Coil coatings are durable  organic coatings used to protect metal sheets from corrosion and improve their aesthetic properties. Because of their extensive use, coil coatings have long been of interest for industrial and academic researchers. This interest has recently been furthered by a societal push towards the replacement of fossil-based raw materials with alternatives that are biobased and renewable.

The aim of this licentiate thesis is to demonstrate how analyses on the macro-, micro-, and nanoscale can be used to better understand the degradation process of polyester-based coil coatings. The included manuscripts showcase methods for evaluating and comparing different coil coating formulations and for verifying accelerated weathering techniques.

Multiple techniques, focusing on infrared (IR) spectroscopy and atomic force microscopy (AFM), were used to analyze coating systems before and after different types of weathering. IR data acquired from techniques without spatial resolution, such as attenuated total reflection (ATR) and photoacoustic spectroscopy (PAS) have been expanded upon with spatially resolved focal plane array (FPA) and s-SNOM  (scattering-type scanning near-field optical microscopy) measurements. Spatially resolved chemical data of coating cross sections were acquired and used to assess how the degradation at the surface and in the bulk was related. Additionally, differences between the degradation behavior of a standard fossil-based coating and a similar coating with biobased components as well as differences between the degradation caused by artificial and natural weathering was discussed.

Nanoscale mechanical measurements of simplified coating surfaces showed that weathering increased nanomechanical stiffness and led to homogenization of mechanical properties on the local level. In addition, measurements with nanoscale FTIR correlated with macroscale FTIR. Even relatively minor changes in band intensities could be tracked on a local scale. Although the simplified samples were chemically homogeneous, nanoscale FTIR shows great promise for the assessment of local degradation of full systems.

Bandlackering är en process för att applicera stabila organiska beläggningar på metallytor för att skydda från korrosion och förbättra deras utseende. På grund av beläggningarnas omfattande användning så har utvärdering och analys av dem varit av intresse för både akademi och industri i flera årtionden. Detta långvariga intresse har ytterligare främjats av en ökade miljömedvetenhet och ett tryck att ersätta miljöfarliga och fossila råmaterial mot biobaserade och förnyelsebara alternativ.

Målet med denna licentiatavhandling är att visa hur analysmetoder på makro-, mikro-, och nanonivå kan användas för att bättre förstå nedbrytning av bandlackerade beläggningar. Denna förståelse kan användas både för att utvärdera prestandan hos både nya redan befintliga system, men också för att kunna verifiera accelererade testmetoder vars mål är att minska tiden som krävs för utvärdering.

Flera tekniker, med fokus på infraröd (IR) spektroskopi och atomkrafts-mikroskopi  (AFM) använts för att analysera beläggningar före och efter att de blivit utsatta för olika typer av aggressiva miljöer. Spektroskopiska data utan spatial upplösning som attenuerad totalreflektions FTIR (ATR) och fotoakustisk spektroskopi (PAS) har kompletterats med spatialt upplösta fokalplans array (FPA) och s-SNOM mätningar. Kemisk information med spatial upplösning har använts för att utvärdera hur nedbrytningen nära ytan relaterade till nedbrytningen längre ner i beläggningen. Likheter och skillnader i nedbrytningen som skedde i en standardbeläggning och ett system med biobaserade additiv jämfördes efter både väderbestendighets-testning som skedde utomhus och i labb. Skillnader mellan dessa exponeringsmetoder diskuterades också.

Nanomekanisk analys med hjälp av atomkraftsmikroskopi användes för att bestämma lokala förändringar av mekaniska egenskaper i förenklade klarlacker. Mätningarna visade att exponeringar i aggressiva miljöer leder till en lokal homogenisering av mekaniska egenskaper och ökad styvhet. Utöver detta så utvärderades likheter och skillnader mellan FTIR spektra som tagits på makro- och nanonivå. Dessa mätningar gav lovande resultat för fortsatta ytanalyser.

Coil coating is a process where durable organic coatings are applied onto metalsubstrates to prevent corrosion and to add texture or color. Recent rapiddevelopments in coating formulations, often motivated by improvedsustainability, have led to changes in established formulations. A less exploredaspect of these developments is the importance of testing and evaluationmethods. Especially methods to assess and predict long term stability. Thisthesis presents how well established and newly developed techniques can beused together to better understand and quantify degradation processes inorganic coatings. In addition, test results are also used to understand differencesbetween natural and artificial weathering methods. The focus lies on chemicalanalysis methods with spatial resolution on the micro-, and nanoscale.

Spatially resolved infrared spectroscopy shows that additions of renewablediluents or pigments significantly impact degradation, both at the surface andwithin the depth profile. The pigmentation type greatly affects the chemicaldegradation and how deep into the coating the degradation reaches. In addition,the kinetics of water transport are correlated with degradation in the coatingcross-section. Local assessments on the nanoscale using SEM- and AFM-basedtechniques reveal that TiO₂ pigments causes local erosion across the surface andvoids inside the coatings. Nanoscale mechanical testing show that weatheringcaused homogenization and an increase in stiffness on the sub-micron scale innon-pigmented coatings. However, no major variation in chemical degradationacross small surface areas is observed.

Bandlackering är en process där stabila organiska beläggningar appliceras på metallsubstrat för att förhindra korrosion samt ge textur och färg åt ytan. Snabba framsteg inom beläggningsformuleringar, ofta drivna av förbättrad hållbarhet, har lett till förändringar i etablerade formuleringar. En mindre utforskad aspekt av dessa framsteg är vikten av test- och utvärderingsmetoder, särskilt metoder för att bedöma och förutsäga långsiktig stabilitet. Denna avhandling visar hur väletablerade och nyutvecklade tekniker används tillsammans för att bättre förstå och kvantifiera nedbrytningsprocesser i organiska beläggningar. Dessutom används testresultat för att förstå skillnader mellan naturlig och artificiell väderpåverkan. Fokus ligger på kemiska analysmetoder med spatial upplösning på mikro- och nanonivå.Spatialt upplöst infraröd spektroskopi visar att tillsatser av förnybara additiv eller pigment visats ha en betydande inverkan på nedbrytning både i ytan och djupt inne i systemen. Vilken typ av pigment som finns i en beläggning kan avsevärt förändra hur mycket kemisk nedbrytning som uppstår, samt hur djupt in i beläggningen nedbrytningen når. Dessutom har en korrelation mellan vattentransport och djupgående nedbrytning observerats. Lokala mätningar med upplösning på nanonivå med SEM- och AFM-baserade tekniker visade att TiO2 orsakar lokal erosion över ytan och mikrometerstora håligheter inuti beläggningarna. Mekaniska tester på nanoskalan visade att även om exponering i natur-liknande förhållanden orsakade homogenisering och en ökning av styvheten hos beläggning över små områden. Trots detta förekom ingen större variation i kemisk nedbrytning på denna storleksskala.