉड्यूल और एअर इंडिया के nanoscale थर्मल जांच. इस विश्लेषण के लिए इस्तेमाल किया हीटिंग दर 2 ¢ / XC था. सभी छवियों मोड AFM दोहन का उपयोग कर दर्ज की गई. नैनो टीए थर्मल जांच प्रस्तुत डाटा जांच ब्रैकट (नमूना की सतह के साथ संपर्क में whilst) विक्षेपन जांच टिप तापमान के खिलाफ प्लॉट किए जाते हैं . यह माप थर्मामीटरों - यांत्रिक विश्लेषण की अच्छी तरह से स्थापित तकनीक (TMA) के अनुरूप है. पिघलने या कांच संक्रमण जैसे आयोजन नतीजा है कि टिप नीचे सामग्री के नरम, ब्रैकट नीचे विक्षेपन का उत्पादन. आदेश में ब्याज का परीक्षण अंक की पुष्टि करने के लिए, छवियों को नियमित रूप से तापमान रैंप प्रदर्शन के बाद दर्ज हैं. नैनो टीए थर्मल जांच इस अध्ययन में प्रयुक्त जांच और अधिक आम तौर पर संपर्क मोड के लिए इस्तेमाल किया प्रकार के कारण इस अनुनाद आवृत्ति ~ 20 kHz था, जबकि ठेठ गुंजयमान आवृत्ति अधिक के आसपास 60 kHz होगा. जांच अभी भी थे बहुलक तहदार संरचनाओं को सुलझाने के लिए पर्याप्त उच्च स्थानिक संकल्प के साथ ऊंचाई और चरण छवियों को प्राप्त करने में सक्षम है. ऊँचाई छवियों अक्सर सामग्री के indentations के साथ जुड़े टीले की उपस्थिति दिखाते हैं. इस जमा के सबसे अधिक संभावना polymeric सामग्री है कि इकट्ठा और एक स्थानीय थर्मल विश्लेषण प्रदर्शन करने के बाद टिप आसपास solidifies है.

कोटिंग्स के दो प्रकार अध्ययन किया गया, (ए) वाणिज्यिक एक्रिलिक polyol diisocyanate राल के साथ Crosslinked di-butyl टिन-di-laurate (DBTDL) के साथ उत्प्रेरित और 60 सी में 30 मिनट ठीक है, और (बी) एक्रिलिक polyurethane आबोहवा (ए.यू. ) कोटिंग्स. और R9 (औसत कण आकार ~ 250 एनएम; आबोहवा ए.यू. कोटिंग्स styrene-एक्रिलिक 1 polymeric, 6 hexamethylene diisocyanate साथ Crosslinked और TiO2 कणों के दो प्रकार, Degussa P25 (uncoated और उच्च photoactivity औसत कण आकार ~ 20 एनएम) युक्त बहुलक से मिलकर बनता है , Al2O3 (6%) के साथ लेपित.

परिणाम और चर्चा

एक ठेठ वाणिज्यिक मोटर वाहन कोटिंग के एक पार के अनुभागीय दृश्य (1 आंकड़ा) जटिल, इन कोटिंग प्रणालियों की बहुआयामी प्रकृति से पता चलता है. तथ्य यह है कि clearcoat पर्यावरणीय प्रभावों के खिलाफ रक्षा की पहली पंक्ति है, सतह, सतह के पास रासायनिक और यांत्रिक संरचना के एक समारोह के रूप में संपत्ति विकास को समझने के कारण समय पर इलाज और पर्यावरण जोखिम उनके प्रदर्शन में सुधार करने के लिए मौलिक है. इसके अलावा, कम VOC प्रणालियों के लिए मोटर वाहन refinish उद्योग में वृद्धि की मांग परिवेश के तापमान में तेजी से इलाज प्राप्त क्रम में सुखाने उपकरणों में निवेश को कम करने के लिए अधिक से अधिक मांग और मरम्मत के समय देता है.

चित्रा 1 ठेठ मोटर वाहन कोटिंग के क्रॉस अनुभागीय दृश्य.

मोड छवियाँ दोहन

दोहन ​​मोड द्वारा उत्पादित छवियों का संकल्प नैनो टीए थर्मल जांच जांच नियमित रूप से गैर थर्मल AFM जांच करने के लिए तुलनीय है. नैनो टीए थर्मल जांच तकनीक की संवेदनशीलता एक्रिलिक urethane कोटिंग्स का उपयोग कर जांच की गई. कोटिंग्स है कि कुछ ही हफ्तों पुराना थे द्वारा परीक्षण किया गया नैनो टीए थर्मल जांच क्रम में कोटिंग एक थर्मल स्कैन करने के लिए प्रतिक्रिया को मापने और इंडेंटेशन आकारिकी और गहराई का निर्धारण.

