Анализ Nanoscale Термальный Покрытий Автомобиля Используя Термальный Зонд nano-TA от Аппаратур Anasys

Покрытые Темы

Предпосылка
Nano Термальный Анализ
Экспириментально Настроение
Результаты и Обсуждение
Выстукивая Изображения Режима
Термальное Испытание зонда nano-TA
Скорости Вулканизации
Фото-Ухудшенные Покрытия Акрилов-Полиуретана (AU)
Заключения
Подтверждения

Предпосылка

Органические полимерные материалы широко использованы как покрытия в разнообразие рынках и применениях, главным образом для того чтобы улучшить поверхностные свойства, возникновение и представление. Эти применения будут изощрятьле, и должно к multivariate природе покрытий, их уменьшенные размеры часто производят слои полимеров имея различные свойства. В добавлении, вязко-эластическая природа большинств полимеров водит к маркированной зависимости времени и температуры на представлении.

Химически crosslinked покрытия эволюционировали как материалы выбора и обыкновенно использованы как автомобильные clearcoats для того чтобы защитить против относящих к окружающей среде влияний и обеспечить скрест, сопротивление mar и обломока, так же, как сопротивление корозии и растворяющих, пока все еще поддерживающ высокие лоск и возникновение. Добавление химических добавок для того чтобы улучшить photostability, соединенное с переменными crosslinking реакциями, часто разнородности продукции колебаясь в размере от нанометров к микронам которые более впечатлительный к ухудшению. Атомный Микроскоп Усилия (AFM) доказал быть неоцененн для не только систем воображения полимерных, но для зондируя взаимодействий подсказки/образца, (как в воображении участка) для отображать механически (упругость, твердость, etc) и химических свойств.

Nano Термальный Анализ

Термальный зонд nano-TA от Аппаратур Anasys добавляет новую и ценную возможность пространственно разрешенного термального анализа к AFM. В частности полезно для тонких фильмов в виду того что оно включает измерение температур перехода (плавить или стекло) на выбранных пятнах образца помогая в идентификации и характеризации участков.

Термальный зонд Nano-TA местный метод термального анализа который совмещает высокие возможности воображения пространственного разрешения атомной микроскопии усилия с способностью получить вникание термального поведения материалов с пространственным разрешением sub-100nm. (прорыв в пространственном разрешении ~50x улучшает чем предыдуще современно, с глубокомысленными прикосновенностями для полей Полимеров и Фармацевтической продукции). Обычная подсказка AFM заменена специальным термальным зондом зонда nano-TA который имеет врезанный миниатюрный подогреватель и проконтролирована специально конструированными термальными оборудованием и ПО зонда nano-TA. AFM позволяет поверхность быть визуализированным на разрешении nanoscale с своими по заведенному порядку режимами воображения, которое позволяет пользователю выбрать пространственные положения на которых расследовать термальные свойства поверхности. Пользователь после этого получает эту информацию путем прикладывать жару по месту через подсказку зонда и измерять термомеханикомагнитную реакцию.

Экспириментально Настроение

Эксперименты были выполнены используя Размер 3000 AFM Veeco оборудованный с модулем зонда (AI) nano-TA Аппаратур Anasys термальным и восходящий поток теплого воздуха nanoscale AI зондирует. Тариф на отопление используемый для этого анализа был 2 ¢XC/s. Все изображения были записаны используя выстукивая режим AFM. Термальные представленные данные по зонда nano-TA отклонения зонда консольного (пока в контакте с поверхностью образца) прокладывать курс против температуры подсказки зонда. Это измерение аналогично к солидный методу термомеханикомагнитного анализа (TMA). Случаи как плавить или стеклянные переходы которые приводят к в размягчать материала под подсказкой, производят ухудшающееся отклонение cantilever. Подтверждают тестовые точки интереса, изображения по заведенному порядку записаны, что после выполнять пандус температуры. Термальные зонды зонда nano-TA используемые в этом изучении тип более типично используемый для режима контакта, должно к этому частота резонанса была ~20 КГц, пока типичная резонирующая частота была бы больше вокруг 60 КГц. Зонды были все еще способны достигать изображений высоты и участка с достаточно высоким пространственным разрешением разрешить структуры полимера тонкослоистые. Изображения Высоты часто показывают присутсвие насыпей материала связанных с вмятиями. Эта залемь большинств правоподобный полимерный материал который собирает и твердеет вокруг подсказки после выполнять местный термальный анализ.

