Наноразмерных термический анализ автомобильных покрытий с использованием нано-TA термозонд от Anasys инструменты

:: AZoNanotechnology статьи

Рассматриваемые вопросы

Фон
Nano Thermal Analysis
Экспериментальная установка
Результаты и обсуждение
Нажатие Режим изображения
нано-TA тепловых испытаний зонд
Лечение Цены
Фото-деградированных Акриловые-полиуретановые (АС) Покрытия
Выводы
Благодарности

Фон

Органические полимерные материалы широко используются в качестве покрытий в различных рынков и приложений, прежде всего для улучшения свойств поверхности, внешний вид и производительность. Эти приложения становятся все более изощренными, и из-за многомерный характер покрытия, их размеры уменьшились часто производят слоями полимеров с различными свойствами. Кроме того, вязкоупругих характер большинства полимеров приводит к заметному времени и температуры зависимость от производительности.

Химически сшитые покрытия получили развитие в материалах выбора и, как правило, используется в качестве автомобильного лаки для защиты от воздействия окружающей среды и обеспечить поцарапать и чип сопротивления, а также коррозии и устойчивость к воздействию растворителей, сохраняя при этом высокий блеск и внешний вид. Добавления химических добавок для улучшения фотостабильности, в сочетании с переменной реакции сшивания, часто приводят к неоднородности размером от нанометров до микрон, которые более подвержены деградации. Атомно-силовой микроскоп (АСМ) оказался неоценимым не только для визуализации полимерных систем, но для зондирования наконечник / образец взаимодействия, (как в фазе визуализации) для отображения механические (эластичность, твердость и т.д.) и химические свойства.

Nano Thermal Analysis

Нано-TA термозонд от Anasys инструменты добавляет новые ценные возможности пространственным разрешением термического анализа для АСМ. Она особенно полезна для тонких пленок, поскольку она позволяет измерять температуры перехода (плавление или стекло) на отдельных пятен образца помощь в выявлении и характеристике этапов.

Нано-TA термозонд является локальным тепловым технику анализа, которая сочетает в себе высокое пространственное разрешение изображений возможностей атомно-силовой микроскопии с возможностью получить понимание термическое поведение материалов с пространственным разрешением в суб-100 нм. (Прорыв в пространственное разрешение ~ 50 раз лучше, чем предыдущее состояние искусства, с серьезными последствиями для полей полимеров и фармацевтика). Обычными иглой АСМ заменяется специальным нано-TA термозонд зонд, который имеет встроенный миниатюрный нагреватель и находится под контролем специально разработанные нано-TA термозонд аппаратного и программного обеспечения. АСМ позволяет поверхности, чтобы быть визуализированы на наноуровне разрешения с его повседневного режимах съемки, что позволяет пользователю выбрать пространственного расположения, при котором для исследования теплофизических свойств поверхности. Затем пользователь получает эту информацию с применением местного нагрева с помощью зонда и измерения термомеханической ответ.

нано-TA тепловых испытаний зонд

TopView (рис 2.) Из акрилового покрытия после нано-TA термозонд тестирование показывает, образование остаточных отступа ~ 350 нм глубиной. Измеряется глубина вдавливания обеспечивает оценку выборки глубины с помощью нано-TA тепловой датчик и может служить основой для сравнения размягчения (Tg) из того же покрытия с объемной измерения фильм MDSC.

Зависимость температуры стеклования по скорости нагрева и охлаждения хорошо известно и показано, что кинетический эффект, который происходит из-за температурной зависимости структурных скорости релаксации. Такая температурная зависимость также влияет на форму теплоемкость (Cp) вблизи Tg. В частности, экспериментальные измерения показали, Tg зависит линейно с логарифмом скорости нагрева. Для того чтобы проверить способность нано-TA термозонд измерить зависимость скорости нагрева температуры размягчения с использованием тепловых датчиков, эксперименты проводились на акриловой фильмов лака (рис. 3А). Скорость сканирования по три испытания, (6, 10 и 120 ° С / мин) с нано-TA термозонд ясно показывают увеличение температуры размягчения с повышением ставок и подогревом линейной логарифмической зависимости скорости (RSquare = 0,999), аналогичный показанному на основная DSC измерений (рис. 3б).

Рисунок 3. Зависимость (акрил) пленка размягчения на кончике скорости нагрева (). В частности, температура размягчения точки начала показывает линейную зависимость логарифма скорости нагрева наконечника (B).

