对使用纳诺 TA 热量探测的汽车涂层的 Nanoscale 热分析从 Anasys 仪器

包括的事宜

背景
纳诺热分析
实验设置
结果和论述
开发的模式图象
纳诺 TA 热量探测测试
治疗费率
照片降低的丙烯酸酯聚氨酯 (澳大利亚) 涂层
结论
鸣谢

背景

有机聚合物材料是用途广泛作为在各种各样的市场和应用的涂层,主要改进表面属性、外观和性能。 这些应用变得复杂,并且由于涂层的多维分布的本质,他们减少的维数经常生产有的聚合物层不同的属性。 另外,多数聚合物的黏弹性本质导致对性能的明显时间和温度依赖性。

化工被交互相联的涂层演变作为选择材料和通常使用作为汽车 clearcoats 防止受到环境影响和提供临时、 3月和筹码阻力,以及腐蚀和耐溶剂性,当仍然维护高光泽度和外观时。 改进 photostability 的化工附加的添加,加上可变的交互相联的回应,经常在大小上范围从毫微米的产物非均匀性到是易受降低的微米。 基本强制显微镜 (AFM)证明无价的为不仅想象聚合物系统,但是为探通的技巧/范例交往, (在阶段想象) 映射机械 (弹性、坚硬等等) 和化工属性的。

纳诺热分析

Anasys 仪器的纳诺 TA 热量探测添加空间被解决的热分析的一个新和重要的功能到 AFM。 为薄膜是特别有用的,因为它启用转变温度的评定 (熔化或玻璃) 在帮助在阶段的确定和描述特性的这个范例的所选的地点。

纳诺 TA 热量探测是结合基本强制显微学的高空间分辨率想象功能以这个能力获得对材料热量工作情况的了解与一个空间分辨率的子100nm 的一个局部热分析技术。 (在空间分辨率 ~50x 的突破比早先科技目前进步水平改善,与聚合物和配药的域的深刻涵义)。 常规 AFM 技巧被有一台嵌入微型加热器的特殊纳诺 TA 热量探测探测替换和是由特殊地被设计的纳诺 TA 热量探测硬件和软件控制的。 AFM 使表面形象化在 nanoscale 解决方法在其定期想象模式下,允许这个用户选择空间的地点调查表面的热量属性。 这个用户通过适用热局部通过探测技巧和评定这种热机的回应然后得到此信息。

实验设置

实验执行使用 Veeco 维数 3000 AFM 装备 Anasys 仪器 (AI)纳诺 TA 热量探测模块,并且 AI nanoscale 上升暖流探查。 用于此分析的加热速率是 2 个 ¢XC/s。 使用开发的模式 AFM,所有图象被记录了。 存在的纳诺 TA 热量探测数据是探测悬臂式偏折 (与范例表面联系) 被密谋探测技巧温度。 此评定是类似于热机的分析源远流长的技术 (TMA)。 导致变柔和在这个技巧下的材料的活动例如熔化或玻璃转移,导致悬臂的向下偏折。 为了确认测试点利益,图象在执行温度舷梯以后定期地被记录。 用于此研究的纳诺 TA 热量探测探测是用于联系模式更加典型的这个类型,由于共鸣频率是 ~20 kHz 的此,而典型的谐振频率是更多大约 60 kHz。 探测能够达到高度和阶段图象以充分地高空间分辨率解决聚合物层状结构。 高度图象经常显示材料土墩出现与凹进相关。 此定金很可能是在这个技巧附近收集并且变硬在执行一个局部热分析以后的聚合物材料。

被学习了, (a) 商业丙烯酸酯的多羟基化合物交互相联与二异氰酸盐树脂,摧化与二丁基锡二月桂酸酯和被治疗的涂层的 (DBTDL)二种类型在 60 C 的 30 分钟; 并且 (b) 风化了丙烯酸酯聚氨酯 (澳大利亚) 涂层。 被风化的澳大利亚涂层包括苯乙烯丙烯酸酯的聚合物交互相联与聚合物 1, 6 hexamethylene 二异氰酸盐和包含 TiO2 微粒, Degussa P25 (平均颗粒大小 ~ 20 毫微米的二种类型; 未上漆和高 photoactivity) 和 R9 (平均颗粒大小 ~ 250 毫微米; 涂用 Al2O3 (6%)。

结果和论述

典型的商业汽车涂层 (图 1.) 的一张横截视图显示这些涂层系统的复杂,多功能本质。 由于这样的事实作为构成功能, clearcoat 是第一个防御范围对环境影响、了解的表面、接近表面的化学制品和机械性能发展的,治愈时间和环境风险对改进他们的性能是根本的。 此外,对低 VOC 系统的增长的需要在汽车重漆对获得快速治疗的行业安排极大的要求在周围温度为了减少在干燥设备的投资和维修服务的时期。

图 1. 横截视图典型的汽车涂层。

开发的模式图象

纳诺 TA 热量探测探测导致的开发的模式图象的解决方法与正常非热能的 AFM 探测是可比较的。 使用丙烯酸酯氨基甲酸脂涂层,纳诺 TA 热量探测技术的区分调查。 是年纪的几周的涂层由纳诺 TA 热量探测测试为了评定对热量扫描的涂层的回应和确定凹进形态学和深度。

图 2. 凹进由热量探测生产了在一部丙烯酸酯的 clearcoat 影片的软化点的评定以后。

纳诺 TA 热量探测测试

topview (图 2.) 丙烯酸酯的涂层,在纳诺 TA 热量探测测试显示残余的凹进 ~350 毫微米的形成深深后。 被评定的凹进深度提供抽样深度的估计使用纳诺 TA 热量探测,并且可能根据比较软化点服务 (Tg) 从与批量影片评定的同样涂层由 MDSC。