Были изучены 2 типа покрытий, (A) коммерчески акриловый полиол crosslinked с смолаой diisocyanate, катализированного с di-бутилов-олов-di-лауринатом (DBTDL) и вылеченного 30 минут на 60 C; и (B) выдержанные покрытия акрилов-полиуретана (AU). Выдержанные покрытия AU состоят из стиропласт-акрилового полимера crosslinked с полимерным diisocyanate 1, 6 hexamethylene и содержать 2 типа TiO2 частиц, Degussa P25 (~ 20 nm среднего размера частиц; uncoated и высокое photoactivity) и R9 (~ 250 nm среднего размера частиц; покрыно с Al2O3 (6%).

Результаты и Обсуждение

Изображение поперечного сечения типичного коммерчески автомобильного покрытия (диаграммы 1.) показывает сложную, многофункциональную природу этих систем покрытия. Должно к факту что clearcoat передний край обороны против относящих к окружающей среде влияний, понимая поверхности, приповерхностного химиката и развития механически свойства как функция состава, времени обработки и относящой к окружающей среде выдержке основной к улучшать их представление. Furthermore, увеличенное требование для низких систем VOC в автомобильном refinish большойа спрос мест индустрии для достигать быстрого лечения на температуре окружающей среды для уменьшения облечения в суша оборудовании и времени ремонта.

Диаграмма 1. Изображение поперечного сечения типичного автомобильного покрытия.

Выстукивая Изображения Режима

Разрешение выстукивая изображений режима произведенных термальным зондом зонда nano-TA соответствовал к регулярн non-термальным зондам AFM. Чувствительность термального метода зонда nano-TA была расследована используя покрытия акрилов-уретана. Покрытия которые были немного недель старых были испытаны термальным зондом nano-TA для того чтобы измерить реакцию покрытия к термальной развертке и определить словотолкование и глубину вмятия.

Диаграмма 2. Вмятие произвела термальным зондом после измерения размягчая пункта акрилового фильма clearcoat.

Термальное Испытание зонда nano-TA

Topview (Смоква 2.) акрилового покрытия после того как термальное испытание зонда nano-TA покажет образование остаточного indent ~350 nm глубоко. Измеренная глубина вмятия обеспечивает оценку глубины забора используя термальный зонд nano-TA и может служить 0Nкак основа для сравнения размягчая пунктов (Tg) от таких же покрытий с навальными измерениями фильма MDSC.

Зависимость температуры стеклянного перехода на топлении и охлаждая тарифах известна и показана быть кинетическим влиянием которое должно к зависимости температуры структурных тарифов релаксации. Эта зависимость температуры также влияет на форму теплоемкости (Cp) около Tg. В частности, экспириментально измерения показали Tg для того чтобы зависеть линейно с логарифмом тарифа на отопление. Для того чтобы испытать способность термального зонда nano-TA измерить зависимость тарифа на отопление размягчая температуры используя зонды восходящего потока теплого воздуха, эксперименты были дирижированы на акриловых фильмах clearcoat (диаграмме 3A). 3 частоты сканирования испытали, (6, 10 и 120 C/min) термальной зонда nano-TA выставкой ясно увеличение в размягчая температуре с увеличенными heated тарифами и линейная логарифмическая зависимость тарифа (RSquare = 0,999), подобная к тому показанному измерением большого части DSC (диаграммой 3B).

Диаграмма 3. Зависимость пункта фильма (acrylic) размягчая на тарифе на отопление подсказки (A). В частности, температура натиска размягчая пункта показывает линейную зависимость на логарифме тарифа на отопление подсказки (B).

Скорости Вулканизации

Мы затем исследовали пользу термального зонда nano-TA для измерять тарифы лечения от размягчая температуры. Пункт покрытия размягчая хорошее измерение плотности crosslink. Образование трехмерных сетей должных к химическим реакциям широко принято как средство улучшать свойства покрытия. Было показано на разнообразие системах clearcoat (waterborne clearcoat 1K и растворител-принесенное 2K clearcoat, и 1K и 2K) вылеченных на различных временах, на различных температурах, совсем показало увеличение в Tg, 0Nс увеличением плотностью crosslink. В добавлении, механически свойствах быть в зависимости от покрытий также размер crosslinks как выражено обратным отношением между молекулярным весом между crosslinks (Mx) и растяжимом модуле хранения (E).

