原子力显微镜(AFM)成为涂料科研工作者强有力工具

新型水泥基防水粉是一种新型水泥基聚合物复合材料。选用优质的水泥和石膏,加入经活化处理改性的有机高分子聚合物,配用一定量的颜料、填料、混合物以及助剂,经过深加工即可制得系列色彩水泥基防水粉。原子力显微镜(AFM)的迅速发展为涂料科研人员提供高分辨率的方法来测试涂层的表面形貌,并得到三维的涂层结构图。

AFM在涂层中的应用最先集中于乳胶漆聚结程度的研究,例如涂履于平坦底材上的苯丙乳胶漆的分析。

使用AFM对乳胶漆进行研究：

采用了粒度为40~60nm的丙烯酸/聚氨酯混合乳胶漆作为研究对象,作了如下的对比实验:涂料A含有的丙烯酸单体的玻璃化温度(Tg)较低,而涂料B含有的丙烯酸单体的Tg较高。两种涂料干燥后,分别进行AFM测试。从AFM图中可明显观察出,涂料A形成的涂层比较光滑,表明粒度为40~60nm的乳胶颗粒已充分聚结;相比之下,涂料B形成的涂层比较粗糙,未聚结的乳胶颗粒从漆膜表面凸出。对于以上的实验结果同样可以作定量分析,只要计算出凸出漆膜表面至少5nm的乳胶颗粒密度即可。通过这种实验方法,可以非常直观地定量分析乳胶漆的聚结程度,进而同涂料的其他性能(如耐水性、光泽、硬度等)建立相应关联。

由于AFM具有分辨率高,样品无需特殊制备,实验可在大气环境中进行而无需真空和无尘环境等优点,因而进一步开发这种方法在涂料领域的应用具有相当大的潜力。

利用AFM测量中对力的极端敏感性,还可以测量样品表面纳米级的力学性质。现在已经可以用摩擦(侧向)力显微镜、相对比型AFM对样品的弹性、塑性、硬度及悬臂针尖与样品之间的范德华吸引力、附着力和摩擦力进行研究。

AFM的一个新应用正在研究中,是对多组分水溶性涂料的表面不同区域进行鉴别。目的是研究多组分涂料在不同外界条件下的成膜机理,从而建立一些基础性的数据,使涂料的配方更趋于合理化。这方面的工作具有较大的商业利益,有广阔的应用前景。

AFM也可以与其他分析仪器联合使用,如用AFM与小角度中子散射(SANS)共同研究乳胶漆涂层中乳胶颗粒的排列顺序、聚合物对颜料的润湿情况,以及涂层的光泽、附着力和内聚力等性能。相信AFM的新方法和新工作模式的快速发展必将会给涂料科研工作者提供一种非常有力的工具。

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