De Thermische Analyse van Nanoscale van Automobiele Deklagen die Thermische Sonde nano-Ta van Instrumenten Anasys Gebruiken

Besproken Onderwerpen

Achtergrond
Nano Thermische Analyse
Experimentele Opstelling
Resultaten en Bespreking
Het Onttrekken van de Beelden van de Wijze
het thermische sonde nano-Ta Testen
Het Genezen van Tarieven
Deklagen de foto-gedegradeerde van het acryl-Polyurethaan (AU)
Conclusies
Erkenning

Achtergrond

De Organische polymere materialen worden wijd gebruikt als deklagen in een verscheidenheid van markten en toepassingen, hoofdzakelijk om oppervlakteeigenschappen, verschijning en prestaties te verbeteren. Deze toepassingen worden vaak meer verfijnd, en toe te schrijven aan de multivariate aard van deklagen, hun verminderde lagen van de afmetingenopbrengst polymeren die verschillende eigenschappen hebben. Bovendien leidt de viscoelastic aard van de meeste polymeren tot een duidelijke tijd en temperatuurafhankelijkheid van prestaties.

Hebben de Chemisch crosslinked deklagen als materialen van keus geëvolueerd en algemeen aangewend als automobielclearcoats geweest tegen milieuinvloeden te beschermen en kras te verstrekken, weerstand, evenals corrosie en oplosbare weerstand in de war te brengen en af te breken, terwijl nog het handhaven van een hoge glans en een verschijning. De toevoeging van chemische additieven die photostability te verbeteren, aan variabele wordt gekoppeld die reacties crosslinking, veroorzaakt vaak ongelijksoortigheid die zich in grootte van nanometers aan microns uitstrekken die vatbaarder zijn voor degradatie. De AtoomMicroscoop van de Kracht is (AFM) onschatbaar voor niet alleen weergave polymere systemen, maar gebleken te zijn voor het sonderen van uiteinde/steekproefinteractie, (zoals in faseweergave) voor het in kaart brengen mechanische (elasticiteit, hardheid, enz.) en chemische eigenschappen.

Nano Thermische Analyse

De thermische sonde nano-Ta van Instrumenten Anasys voegt een nieuw en waardevol vermogen van ruimte vastbesloten thermische analyse aan AFM toe. Het is bijzonder nuttig voor dunne films aangezien het de meting van overgangstemperaturen (het smelten of glas) op geselecteerde vlekken van steekproef het helpen in de identificatie en de karakterisering van de fasen toelaat.

De thermische sonde nano-Ta is een lokale thermische analysetechniek die de hoge ruimtemogelijkheden van de resolutieweergave van de atoomkrachtmicroscopie met de capaciteit combineert om begrip van het thermische gedrag van materialen met een ruimteresolutie van sub-100nm te verkrijgen. (een doorbraak in ruimteresolutie ~50x dan beter het vorige overzicht, met diepgaande implicaties voor de gebieden van Polymeren en Geneesmiddelen). Het conventionele uiteinde AFM wordt vervangen door een speciale nano-Ta thermische sondesonde die een ingebedde miniatuurverwarmer heeft en door de speciaal ontworpen nano-Ta thermische sondehardware en de software gecontroleerd. AFM laat dat een oppervlakte toe wordt gevisualiseerd bij nanoscaleresolutie met zijn routineweergavewijzen, die de gebruiker toestaat om de ruimteplaatsen te selecteren waarbij de thermische eigenschappen van de oppervlakte te onderzoeken. De gebruiker verkrijgt dan deze informatie door hitte via het sondeuiteinde plaatselijk toe te passen en de thermomechanische reactie te meten.