Для того чтобы испытать общее назначение термального зонда nano-TA для измеряя тарифов лечения, размягчая пункты коммерчески акриловых покрытий вылеченных на 30 минут на 60 C, были испытаны от 2 hrs к 72 hrs, после того как лечение 30 MIN. на 60 C. Диаграмма 4 покажет постепенно увеличение в измеренной размягчая температуре с временем. График времени обработки против размягчая температуры показывает линейное отношение над измеренными временами обработки.

Следующий шаг был использовать термальный зонд nano-TA для следования увеличения в размягчая температуре (и crosslink плотность) как функция времени, 24 и 48 hrs, ибо отборных акриловых покрытий после того как их минута 30 испечет на 60 C (таблица 1). Складывать вместе измеренных стандартных отступлений размягчая пунктов, сделанных в triplicate, от 8 систем покрытия обеспечил хорошее измерение термальной воспроизводимости испытания зонда nano-TA. Высчитанное стандартное отступление для этих покрытие 0,26 C (Таблица 1A).

Диаграмма 4. Влияние времени отверждения на температуре окружающей среды акрилового clearcoat на размягчая температуре (A). Размягчая температура показывает линейное отношение над измеренными временами обработки (B).

Увеличение Таблицы 1. в размягчая температурах как функция 24 и 48 hrs времени, для отборных акриловых покрытий (A). График Адвокатского сословия (B)

Фото-Ухудшенные Покрытия Акрилов-Полиуретана (AU)

Эти покрытия подверглись действию, 20 недель и 41 неделя к UV-A и UV-B. Они состоят из стиропласт-акрилового полимера crosslinked с diisocyanate 1, 6 hexamethylene и содержат 2 типа TiO2 частиц, Degussa P25 (средний размер частиц? 20 nm; uncoated и сильно photoactive) и R9 (~ 250 nm среднего размера частиц; покрыно с Al2O3 (6%). Диаграмма 5 суммирует и сравнивает размягчая температуры измеренные LTA (диаграмма 5A), по сравнению с Tg от MDSC, (диаграмма 5B).

Диаграмма 5. Сравнение размягчая температур измеренных для, котор Уф--подвергли действию (0, 20 и 41 wk) ясной и TiO2 заполнила (P25 и R9) акриловые покрытия уретана используя nano термальный анализ (A) и MDSC (B). Поверхностное словотолкование также было проанализировано путем просматривать электронную микроскопию.

Эти на данные ясно показано поверхностную чувствительность термального зонда nano-TA, по сравнению с измерением Tg большого части используя MDSC. Значительное тело знания аккумулировало на поверхностной чувствительности процессов photodegradation [12]. Это поэтому покрытия удивительно что термальный зонд nano-TA обеспечивает чувствительное измерение photooxidative влияний UV выдержки для ясной и TiO2-filled и показывает увеличение в размягчая температуре (т.е. плотности crosslink) с увеличенными UV выдержками. В сравнении, характеризация MDSC навального тонкого фильма не способна дифференцировать поверхностные влияния от большого части и не может обнаружить поверхностный химикат и структурное ухудшение, котор вытерпели покрытия как показан микрорисунками электрона скеннирования от 41 покрытия подвергли действию неделей, котор (диаграммы 5C.).

Заключения

Nano-Термальный анализ в комбинации с AFM доказывает быть очень ценным инструментом для изучения полимерных покрытий и поверхностей вообще, в виду того что он позволяет не только воображению но также сразу идентификации и характеризации различных доменов на поверхности образца на маштабе 100nm. Данные ясно демонстрируют что термальный зонд nano-TA более чувствительн к поверхностным влияниям чем MDSC которое измерение усредненного образца или навальное свойство и следовательно не могут обнаружить поверхностный химикат и структурное ухудшение, котор вытерпели покрытия

Подтверждения

Автор выражает его признательность к Drs. Аарон Forster и Стефани Уотсон (NIST) для ценных обсуждений и поставкы выдержано, покрытия акрилов-полиуретана. Он также благодарит Др. Deepanjan Bhattacharya и Г-на Обломок Williams для поставкы акриловых clearcoats.

Источник: Аппаратуры Anasys

Для больше информации на этом источнике пожалуйста посетите Аппаратуры Anasys

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

Last Update: 13. June 2013 18:23

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit