Nanoscale Instrumenterar Termisk Analys av BilBeläggningar som Använder den Termiska Sonden nano-TA från Anasys

Täckte Ämnen

Bakgrund
Nano Termisk Analys
Experimentellt Ställa In
Resultat och Diskussion
Det Knackande Lätt På Funktionsläget Avbildar
Termiskt Testa för sond nano-TA
Avvänjningen Klassar
Foto-Degraderade Akryl-Polyurethane (AU) Beläggningar
Avslutningar
Tack till personer

Bakgrund

Organiska polymeric material används brett, som beläggningar i en variation av marknadsför och applikationer, i första hand för att förbättra ytbehandlar rekvisita, utseendemässigt och kapacitet. Dessa applikationer är passande mer sofistikerad, och tack vare dimensionerar den multivariats- naturen av beläggningar, deras som minskas, ofta jordbruksprodukterlagrar av polymrer som har olik rekvisita. I tillägg, den viscoelastic naturen av mest polymerblytak till ett markerat tid- och temperaturberoende på kapacitet.

Chemically crosslinked beläggningar har evolved som materialen av primat och används gemensamt som automatiska clearcoats för att skydda mot miljö- påverkan och för att ge skrapan, fördärva och gå i flisor motstånd, såväl som korrosions- och vätskemotstånd, stunden som underhåller fortfarande ett glättat och utseendemässigt. Tillägget av kemiska tillsatser som förbättrar photostability som kopplas ihop med variabeln som crosslinking reaktioner, jordbruksprodukterheterogeneities som in spänner, storleksanpassar ofta från nanometers till mikroner som är mer känslig till degradering. Det Atom- StyrkaMikroskopet (AFM) har bevisat att vara ovärderligt för inte endast att avbilda polymeric system, men för att sondera spets/ta prov växelverkan, (som arrangera gradvis in att avbilda), för mekanisk (spänst, hårdhet, etc.) och kemisk rekvisita för kartlägga.

Nano Termisk Analys

Nano-TAEN som den termiska sonden från Anasys Instrumenterar, tillfogar en ny och värdesakkapacitet av rumsligt löst termisk analys till AFMEN. Den är bestämt användbar för tunt filmar, sedan den möjliggör mätningen av övergångstemperaturer (smältning eller exponeringsglas) på utvalda fläckar av ta prov som bistår i IDet, och karakteriseringen av arrangerar gradvis.

Är den termiska sonden Nano-TA en teknik för termisk analys för lokal som sammanslutningar den rumsliga upplösningen för kicken som avbildar kapaciteter av atom- styrkamicroscopy med kapaciteten att erhålla överenskommelse av det termiska uppförandet av material med en rumslig upplösning av sub-100nm. (ett genombrott i rumslig upplösning ~50x förbättrar än föregående statlig - av - - konst, med djupsinniga implikationer för sätter in av Polymrer och Pharmaceuticals). Den konventionella AFM-spetsen byts ut av sond för sakkunnignano-TA en termisk sond, som har en inbäddad miniatyrvärmeapparat, och kontrolleras av den special planlagda termiska maskinvaran och programvaran för sond nano-TA. AFMEN möjliggör en ytbehandla som ska visualiseras på nanoscaleupplösning med dess rutinmässiga avbilda funktionslägen, som låter användaren välja de rumsliga lägena, på som att utforska den termiska rekvisitan av ytbehandla. Användaren erhåller därefter denna information, genom att applicera, värmer lokalt via sondspetsen och att mäta det thermomechanical svaret.

Experimentellt Ställa In

Experiment utfördes genom att använda en Veeco Dimensionerar 3000 som AFM som utrustas med en Anasys, Instrumenterar (AI) den termiska enheten för sonden nano-TA, och AI-nanoscalethermalen sonderar. Uppvärmningen klassar använt för denna analys var 2 ¢XC/s. Allt avbildar antecknades genom att använda det knackande lätt på funktionsläget AFM. De framlade termiska datan för sonden nano-TA är av sondcantileveravböjningen (stunden i kontakt med ta prov ytbehandlar) som konspireras mot sondspetstemperatur. Denna mätning är motsvarande till brunnen - etablerad teknik av thermo-mekanisk analys (TMA). Händelser liksom smältning eller glass övergångar, som resulterar i uppmjukningen av det materiellt under spetsen, jordbruksprodukter en nedåtriktad avböjning av cantileveren. För att bekräfta testad pekar av intresserar, avbildar antecknas rutinmässigt, når att ha utfört temperaturrampen. De termiska sonderna för sonden som nano-TA används i denna studie, är typen som används mer typisk för kontaktfunktionsläget, tack vare detta som resonansfrekvensen var ~20 kHz, fördriver den skulle typiska resonant frekvensen är mer omkring 60 kHz. Sonderna var stilla kapabelt av att uppnå höjd och arrangerar gradvis avbildar med tillräckligt rumslig upplösning för kick att lösa den lamellar polymern strukturerar. Höjd avbildar ofta show närvaroen av mounds av materiellt tillhörande med inryckningar. Denna insättning är mest rimlig polymeric materiellt som samlar och överför till fast form runt om spetsen, når det har utfört en termisk analys för lokal.