Experimentele Opstelling

De Experimenten werden uitgevoerd gebruikend een Veeco Afmeting 3000 AFM met een Anasys thermische de sonde (AI)module van Instrumenten nano-Ta en AI nanoscale thermische sondes wordt uitgerust die. Het het verwarmen tarief voor deze analyse wordt gebruikt was 2 ¢XC/s. die. Alle beelden waren het geregistreerde gebruiken onttrekkend wijze AFM. De nano-Ta thermische voorgelegde sondegegevens zijn van de afbuiging van de sondecantilever (terwijl in contact met de steekproefoppervlakte) in kaart gebracht tegen de temperatuur van het sondeuiteinde. Deze meting is analoog aan de reeds lang gevestigde techniek van thermomechanische analyse (TMA). De Gebeurtenissen zoals het smelten of glasovergangen die in het zacht worden van het materiaal onder het uiteinde resulteren, veroorzaken een benedenwaartse afbuiging van de cantilever. om de geteste aandachtspunten te bevestigen, worden de beelden uit routine geregistreerd na het uitvoeren van de temperatuurhelling. Nano-Ta de thermische die sondesondes in deze die studie worden gebruikt het type typischer voor contactwijze zijn wordt gebruikt, wegens dit de resonantiefrequentie was ~20 kHz, terwijl de typische resonerende frequentie kHz meer rond 60 zou zijn. De sondes konden nog hoogte en fasebeelden met voldoende hoge ruimteresolutie bereiken om polymeer gelamelleerde structuren op te lossen. De beelden van de Hoogte tonen vaak de aanwezigheid van hopen van materiaal verbonden aan inkepingen. Deze storting is most likely polymeer materiaal dat verzamelt en rond het uiteinde na het uitvoeren van een lokale thermische analyse hard maakt.

Twee types van deklagen werden bestudeerd, (a) commerciële acryldiepolyol crosslinked met diisocyanate hars, met Di-butyl-tin-Di-laurate wordt (DBTDL) en 30 minuten bij 60 C wordt genezen gekatalyseerd die; en (b) doorstane acryl-polyurethaan (AU) deklagen. De doorstane deklagen van AU bestaan uit styreen-acrylpolymeer crosslinked met polymere 1, 6 hexamethylenediisocyanate en het bevatten van twee types van TiO2 deeltjes, Degussa P25 (gemiddelde deeltjesgrootte ~ 20 NM; niet beklede en hoge photoactivity) en R9 (gemiddelde deeltjesgrootte ~ 250 NM; met een laag bedekt met Al2O3 (6%).

Resultaten en Bespreking

Een mening in dwarsdoorsnede van een typische commerciële automobieldeklaag (figuur 1.) toont de complexe, multifunctionele aard van deze deklaagsystemen. wegens het feit dat clearcoat de eerste lijn die van defensie tegen milieuinvloeden is, oppervlakte, near-surface chemische en mechanische bezitsontwikkeling als functie van samenstelling, behandeling begrijpen zijn de tijd en de milieublootstelling fundamenteel voor het verbeteren van hun prestaties. Voorts plaatst de verhoogde vraag naar lage VOC systemen in de automobielrefinishindustrie grotere vraag naar het bereiken van snelle behandeling bij omgevingstemperatuur om de investering te verminderen in het drogen van apparatuur en de tijd van reparatie.

Figuur 1. Mening In dwarsdoorsnede van typische automobieldeklaag.

Het Onttrekken van de Beelden van de Wijze

De resolutie van de het onttrekken wijzebeelden door de nano-Ta thermische sondesonde is worden veroorzaakt vergelijkbaar met regelmatige niet thermische sondes die AFM. De gevoeligheid van de nano-Ta thermische sondetechniek werd onderzocht gebruikend acryl-urethanedeklagen. De Deklagen die een paar oude weken waren werden getest door thermische sonde nano-Ta om de reactie van de deklaag op een thermisch aftasten te meten en de de inkepingsmorfologie en diepte te bepalen.

