Determination of thermosetting coatings' properties by means of thermal analysis

Abstract

Työn kirjallisuusosassa on tarkasteltu termoanalyyttisiä menetelmiä sekä niiden käyttöä ja soveltuvuutta lämpökovettuvien pinnoitteiden ominaisuuksien määrittämisessä. Perinteisten menetelmien kuten differentiaalisen pyyhkäisykalorimetrian (DSC) ja dynaamis-mekaanisen analyysin (DMA) lisäksi on käsitelty myös uudempia menetelmiä. Moduloitu differentiaalinen pyyhkäisykalorimetria (MDSC) on 90-luvulla kehitetty uusi menetelmä, joka soveltuu hyvin lasittumiskäyttäytymisen tutkimiseen ja monikomponenttisten materiaalien karakterisoimiseen. Terminen stimuloitu virran mittaus -menetelmä (TSC) on uusi ja kasvava tekniikka polymeeristen pinnoitteiden lasipisteiden määrittämiseen. Pinnoitettujen metallilevyjen metalli ei vaikuta TSC:n tuloksiin, joten pinnoitteita ei tarvitse poistaa alustastaan. Menetelmä soveltuu erittäin hyvin myös ohuiden kalvojen analysoimiseen. Dielektristä analyysiä (DEA) käytetään pinnoitteiden tutkimuksissa erittäin paljon ja menetelmän merkitys laitteiden kehittymisen myötä näyttää vain lisääntyvän. Viimeaikaiset parannukset uusissa DEA-laitteissa viittaavat siihen, että DEA tulee tarjoamaan vähintäänkin merkittävän edistysaskeleen kalvonmuodostusprosessin seuraamiseen.

Kokeellisessa osassa tutkittiin dynaamis-mekaanisella analyysilla erityyppisiä kaupallisia ja laboratoriossa valmistettuja polyesteripohjaisia leveä nauhapinnoitus -näytteitä (Coil coating). Mittauksia suoritettiin myös differentiaalisella pyyhkäisykalorimetrialla DMA:lla suoritettiin sekä isokroonisia että isotermisiä mittauksia. Kaikissa mittauksissa käytettiin taajuutena 1 Hz:ä. Maalien ja lakkojen kovettumisreaktiot olivat nopeita ja vaikka kuvaajissa esiintyikin epätasaisuutta, mittauksissa saatiin määritettyä geelipisteet, jotka ovat verrannollisia reaktiivisuuksiin. Pinnoitettujen teräslevynäytteiden kuvaajia verrattiin referenssilevyjen kuvaajiin ja lasipisteet määritettiin tan delta-käyrän maksimista. Tässä työssä tutkituista näytetyypeistä irroitettujen kalvonäytteiden toistettavuus oli paras.

Mittauksissa todettiin maalien geeliytymisen olevan nopeampaa suuremmilla kovettajamäärillä. Kovetettujen näytteiden lasipisteillä todettiin yhteys PMT-arvoon (Peak Metal Temperature).

Koska DMA-menetelmässä saadaan selvä piikki lasipistealueella, DMA osoittautui paljon herkemmäksi lasipisteiden määrittämisessä kuin perinteinen DSC, jossa lasipiste joudutaan määrittämään kaltevuuden muutoksesta. Näiden leveä nauhapinnoitus -näytteiden kovettumisreaktioiden tutkimisessa DMA-menetelmän puute oli se, ettei lämpötilaa saatu nostettua nopeasti (15-45 s) tiettyyn kovettumislämpötilaan, jolloin mittaus olisi vastannut todellisia valmistusolosuhteita.