Två typer av beläggningar var utstuderade, akrylpolyolen för reklamfilm (A) crosslinked med diisocyanatekåda, catalyzed med di-butyl-tin-di-lauraten, (DBTDL) och kurerade 30 noterar på 60 C; och (B) red ut akryl-polyurethane (AU) beläggningar. De red ut AUbeläggningarna består av styrene-akrylen polymern crosslinked med polymeric diisocyanate för 1 6 hexamethylene och att innehålla två typer av TiO2 partiklar, Degussa P25 (den genomsnittliga partikeln storleksanpassar ~ 20 nm; obetäckt och kickphotoactivity) och R9 (den genomsnittliga partikeln storleksanpassar ~ 250 nm; täckt med Al2O3 (6%).

Resultat och Diskussion

Ettsektions- beskådar av automatiska täcka (figurera 1.), shows för en typisk reklamfilm den komplexa mång--funktionella naturen av dessa täcka system. Tack vare fodrar faktumet, att clearcoaten är första, av försvar mot miljö- påverkan, överenskommelse ytbehandlar, near-ytbehandlar kemiskt, och utveckling för den mekaniska egenskapen som en fungera av sammansättning, bottid och miljö- exponering är grunden till att förbättra deras kapacitet. Dessutom refinish den ökande begäran för låga VOC-system i automatiskt bransch förlägger mer stor begärningar för att nå fram till fastar bot på den omgivande temperaturen för att förminska investeringen i uttorkningutrustning, och tiden av reparerar.

Figurera 1. Arg-Sektions- beskåda av typisk automatiskt täcka.

Det Knackande Lätt På Funktionsläget Avbildar

Upplösningen av det knackande lätt på funktionsläget avbildar producerat av den termiska sonden för sonden nano-TA är jämförbar till non-termiska AFM-sonder för stamgästen. Känsligheten av den termiska tekniken för sonden nano-TA utforskades genom att använda akryl-uretan beläggningar. Beläggningar, som var några gammala veckor, testades av den termiska sonden nano-TA för att mäta beläggningens svar till en termisk bildläsning och för att bestämma det inryckningsmorfologin och djupet.

Figurera 2. Inryckningen som produceras av den termiska sonden, efter mätningen av uppmjukning har pekat av en akrylclearcoat, filmar.

Termiskt Testa för sond nano-TA

En topview (Fig 2.) av akrylen som täcker efter termisk sond som nano-TA djupt testar shows bildandet av en resterande inryckning ~350 nm. Det mätte inryckningsdjupet ger ett anseende av provtagningdjupet genom att använda den termiska sonden nano-TA och kan serven, som en bas för jämförelse av uppmjukning pekar (Tg) från de samma beläggningarna med i stora partier filmar mätningar vid MDSC.

Beroendet av temperaturen för den glass övergången på uppvärmning och att kyla klassar är välkänt, och visat för att vara ett kinetic verkställa som är ett temperaturberoende av strukturell avkoppling klassar tack vare. Påverkan för Detta temperaturberoende också forma av värmakapaciteten (Cp) nära Tgen. I synnerhet visade experimentella mätningar att Tg som linjärt beror med logaritmen av uppvärmningen klassar. För att testa kapaciteten av den termiska sonden nano-TA att mäta en uppvärmning klassa beroende av uppmjukningtemperaturen genom att använda termiska sonder, experiment förades på akrylclearcoat filmar (figurera 3A). Bildläsningen tre klassar testat, (6, 10 och 120 C/min) vid termisk show för sond nano-TA klart klassar en förhöjning i uppmjukningtemperatur med ökande upphettat, och ett linjärt logaritmiskt klassar beroende (RSquare = 0,999) som är liknande till det som visas av mätningen för i stora partier DSC (figurera 3B).

Figurera 3. Beroende av (akrylen) filmar uppmjukning pekar på spetsuppvärmning klassar (A). I synnerhet och att mjukna peka starttemperaturshows som ett linjärt beroende på logaritmen av spetsuppvärmningen klassar (B).

Avvänjningen Klassar

Vi undersökte därefter bruk av nano-TA som den termiska sonden för att mäta bot klassar från uppmjukningtemperatur. En beläggnings uppmjukning pekar är en goda mäter av crosslinktäthet. Bildandet av tredimensionellt knyter kontakt tack vare kemiska reaktioner accepteras brett som hjälpmedel av att förbättra en beläggnings rekvisita. Det har visats på en variation av clearcoatsystem (waterborne clearcoat 1K och 2K vätska-uthärdad clearcoat, och 1K och 2K) som kureras på olika tider, på olika temperaturer, visade all en förhöjning i Tg, med ökande crosslinktäthet. I tillägg beror den mekaniska rekvisitan av beläggningar också på graden av crosslinks, som uttryckt av omvändningförhållandet mellan molekylärt väga mellan crosslinks (Mx) och den tänjbara lagringsmodulusen (E).