Figuur 2. Inkeping door de thermische sonde na meting van zacht wordend punt van een acrylclearcoatfilm die wordt veroorzaakt.

het thermische sonde nano-Ta Testen

Een topview (Fig. 2.) van de acryldeklaag na het thermische sonde nano-Ta testen toont diep de vorming van een overblijvende paragraaf ~350 NM. De gemeten inkepingsdiepte verstrekt een schatting van de bemonsteringsdiepte gebruikend thermische sonde nano-Ta en kan als basis voor vergelijking van zacht wordende punten (Tg) van de zelfde deklagen met bulkfilmmetingen door MDSC dienen.

De afhankelijkheid van de temperatuur van de glasovergang van het verwarmen en het koelen tarieven is goed - het geweten en getoond om een kinetisch effect te zijn dat aan een temperatuurafhankelijkheid van structurele ontspanningstarieven toe te schrijven is. Deze temperatuurafhankelijkheid beïnvloedt ook de vorm van de hittecapaciteit (Cp) dichtbij Tg. In het bijzonder, toonden de experimentele metingen Tg om lineair met het logaritme van het het verwarmen tarief af te hangen. om de capaciteit van thermische sonde te testen nano-Ta om een het verwarmen tariefafhankelijkheid van zacht wordende temperatuur te meten die thermische sondes gebruiken, werden de experimenten geleid op acrylclearcoatfilms (figuur 3A). De drie die aftastentarieven, (6, 10 en 120 C/min) worden getest door thermische sonde nano-Ta tonen duidelijk een verhoging van zacht wordende temperatuur met verhoogde verwarmde tarieven en een lineaire logaritmische tariefafhankelijkheid (RSquare = 0.999), gelijkaardig aan dat getoond door de bulkmeting DSC (cijfer 3B).

Figuur 3. Afhankelijkheid van (acryl) film zacht wordend punt van uiteinde het verwarmen tarief (a). In het bijzonder, toont de temperatuur van het zacht wordend puntbegin een lineaire afhankelijkheid van het logaritme van het uiteinde het verwarmen tarief (b).

Het Genezen van Tarieven

Wij onderzochten daarna gebruik van thermische sonde nano-Ta voor het meten van behandelingstarieven van zacht wordende temperatuur. Is het zacht wordende punt van een deklaag een goede maatregel met kruisverbindingsdichtheid. De vorming van driedimensionele netwerken toe te schrijven aan chemische reacties wordt wijd goedgekeurd als het verbeteren van de eigenschappen van een deklaag. Het is getoond op een verscheidenheid van clearcoatsystemen (1K en 2K oplosbaar-gedragen clearcoat, en 1K en 2K drijvende die clearcoat) in verschillende tijden, bij verschillende temperaturen worden genezen, toonden allen een verhoging van Tg, met stijgende kruisverbindingsdichtheid. Bovendien hangen de mechanische eigenschappen van deklagen ook van de omvang van kruisverbindingen af zoals die door het omgekeerde verband tussen moleculegewicht tussen kruisverbindingen (Mx) wordt uitgedrukt en trekopslagmodulus (E).

om het nut van thermische sonde te testen nano-Ta voor het meten van behandelingstarieven, werden de zacht wordende punten van commerciële acryldiedeklagen 30 minuten bij 60 C worden genezen, getest van 2 u aan 72 u, nadat min. behandeling 30 bij 60 C. Figure 4 een geleidelijke verhoging van gemeten zacht wordende temperatuur met tijd toont. Een perceel van behandelingstijd tegenover zacht wordende temperatuur toont een lineaire verhouding in de gemeten behandelingstijden.

De volgende stap was thermische sonde te gebruiken nano-Ta om de verhoging van zacht wordende temperatuur (en crosslink dichtheid) als functie van tijd, 24 en 48 u, voor uitgezochte acryldeklagen te volgen nadat hun minuut 30 bij 60 C (lijst 1) bakt. Het Samenvoegen van de gemeten standaardafwijkingen van zacht wordende die punten, van acht in drievoud worden gemaakt die systemen met een laag bedekken verstrekte een goede maatregel van de nano-Ta thermische reproduceerbaarheid van de sondetest. De berekende standaardafwijking voor deze deklaag is 0.26 C (Lijst 1A).