चित्रा 2 एक एक्रिलिक clearcoat फिल्म के बिंदु नरमी की माप के बाद थर्मल जांच द्वारा उत्पादित इंडेंटेशन.

नैनो टीए थर्मल जांच परीक्षण

बाद एक्रिलिक कोटिंग के Topview (चित्र 2.) नैनो टीए थर्मल जांच परीक्षण से पता चलता है एक अवशिष्ट के गठन ~ 350 एनएम गहरी इंडेंट. मापा इंडेंटेशन गहराई गहराई नमूने का उपयोग कर के एक अनुमान प्रदान करता है नैनो टीए थर्मल जांच और नरम अंक MDSC द्वारा थोक फिल्म माप के साथ ही कोटिंग्स से तुलना (टीजी) के लिए एक आधार के रूप में सेवा कर सकते हैं.

ग्लास संक्रमण के तापमान के हीटिंग और ठंडा दरों पर निर्भरता अच्छी तरह से जाना जाता है और एक काइनेटिक प्रभाव है कि संरचनात्मक छूट दरों के तापमान निर्भरता की वजह से है दिखाया है. इस तापमान निर्भरता भी टीजी के पास गर्मी क्षमता (सी.पी.) के आकार को प्रभावित करती है. विशेष रूप से, प्रयोगात्मक माप हीटिंग दर के लघुगणक के साथ रैखिक निर्भर टीजी दिखाया. के क्रम में की क्षमता का परीक्षण करने के लिए नैनो टीए थर्मल जांच तापमान थर्मल जांच का उपयोग नरमी के एक हीटिंग दर निर्भरता को मापने के लिए प्रयोग एक्रिलिक clearcoat फिल्मों (आंकड़ा 3A) पर आयोजित की गई. तीन स्कैन दरों का परीक्षण (6, 10 और 120 सी / मिनट) द्वारा नैनो टीए थर्मल जांच स्पष्ट रूप से वृद्धि हुई गर्म दरों और एक रैखिक लॉगरिदमिक दर निर्भरता (RSquare 0.999 =), द्वारा दिखाया है कि इसी तरह के साथ नरमी के तापमान में वृद्धि दिखाने थोक DSC माप (3B आंकड़ा).

चित्रा 3. निर्भरता (एक्रिलिक) फिल्म नरम टिप हीटिंग दर (ए) पर बिंदु. विशेष रूप से, नरम बिंदु शुरुआत तापमान टिप हीटिंग की दर (बी) का लघुगणक पर एक रैखिक निर्भरता से पता चलता है.

इलाज दरें

हम अगले का उपयोग पता लगाया नैनो टीए थर्मल जांच तापमान नरमी से इलाज दर को मापने के लिए. एक कोटिंग नरम बिंदु crosslink घनत्व का एक अच्छा उपाय है. तीन आयामी रासायनिक प्रतिक्रियाओं की वजह से नेटवर्क के गठन के एक कोटिंग गुणों में सुधार के एक साधन के के रूप में व्यापक रूप से स्वीकार किया जाता है. यह clearcoat (1K और 2k clearcoat विलायक जनित है, और 1K और 2k जलजनित clearcoat) में अलग अलग समय पर अलग तापमान बढ़ती crosslink घनत्व के साथ सभी टीजी में वृद्धि प्रदर्शित ठीक प्रणाली, की एक किस्म पर दिखाया गया है. इसके अलावा, कोटिंग्स के यांत्रिक गुणों भी crosslinks के रूप में (एमएक्स) crosslinks और तन्य भंडारण मापांक (ई) के बीच आणविक वजन के बीच व्युत्क्रम संबंध द्वारा व्यक्त की हद पर निर्भर करता है.

आदेश में परीक्षण करने के लिए की उपयोगिता नैनो टीए थर्मल जांच इलाज दर को मापने के लिए, वाणिज्यिक एक्रिलिक 60 सी में 30 मिनट के लिए ठीक कोटिंग्स के अंक नरम थे, 30 मिनट के बाद 2 बजे से 72 बजे तक, परीक्षण. 60 सी. चित्रा 4 में इलाज समय के साथ मापा नरम तापमान में एक क्रमिक वृद्धि से पता चलता है. नरम तापमान बनाम इलाज समय की एक साजिश इलाज मापा बार से अधिक एक रैखिक संबंध को दर्शाता है.

अगले कदम के लिए उपयोग किया गया था नैनो टीए थर्मल जांच करने के लिए समय की एक समारोह में, 24 और 48 घंटे के रूप में नरमी के तापमान में वृद्धि (और crosslink घनत्व) का पालन करें, अपने 30 मिनट सेंकना के बाद चयन ऐक्रेलिक कोटिंग्स के लिए 60 सी (तालिका 1) . नरम अंक मापा मानक विचलन, तीन प्रतियों में किए गए आठ कोटिंग सिस्टम से pooling का एक अच्छा उपाय प्रदान नैनो टीए थर्मल जांच परीक्षण reproducibility . इन कोटिंग के लिए मानक विचलन की गणना 0.26 सी (तालिका 1 ए) है.