玻璃转化温度的依赖性对热化和冷却速度是著名和显示是归结于结构上的放松费率温度依赖性的一个运动作用。 此温度依赖性在 Tg 附近也影响热容量的 (Cp)形状。 特别是,实验评定显示 Tg 线性地取决于与加热速率的对数。 为了测试纳诺 TA 热量探测的能力评定软化温度加热速率依赖性使用上升暖流探测,试验在丙烯酸酯的 clearcoat 影片 (图 3A) 做。 三种扫瞄速率由纳诺 TA 热量清楚探测显示测试了, (6 个, 10 个和 120 个 C/min) 在软化温度的一个增量与增加的激昂的费率和线性对数费率依赖性 (RSquare = 0.999),类似于批量项目货签 DSC 评定显示的那 (图 3B)。

图 3. (丙烯酸酯) 影片软化点依赖性对技巧加热速率 (a)。 特别是,软化点起始温度显示对技巧加热速率 (b) 的对数的线性依赖性。

治疗费率

我们其次测试对纳诺 TA 评定的治疗费率热量探测的使用从软化温度。 涂层的软化点是交键密度一个好评定。 三维网络的形成由于化学反应广泛被接受作为改进涂层的属性的方法。 在各种各样的 clearcoat 系统显示了 (1K 和 2K 溶剂出生的 clearcoat 和 1K 和 2K 水运 clearcoat) 随着交键密度的增加,被治疗在不同的时刻,在不同的温度,所有显示了在 Tg 的一个增量。 另外,涂层机械性能也取决于交键的区域如表示由分子量之间的倒数关系在交键 (Mx) 和拉伸存贮模数 (E) 之间。

在 60 C. Figure 4 的 30 Min. 治疗显示在被评定的软化温度的一个逐渐增量与时间后,为了为评定的治疗费率测试纳诺 TA 热量探测的实用程序,在 30 分钟治疗的软化点商业丙烯酸酯的涂层在 60 C,被测试从 2 hrs 到 72 hrs。 治愈时间剧情与软化温度显示一个线性关系在被评定的治愈时间期间。

下一个步骤将使用纳诺 TA 热量探测按照在软化温度的增量 (和交互相联密度) 作为时间、 24 和 48 hrs,为了精选的丙烯酸酯的涂层功能,在他们的 30 分钟烘烤在 60 C 后 (表 1)。 合并软化点的被评定的标准偏差,做在一式三份,由八个涂层系统提供了纳诺 TA 热量探测测试增殖率的一个好评定。 这些的被计算的标准偏差涂层是 0.26 C (表 1A)。

图 4. 治愈时间作用在周围温度的丙烯酸酯的 clearcoat 对软化温度 (a)。 这个软化温度显示一个线性关系在治愈时间被评定的 (b) 期间。

在软化温度的表 1. 增量作为时间, 24 和 48 hrs 功能,精选的丙烯酸酯的涂层的 (a)。 棒剧情 (b)

照片降低的丙烯酸酯聚氨酯 (澳大利亚) 涂层

这些涂层显示了, 20 个星期和 41 个星期在 UV-A 和 UV-B。 他们包括苯乙烯丙烯酸酯的聚合物交互相联与 1, 6 hexamethylene 二异氰酸盐并且包含 TiO2 微粒, Degussa P25 (平均颗粒大小的二种类型? 20 毫微米; 未上漆和高度 photoactive) 和 R9 (平均颗粒大小 ~ 250 毫微米; 涂用 Al2O3 (6%)。 图 5 总结并且比较 LTA 评定的软化温度 (图 5A),与从 MDSC 的 Tg 比较, (图 5B)。

图 5. 为紫外显示的 (0, 20 和 41 星期) 清楚和 TiO2 评定的软化温度比较装载了 (P25 和 R9) 使用纳诺热分析 (a) 和 MDSC (b),丙烯酸酯的氨基甲酸脂涂层。 浏览电子显微镜术也分析表面形态学。

使用 MDSC,这些数据明显地显示纳诺 TA 热量探测表面区分,与批量项目货签 Tg 评定比较。 严重的大量的知识在表面区分累计了光降解进程 [12]。 因此不惊奇纳诺 TA 热量探测为清楚和 TiO2 充满的涂层提供紫外风险的 photooxidative 作用一个敏感评定并且显示在软化温度 (即交键密度) 的一个增量与增加的紫外曝光时间。 比较起来,批量薄膜的 MDSC 描述特性不能够区分从批量项目货签的表面效应,并且不可能检测涂层和结构上的降低遭受的表面化学制品如显示由扫描电子显微照片 41 星期显示的涂层 (图 5C。)。

结论

因为它允许不仅想象,而且不同的域的直接确定和描述特性在 100nm 等级的范例表面与 AFM 的组合纳诺热量分析一般来说,被证明是为聚合物涂层和表面的研究的一个非常重要的工具。 数据明显地显示出,纳诺 TA 热量探测对表面效应比是平均为的是敏感这个范例评定的 MDSC 或厚层性质并且不可能检测涂层和结构上的降低遭受的表面化学制品

鸣谢

这个作者表示他的谢意对 Drs。 重要的讨论和用品的亚伦 Forster 和斯蒂芬妮华森 (NIST) 风化,丙烯酸酯聚氨酯涂层。 他也感谢 Deepanjan Bhattacharya 博士和 Chip 威廉斯先生丙烯酸酯的 clearcoats 用品。

来源: Anasys 仪器

关于此来源的更多信息请参观 Anasys 仪器

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

Last Update: 13. June 2013 17:34

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