Лечение Цены

Затем мы изучили использование нано-TA тепловой датчик для измерения излечения от температуры размягчения. Размягчения покрытия является хорошим показателем плотности сшивки. Формирование трехмерной сети из-за химических реакций, широко применяется в качестве средства улучшения свойств покрытия. Он был показан на различных системах лак (1K и 2K растворитель происхождения лак, и 1К и 2К воде лак) вылечил в разное время, при разных температурах, все отображается увеличение Tg, при увеличении плотности сшивки. Кроме того, механические свойства покрытий, также зависит от степени сшивки выраженная обратная зависимость между молекулярной массой между сшивки (Мх) и модуль упругости при растяжении хранения (Е ').

Для того чтобы проверить полезность нано-TA тепловой датчик для измерения эффективности лечения, размягчения коммерческих акриловых покрытий вылечить в течение 30 минут при температуре 60 С, были протестированы в возрасте от 2 часов до 72 часов, после 30 мин. лечение при 60 C. Рисунок 4 показывает постепенный рост измеряется температура размягчения со временем. Сюжет время полимеризации по сравнению с температурой размягчения показывает линейную зависимость над вылечить раз измерить.

Следующим шагом было использование нано-TA термозонд следовать за увеличением температуры размягчения (и сшивки плотности) как функцию времени, 24 и 48 часов, для некоторых акриловых покрытий после 30 минут выпекать при температуре 60 С (таблица 1) . Объединение измеряется стандартным отклонением размягчения, выполненные в трех экземплярах, из восьми систем покрытий при условии хорошей мерой нано-TA термозонд воспроизводимость теста. Рассчитывается стандартное отклонение для этих покрытий составляет 0,26 C (табл. 1A).

Рисунок 4. Влияние время отверждения при комнатной температуре акрилового лака на температуру размягчения (А). Температура размягчения отображает линейную зависимость над высыхания измеряется (B).

Таблица 1. Увеличение температуры размягчения, как функцию времени, 24 и 48 часов, для некоторых акриловых покрытий (А). Бар участка (В)

Фото-деградированных Акриловые-полиуретановые (АС) Покрытия

Эти покрытия были разоблачены, 20 недель и 41 недель к УФ-А и УФ-В. Они состоят из стирол-акрилового полимера сшиты с 1, 6 гексаметилендиизоцианат и содержат два типа частиц TiO2, Degussa P25 (средний размер частиц 20 нм;? Без покрытия и высокую фотоактивных) и R9 (средний размер частиц ~ 250 нм, покрытые Al2O3 (6%). Рисунок 5 обобщает и сравнивает температуры размягчения измеряется LTA (рис. 5А), по сравнению с Tg от MDSC, (рис. 5B).

Рисунок 5. Сравнение температуры размягчения, измеренные для УФ-воздействию (0, 20 и 41 недель) ясные и TiO2 заполнены (Р25 и Р9) акриловых покрытий уретана с использованием нано-термического анализа (А) и MDSC (B). Морфология поверхности была также проанализирована с помощью сканирующего электронного микроскопа.

Эти данные ясно показывают, поверхностной чувствительности по нано-TA термозонд , по сравнению с объемной ТГ использованием MDSC. Значительный объем знаний накопившиеся на поверхности чувствительность фотодеградации процессов [12]. Поэтому не удивительно, что нано-TA термозонд обеспечивает чувствительной мерой фотоокислительного последствий ультрафиолетового облучения для четкого и TiO2 заполненные покрытия и показывает увеличение температуры размягчения (то есть плотность сшивки) с увеличением времени экспозиции УФ-излучения. Для сравнения, MDSC характеристика объемных тонкая пленка не может различать поверхностные эффекты от объема и не может обнаружить химический поверхности и структурной деградации, понесенные покрытий, как показано на сканирующей электронной микроскопии с 41 недели подвергается покрытий (рис. 5С.).

Выводы

Нано-термического анализа в сочетании с АСМ оказывается очень ценным инструментом для изучения полимерных покрытий и поверхностей в целом, поскольку она позволяет не только изображения, но и прямой идентификации и описания различных областях на поверхности образца на 100 нм масштабе . Данных ясно показывает, что нано-TA термозонд более чувствителен к поверхности эффектов, чем MDSC которая является мерой образца усредненные или оптовых собственности и, следовательно, не может обнаружить химический поверхности и структурной деградации, понесенные покрытий

Благодарности

Автор выражает благодарность д-ра. Аарон Форстер и Стефани Уотсон (NIST) за ценные обсуждения и предложения выветривания, акрил-полиуретановые покрытия. Он также благодарит доктора Deepanjan Bhattacharya и г-н Уильямс Чип на поставку акриловые лаки.

Источник: Anasys инструменты

Для получения дополнительной информации на этот источник пожалуйста, посетите Anasys инструменты