चित्रा 4 एक्रिलिक clearcoat के परिवेश के तापमान पर नरम तापमान पर इलाज के समय के प्रभाव (एक). नरम तापमान इलाज मापा बार से अधिक एक रैखिक संबंध (बी) को प्रदर्शित करता है.

टेबल 1 समय के एक समारोह के रूप में तापमान 24 और 48 घंटे के नरम में वृद्धि का चयन करें ऐक्रेलिक कोटिंग्स के लिए ( ए). बार साजिश (बी)

फोटो अपमानित एक्रिलिक polyurethane कोटिंग्स (एयू)

इन कोटिंग्स उजागर 20 सप्ताह और 41 सप्ताह थे, यूवी एक और यूवी बी. वे styrene-1, 6 hexamethylene diisocyanate के साथ ऐक्रेलिक बहुलक Crosslinked से मिलकर बनता है और TiO2 कणों के दो प्रकार, Degussa P25 (औसत कण आकार 20 एनएम? Uncoated और अत्यधिक प्रकाश द्वारा सहज प्रभावित) होते हैं और R9 (औसत कण आकार ~ 250 एनएम, Al2O3 के साथ लेपित (6%). चित्रा 5 सारांशित और नरम MDSC से टीजी, (आंकड़ा 5B) के साथ तुलना में LTA (आंकड़ा 5A), द्वारा मापा तापमान तुलना.

चित्रा 5 नरम यूवी उजागर (0, 20 और 41 विकेटकीपर) स्पष्ट और TiO2 भरा (P25 और R9) ऐक्रेलिक urethane नैनो थर्मल विश्लेषण (ए) और (बी) MDSC का उपयोग कोटिंग्स के लिए मापा तापमान की तुलना. भूतल आकारिकी भी इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी स्कैनिंग से विश्लेषण किया गया था.

ये आंकड़े स्पष्ट रूप से की सतह संवेदनशीलता दिखाने नैनो टीए थर्मल जांच के रूप में थोक टीजी MDSC का उपयोग माप की तुलना में. ज्ञान के एक काफी शरीर photodegradation [12] प्रक्रियाओं की सतह संवेदनशीलता पर जमा किया है. इसलिए यह आश्चर्य की बात नहीं है कि नैनो टीए थर्मल जांच स्पष्ट और TiO2 भर कोटिंग्स के लिए यूवी जोखिम के photooxidative प्रभावों के प्रति संवेदनशील उपाय प्रदान करता है और यूवी जोखिम में वृद्धि समय के साथ नरमी तापमान (यानी crosslink घनत्व ) में वृद्धि को प्रदर्शित करता है. इसकी तुलना में थोक पतली फिल्म के MDSC लक्षण वर्णन थोक से सतह प्रभाव फर्क करने में सक्षम नहीं है और सतह के रासायनिक और संरचनात्मक कोटिंग्स द्वारा 41 सप्ताह उजागर कोटिंग्स (आंकड़ा 5C.) से स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन micrographs द्वारा दिखाया के रूप में गिरावट का सामना करना पड़ा का पता लगाने नहीं कर सकते.

निष्कर्ष

नैनो थर्मल विश्लेषण AFM के साथ संयोजन में सामान्य में polymeric कोटिंग्स और सतहों के अध्ययन के लिए एक बहुत महत्वपूर्ण उपकरण साबित होता है, क्योंकि यह न केवल लेकिन यह भी प्रत्यक्ष और एक 100nm पैमाने पर नमूना की सतह पर अलग अलग डोमेन की पहचान के लक्षण वर्णन इमेजिंग की अनुमति देता है . डेटा स्पष्ट रूप से दर्शाता है कि नैनो टीए थर्मल जांच MDSC जो नमूने के एक उपाय या औसत थोक संपत्ति और इसलिए सतह के रासायनिक और संरचनात्मक गिरावट कोटिंग्स द्वारा सामना करना पड़ा का पता लगाने नहीं कर सकते से सतह प्रभाव के प्रति संवेदनशील है

आभार

लेखक डीआरएस के लिए अपनी कृतज्ञता व्यक्त करता है. हारून Forster और स्टेफ़नी वाटसन बहुमूल्य विचार - विमर्श के और आपूर्ति के लिए NIST) (एक्रिलिक polyurethane कोटिंग्स आबोहवा के कारण बरबाद. उन्होंने यह भी एक्रिलिक clearcoats की आपूर्ति के लिए डा. Deepanjan भट्टाचार्य और श्री चिप विलियम्स धन्यवाद.

स्रोत: Anasys उपकरण

इस स्रोत के बारे में अधिक जानकारी के लिए कृपया देखें Anasys उपकरण