Figuur 4. Effect van het genezen van tijd bij omgevingstemperatuur van acrylclearcoat op zacht wordende temperatuur (a). De zacht wordende temperatuur toont een lineaire verhouding over de behandeling tijden gemeten (b).

Lijst 1. Verhoging van zacht wordende temperaturen als functie van tijd, 24 en 48 u, voor uitgezochte acryldeklagen (a). Het perceel van de Bar (b)

Deklagen de foto-gedegradeerde van het acryl-Polyurethaan (AU)

Deze deklagen werden blootgesteld, 20 weken en 41 weken aan uv-a en uv-B. Zij bestaan uit styreen-acrylpolymeer crosslinked met 1, 6 hexamethylenediisocyanate en bevatten twee types van TiO2 deeltjes, Degussa P25 (gemiddelde deeltjesgrootte? 20 NM; niet bekleed en hoogst photoactive) en R9 (gemiddelde deeltjesgrootte ~ 250 NM; met een laag bedekt met Al2O3 (6%). Figuur 5 vat en vergelijkt zacht wordende die temperaturen samen door LICHTER DAN DE LUCHT (figuur 5A) worden gemeten, in vergelijking met Tg van MDSC, (figuur 5B).

Figuur 5. Vergelijking van zacht wordende die temperaturen voor uv-Blootgestelde (0, 20 en 41 weken) worden gemeten duidelijk en TiO2 gevulde (P25 en R9) acrylurethane deklagen die nano thermische analyse (a) en MDSC (b) gebruiken. Morfologie van de Oppervlakte werd ook geanalyseerd door elektronenmicroscopie af te tasten.

Deze gegevens tonen duidelijk de oppervlaktegevoeligheid van thermische sonde nano-Ta, in vergelijking tot de bulkmeting Tg gebruikend MDSC. Een aanzienlijke hoeveelheid kennis heeft op de oppervlaktegevoeligheid van fotodegradatieprocessen [12] geaccumuleerd. Het is daarom verrassend niet dat de thermische sonde nano-Ta een gevoelige maatregel van photooxidative gevolgen van UVblootstelling voor duidelijke en tiO2-Gevulde deklagen verstrekt en een verhoging van zacht wordende temperatuur (d.w.z. kruisverbindingsdichtheid) met verhoogde UVblootstellingstijden toont. In vergelijking, kan de karakterisering MDSC van de bulk dunne film oppervlakte geen gevolgen van massa onderscheiden en kan niet de oppervlakte chemische en structurele die degradatie ontdekken door deklagen wordt opgelopen zoals die door de micrografen van het aftastenelektron van 41 weken blootgestelde deklagen wordt getoond (cijfer 5C.).

Conclusies

De nano-Thermische analyse in combinatie met AFM blijkt in het algemeen, een zeer waardevol hulpmiddel voor de studie van polymere deklagen en oppervlakten te zijn aangezien het niet alleen weergave maar ook directe identificatie en karakterisering van de verschillende domeinen aan de steekproefoppervlakte op een 100nm schaal toestaat. De gegevens tonen duidelijk aan dat de thermische sonde nano-Ta gevoeliger is voor oppervlaktegevolgen dan MDSC die een maatregel van de het gemiddelde genomen van steekproef is of het bulkbezit en vandaar niet de oppervlakte chemische en structurele die degradatie kan ontdekken door deklagen wordt opgelopen

Erkenning

De auteur drukt zijn dankbaarheid aan Drs. Aaron Forster en Stephanie Watson (NIST) voor waardevolle besprekingen en levering van doorstaan uit, acryl-polyurethaandeklagen. Hij dankt ook Dr. Deepanjan Bhattacharya en M. Chip Williams voor levering van acrylclearcoats.

Bron: De Instrumenten van Anasys

Voor meer informatie over deze bron te bezoeken gelieve Instrumenten Anasys

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

Last Update: 13. June 2013 17:43

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit