Acrylic polyurethane coatings durability under outdoor weathering in an industrial area

Białomazur, Magdalena; Jasińska, Izabella; Kowalczyk, Krzysztof; Musik, Marlena; Pasierbiewicz, Kamil; Wróbel, Rafał J.

doi:10.14314/polimery.2021.10.1

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Acrylic polyurethane coatings durability under outdoor weathering in an industrial area

Autorzy

Białomazur Magdalena , Jasińska Izabella , Kowalczyk Krzysztof , Musik Marlena , Pasierbiewicz Kamil , Wróbel Rafał J.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

DOI

10.14314/polimery.2021.10.1

Warianty tytułu

Trwałość akrylowych powłok poliuretanowych w warunkach atmosferycznych na zewnątrz w obszarze przemysłowym

Języki publikacji

Abstrakty

In this work, weathering performance and durability of a commercial automotive acrylic polyurethane topcoat samples exposed at a natural testing station in an industrial atmosphere (Police, Poland) were studied. After a 16-month outdoor aging process, surface morphology and general appearance of the clearcoat were investigated by means of optical and scanning electron microscopes, an optical profilometer and by a glossmeter. For further investigation of the samples surfaces chemistry X-ray photo-electron spectroscopy (XPS) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) were utilized. Test results showed that the outdoor exposure changed the appearance of the acrylic polyurethane topcoat surface because protuberant spots of various sizes were observed. Quantitative profilometric analysis indicated an apparent increase of surfaces roughness, however, no signs of chemical degradation of the studied topcoat were revealed by XPS and FTIR analyses. Finally, it was apparent that the surface protuberances observed after the ageing test resulted by atmospheric deposits consisting mainly of oxygen, calcium, phosphorus, iron, and silicon compounds and elemental carbon. Additionally, it was revealed that a detailed cleaning process of the clearcoat surfaces may remove the detected contaminants.

W niniejszej pracy zbadano trwałość próbek komercyjnej akrylowo-poliuretanowej nawierzchniowej powłoki samochodowej w trakcie ich ekspozycji w atmosferze przemysłowej zakładów chemicznych (Police, Polska). Morfologię powierzchni i ogólny wygląd powłok lakierowych (po 16 miesiącach testu) zbadano za pomocą mikroskopu optycznego i skaningowego mikroskopu elektronowego, profilometru optycznego oraz połyskomierza. Do badań składu i struktury chemicznej powierzchni wymalowań wykorzystano rentgenowską spektroskopię fotoelektronów (XPS) oraz spektroskopię w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR). Ekspozycja w atmosferze przemysłowej zmieniła wygląd powierzchni powłok gdyż zaobserwowano wypukłe plamy o różnej wielkości. Dodatkowo, ilościowa analiza profilometryczna wykazała wyraźny wzrost chropowatości powierzchni, chociaż wyniki badań metodami XPS i FTIR nie wykazały żadnych oznak chemicznej degradacji testowanych próbek. Ostatecznie okazało się, że wypukłości obserwowane na powierzchniach starzonych powłok były osadami atmosferycznymi składającymi się głównie ze związków tlenu, wapnia, fosforu, żelaza, krzemu oraz węgla. Dodatkowo wykazano, że dokładne umycie powierzchni powłok powoduje usunięcie wspomnianych zanieczyszczeń.

Słowa kluczowe

automotive coating acrylic polyurethane coating industrial area outdoor weathering FTIR XPS

powłoka samochodowa akrylowa powłoka poliuretanowa obszar przemysłowy test starzenia na zewnątrz FTIR XPS

Wydawca

Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej

Czasopismo

Polimery

Rocznik

2021

Tom

T. 66, nr 10

Strony

503--517

Opis fizyczny

Bibliogr. 64 poz., rys. kolor.

Twórcy

autor

Białomazur Magdalena

bialomazur@grupaazoty.com

Grupa Azoty Zakłady Chemiczne „Police” S.A., ul. Kuźnicka 1, 72-010 Police, Poland
West Pomeranian University of Technology in Szczecin, Faculty of Chemical Technology and Engineering, Al. Piastów 42, 71-065 Szczecin, Poland

https://orcid.org/0000-0002-1093-2624

autor

Jasińska Izabella

Grupa Azoty Zakłady Chemiczne „Police” S.A., ul. Kuźnicka 1, 72-010 Police, Poland

autor

Kowalczyk Krzysztof

West Pomeranian University of Technology in Szczecin, Faculty of Chemical Technology and Engineering, Al. Piastów 42, 71-065 Szczecin, Poland

https://orcid.org/0000-0003-0435-612x

autor

Musik Marlena

West Pomeranian University of Technology in Szczecin, Faculty of Chemical Technology and Engineering, Al. Piastów 42, 71-065 Szczecin, Poland

https://orcid.org/0000-0001-5521-2893

autor

Pasierbiewicz Kamil

Centrum Badawczo – Rozwojowe Partnerstwa Wschodniego Sp. z o. o., ul. Projektowa 4, 20-209 Lublin, Poland

https://orcid.org/0000-0003-4364-7363

autor

Wróbel Rafał J.

West Pomeranian University of Technology in Szczecin, Faculty of Chemical Technology and Engineering, Al. Piastów 42, 71-065 Szczecin, Poland

https://orcid.org/0000-0003-2593-0813

Bibliografia

1. Florjanczyk Z., Penczek S.: „Chemia polimerów, tom II, Podstawowe polimery syntetyczne i ich zastosowania”, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1997, str. 75.
2. Tator K.B.: “ASM Handbook, Volume 5B: Protective Organic Coatings”, ASM International, Ohio, United States 2015, str. 462.
3. Streitberger H.J., Dössel K.F.: “Automotive Paints and Coatings”, Willey-VCH Verlag Gmbh & Co. KGaA Wienheim, 2008, str. 175.
4. Akafuah N.K., Poozesh S., Salaimeh A. et al.: Coatings 2016, 6, 24.
5. Jones F.N., Nichols M.E., Pappas S.P.: “Organic Coatings: Science and Technology”, Fourth Edition, John Wiley & Sons, Inc. 2017, str. 419.
6. Głuszko M.: Ochrona przed korozją 2008, 4-5, 212.
7. Kotnarowska D., Sirak M.: Ochrona przed korozją 2017, 60(9), 300.
8. Schulz U., Trubiroha P., Schernau U. et al.: Progress in Organic Coatings 2000, 40, 151.
9. Wolff G.T., Rodgers W.R., Collins D.C. et al.: Journal of the Air & Waste Management Association 1990, 40, 1638.
10. Rezaei M., Yari H., Amrollahi S. et al.: Progress in Organic Coatings 2019, 136, 105193.
11. Ramezanzadeh B., Mohseni M., Yari H.: Journal of Coatings Technology Research 2011, 8(3), 375.
12. Ramezanzadeh B., Mohseni M., Yari H. et al.: Progress in Organic Coatings 2009, 66, 149.
13. Ramezanzadeh B., Mohseni M., Yari H.: Journal of Polymers and the Environment 2010, 18, 545.
14. Stevani C.V., De Faria D.L.A., Porto J.S. et al.: Polymer Degradation and Stability 2000, 68, 61.
15. Deflorian F., Rossi S., Fedrizzi L. et al.: Progress in Organic Coatings 2007, 59, 244.
16. Gauda K.: Postępy Nauki i Techniki 2012, 15, 170.
17. Almeida E., Alves I.N.: Progress in Organic Coatings 2003, 46(1) 8.
18. Merlatti C., Perrin F.X., Aragon E. et al.: Polymer Degradation and Stability 2008, 93, 896.
19. Wernstȧhl K. M.: Polymer Degradation and Stability 1996, 54, 57.
20. Van der Pal K. J., Sauzier G., Maric M. et al.: Talanta 2016, 148, 715.
21. Kotnarowska D.: Przemysł Chemiczny 2019, 98, 1335.
22. Białomazur M., Jasińska I., Krowicka, M. et al.: Przemysł Chemiczny 2020, 99, 892.
23. Kottek M., Grieser J., Beck C. et al.: Meteorologische Zeitschrift 2006, 15/3, 259.
24. Gauda K., Pasierbiewicz K.: Informatyka Automatyka Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska 2019, 4, 22.
25. Nguyen T.V., Le X.H., Dao P.H. et al.: Progress in Organic Coatings 2018, 124, 137.
26. Mishra A.K., Chattopadhyay D.K., Sreedhar B. et al.: Progress in Organic Coatings 2006, 55, 231.
27. Halim F.S.A., Chandren S., Nur H.: Progress in Organic Coatings 2020, 147, 105782.
28. Al-Turaif H.A.: Progress in Organic Coatings 2013, 76, 677.
29. Che K., Lyu P., Wan F. et al.: Materials 2019, 12, 3636.
30. Gómez-Magallón J.L., Menchaca-Rivera J.A., Pineda-Piñóna J. et al.: Progress in Organic Coatings 2020, 147, 105735.
31. Moulder J.F., Stickle W.F., Sobol P.E., Bomben K.D.: “Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy”, Perkin-Elmer Corporation, City of Eden Prairie USA, 1992, str. 9.
32. Horgnies M., Darque-Ceretti E., Combarieu R.: Progress in Organic Coatings 2003. 47, 154.
33. Kotnarowska D.: Progress in Organic Coatings 2010, 67, 324.
34. Tougaard, S. M.: “ X-ray Photoelectron Spectroscopy-Elsevier Reference Module in Chemistry”, Molecular Sciences and Chemical Engineering. In J. Reedijk (Ed.), Elsevier Reference Module in Chemistry, Molecular Sciences and Chemical Engineering Elsevier, 2013, str. 7.
35. Solís-Gómez A., Neira-Velázquez M.G., Morales J. et al.: Colloids and Surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects 2014, 451, 66.
36. Ilango N.K., Gujar P., Nagesh A.K. et al.: Cement and Concrete Composites 2021, 115, 103856. Google Scholar
37. Briggs D., Seah M.P.: “Practical Surface analysis”, Chichester : Wiley, New York, 1992, str. 635.
38. Dı´az J., Paolicelli G., Ferrer S. et al.: Physical review. B, Condensed matter 1996, 54, 8064
39. Atzei D., Fantauzzi M., Rossi A. et al.: Applied Surface Science 2014, 307, 120. DOI:10.1016/j.apsusc.2014.03.178
40. González L.T., Longoria-Rodríguez F.E., Sánchez-Domínguez M. et al.: Journal of Environmental Sciences 2018, 74, 32.
41. Liu Y., Liu G., Yousaf B. et al.: Ecotoxicology and Environmental Safety 2020, 202, 110888
42. Song J., Peng P.: Aerosol Science and Technology 2009, 43, 1230.
43. Kelemen S.R., Afeworki M., Gorbaty M.L. et al.: Energy Fuels 2002, 16, 1507.
44. Zhang Y., Maxted J., Barber A. et al.: Polymer Degradation and Stability 2013, 98, 527.
45. Zhang Y.: “Thesis: a spectroscopic study of the degradation of polyurethane coil coatings”. London, UK: Queen Mary, University of London, 2012, str. 24.
46. Maric M.: “Chemical Characterisation and Classification of Forensic Trace Evidence”, PHD thesis, Curtin University, 2014, str. 14.
47. Perrin F.X., Irigoyen M., Aragon E. et al.: Polymer Degradation and Stability 2000, 70, 469.
48. Gao T., He Z., Hihara L.H. et al.: Progress in Organic Coatings 2019, 130, 44.
49. Thomas J., Singh V., Jain R.: Progress in Organic Coatings 2020, 145, 105677.
50. Kha K.: “Appearance and spectroscopic characterization of automotive coatings for forensic purposes - a Thesis”, the Faculty of California Polytechnic State University, 2017, str. 37.
51. Nguyen T.V., Nguyen Tri P., Nguyen T.D. et al.: Polymer Degradation and Stability 2016, 128, 65.
52. Kumano N., Mori K., Kato M. et al.: Progress in Organic Coatings 2019, 135, 574.
53. Di Crescenzo M.M., Zendri E., Sánchez-Pons M. et al.: Polymer Degradation and Stability 2014, 107, 285.
54. Gomes de Oliveira A.G., Wiercigroch E., De Andrade Gomes J. et al.: The Royal Society of Chemistry 2018, 10, 1203.
55. Zięba-Palus J., Trzcińnska B.M.: Journal of Forensic Sciences 2013, 58(5), 1359.
56. Gerlock J.L., Smith C.A., Cooper V.A. et al.: Polymer Degradation and Stability 1998, 62, 225.
57. Palacio S., Aitkenhead M., Escudero A. et al.: PLOS ONE 2014, 9(9), 107285.
58. Varrica D., Tamburo E., Vultaggio M. et al.: International Journal of Environmental Research and Public Health 2019, 16, 2507.
59. Roonas P., Holmgren A.: Journal of Colloid and Interface Science 2009, 333, 27.
60. Lumetta G.J., Braley J.C., Peterson J.M. et al.: Environmental Science & Technology 2012, 46, 6190.
61. Allen D.T.; Palen, E.J.; Haimov, M.I. et al.: Aerosol Science and Technology 1994, 21, 325.
62. Madejová J., Komadel P.: Clays and Clay Minerals 2001, 49, 410.
63. Ragosta G., Abbate M., Musto P.: Polymer 2005, 46, 10506.
64. International Standard Guide for Forensic Paint Analysis and Comparison, ASTM E1610-02 (2008), ASTM, West Conshohocken, PA, 2005.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021)

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-af2f4c45-e4d6-4b79-8787-d818da950318