För att testa det nytto- av nano-TA som den termiska sonden för att mäta bot klassar och att mjukna, pekar av reklamfilmakrylbeläggningar som kureras för 30, noterar på 60 C, testades från 2 timmar till 72 timmar, efter minuten 30. bot på 60 C. Figurera 4 visar en gradvis förhöjning i mätt mjukna temperatur med tid. En täppa av bottid som mjuknar kontra temperatur, visar ett linjärt förhållande över de mätte bottiderna.

De nästa kliver var att använda den termiska sonden nano-TA för att följa förhöjningen i uppmjukningtemperatur (och crosslinktäthet) som en fungera av tid, 24 och 48 timmar, for valda akrylbeläggningar, efter deras minimala 30 har bakat på 60 C (bordlägga 1). att Slå Samman av de mätte standardavvikelserna av uppmjukning pekar, gjort i triplicate, från åtta täcka system förutsatt att en goda mäter av den termiska sonden nano-TA testar reproducibility. Den beräknade standardavvikelsen för dessa som täcker, är 0,26 C (Bordlägga 1A).

Figurera 4. Verkställa av avvänjningtid på den omgivande temperaturen av akrylclearcoat på uppmjukningtemperatur (A). Uppmjukningtemperaturen visar ett linjärt förhållande över de mätte bottiderna (B).

Bordlägga 1. Förhöjning i uppmjukningtemperaturer som en fungera av för 24 och 48timmar för tid, för valda akrylbeläggningar (A). Bomma för täppa (B)

Foto-Degraderade Akryl-Polyurethane (AU) Beläggningar

Dessa beläggningar var utsatta, 20 veckor och 41 veckor till UV-A och UV-B. De består av styrene-akrylen polymern crosslinked med diisocyanate för 1 6 hexamethylene och innehåller två typer av TiO2 partiklar, Degussa P25 (storleksanpassar den genomsnittliga partikeln? 20 nm; obetäckt och högt photoactive) och R9 (den genomsnittliga partikeln storleksanpassar ~ 250 nm; täckt med Al2O3 (6%). Figurera 5 resumerar och jämför uppmjukningtemperaturer som mätas av LTA (figurera 5A), i jämförelse med Tg från MDSC, (figurera 5B).

Figurera 5. Jämförelsen av uppmjukningtemperaturer som mättes för UV-utsatt (0, 20 och 41 wk) klart, och TiO2 fyllde (P25 och R9) akryluretanbeläggningar genom att använda nano termisk analys (A) och MDSC (B). Ytbehandla morfologi analyserades också, genom att avläsa elektronmicroscopy.

Dessa data visar klart ytbehandlakänsligheten av den termiska sonden nano-TA, som jämfört till i stora partierTg-mätningen genom att använda MDSC. Ett betydligt förkroppsligar av kunskap har ackumulerat på ytbehandlakänsligheten av photodegradation bearbetar [12]. Det förvånar därför inte den termiska sond nano-TA ger ett känsligt mäter av photooxidative verkställer av UV exponering för klara och TiO2--filledbeläggningar och visar en förhöjning i uppmjukningtemperaturen (dvs. crosslinktäthet) med ökande UV exponeringstider. I jämförelse filmar MDSC-karakteriseringen av det bulk tunt är inte kapabel av att göra åtskillnad mellan ytbehandlar verkställer från i stora partier och kan inte avkänna den kemiska ytbehandla och strukturell degradering som lidas av beläggningar som visade av scanningelektronmicrographsna från 41 utsatta beläggningar för vecka (figurera 5C.).

Avslutningar

Nano-Termisk analys i kombination med AFM bevisar att vara en värdesak bearbetar för studien av polymeric beläggningar och ytbehandlar mycket i allmänhet, sedan den låter inte endast att avbilda men riktar också ID, och karakteriseringen av de olika områdena på ta prov ytbehandlar på ett fjäll 100nm. Datan visar klart att den termiska sonden nano-TA är känsligare att ytbehandla verkställer, än MDSC, som är en mäta av den i genomsnitt uppgå till ta prov, eller den bulk egenskapen och hence inte kan avkänna den kemiska ytbehandla och strukturell degradering som lidas av beläggningar

Tack till personer

Författare uttrycker hans tacksamhet till Drs. Aaron Forster och Stephanie Watson (NIST) för värdesakdiskussioner och tillförsel av ridit ut, akryl-polyurethane beläggningar. Han också tackDr. Deepanjan Bhattacharya och Herr Gå i flisor Williams för tillförsel av akrylclearcoats.

Källa: Anasys Instrumenterar

För mer information på denna källa behaga besök Anasys Instrumenterar

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

Last Update: 13. June 2013 18:32

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit