差示掃描量熱法檢測(cè)富鋅涂料中的鋅含量

摘 要：介紹了富鋅涂料的防腐原理及分類。富鋅涂料中含鋅量的多少直接影響涂料的質(zhì)量。差示掃描量熱法的分析原理，用該方法測(cè)定富鋅涂料中鋅粉含量的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：富鋅涂料；差示掃描量熱法；鋅含量

引言

隨著鋼結(jié)構(gòu)材料的大量使用，延緩鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕，增加其使用年限，成為越來(lái)越不容忽視的工作。富鋅涂料是一種含大量鋅的涂料，鋅粉含量在85-95%之間，涂膜僅厚100微米，成本低，性能優(yōu)異。富鋅涂料的主要防腐作用有：屏蔽作用、電化學(xué)防護(hù)、涂膜自修復(fù)和鈍化作用。

富鋅涂料的防腐原理是借助鋅與其它金屬相比具有其獨(dú)特性，鋅有良好的延展性，更重要的是其電化學(xué)的活性，其標(biāo)準(zhǔn)電極電位為（-0.76V），較鐵（-0.44V）活潑。鋅可以熔融并加工凈化成細(xì)顆粒的高純度鋅粉，用于防銹漆中成為重要的防銹顏料。當(dāng)涂膜受到侵蝕時(shí)，鋅粉作為陽(yáng)極先受到腐蝕，基材鋼鐵為陰極受到保護(hù)；同時(shí)鋅作為犧牲陽(yáng)極形成的氧化產(chǎn)物，可以對(duì)涂層起到一定的封閉作用，加強(qiáng)了涂層對(duì)底材的保護(hù)[1]。

富鋅涂料分有機(jī)富鋅涂料和無(wú)機(jī)富鋅涂料。為了確保在富鋅涂料中鋅粉同鋼鐵能夠緊密結(jié)合而起到導(dǎo)電和犧牲陽(yáng)極的作用，對(duì)于富鋅涂料中鋅粉的含量占干膜總質(zhì)量的百分比尤其重要。美國(guó)鋼結(jié)構(gòu)涂裝協(xié)會(huì)（SSPC）SSPC Paint-20中的具體規(guī)定：無(wú)機(jī)富鋅涂料中鋅粉含量在干膜中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于74%，有機(jī)富鋅涂料不低于77%[2]。對(duì)于檢測(cè)涂膜中的鋅粉含量，目前在國(guó)際上有兩種應(yīng)用比較廣泛的方法：化學(xué)分析法ASTMD521-90和差示掃描量熱法ASTMD6580-00（2009）。

DSC分析原理：

功率補(bǔ)償型DSC，要求樣品坩堝和參比坩堝始終保持相同溫度條件下，測(cè)定為滿足此條件樣品和參比兩端所需的能量差，并直接作為信號(hào)ΔQ（熱量差）輸出，這個(gè)溫差是由試樣的放熱或吸熱效應(yīng)產(chǎn)生的。通過(guò)功率補(bǔ)償使試樣和參比物的溫度保持相同，這樣就可以通過(guò)補(bǔ)償?shù)墓β手苯忧蟪鰳悠返臒崃髀剩矗?/p>

（1）

通過(guò)測(cè)定樣品鋅熔融吸收峰相對(duì)應(yīng)的熱量，然后與純鋅熔融熱進(jìn)行比較計(jì)算，及得出樣品鋅的百分含量，即：

Zn%=■×100% （2）

用化學(xué)分析法測(cè)量干膜中的鋅粉含量，涂膜中的高分子物質(zhì)對(duì)其測(cè)量過(guò)程及其結(jié)果有很大的干擾作用；而用差示掃描量熱法測(cè)量涂膜中的鋅粉含量具有快速簡(jiǎn)便，涂膜本身對(duì)其干擾因素少的特點(diǎn)，因此在測(cè)量涂膜中鋅粉含量上得到了廣泛的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器設(shè)備

差示掃描量熱分析儀（DSC822e）瑞士METTLER TOLEDO 40？滋L標(biāo)準(zhǔn)鋁坩堝瑪瑙研缽，磁鐵，十萬(wàn)分之一天平（AX205）瑞士 METTLER TOLEDO，高純氮（99.999%）

1.2 樣品前處理

樣品：鋅板，由客戶提供。用砂紙刮掉樣品表面的漆膜，露出鋅層后，用刀片刮下鋅層，放入瑪瑙研缽中研成粉末，用磁鐵吸掉部分刮下來(lái)的鐵屑，剩余樣品即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.3 升溫程序

溫度范圍為370℃至435℃，升溫速率10℃/min，通入氮?dú)獗Ｗo(hù)。[3]

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 試樣的制備

前處理過(guò)程非常重要，刮下來(lái)的鋅粉不可避免會(huì)混有鐵屑，一定要用磁鐵吸走這些鐵屑，多吸幾次保證鐵屑盡量少或沒(méi)有。

2.2 試樣的稱量

用十萬(wàn)分之一的天平，稱量精度要達(dá)到10？滋g，樣品質(zhì)量在4～6mg，不要因?yàn)橘|(zhì)量差異過(guò)大引入誤差。每片鋅板刮下來(lái)的鋅粉分三等份，測(cè)量結(jié)果取三個(gè)數(shù)的平均值。

2.3 儀器的校準(zhǔn)

用標(biāo)準(zhǔn)鋅（99.999%）進(jìn)行校準(zhǔn)，每片標(biāo)準(zhǔn)鋅只能用一次校準(zhǔn)，重復(fù)使用會(huì)導(dǎo)致校準(zhǔn)錯(cuò)誤，因?yàn)殇\在高溫下會(huì)被氧化，產(chǎn)生的雜質(zhì)會(huì)影響溫度和熔融值。

2.4 測(cè)試結(jié)果

圖1 標(biāo)Zn的DSC譜圖 圖2 富鋅涂料樣品的DSC譜圖

圖中顯示的normalized 的值就是單位質(zhì)量的熔融熱焓值，依據(jù)公式2即可求出所測(cè)試樣的含鋅量，三次測(cè)量結(jié)果的平均值，即為鋅板的含鋅量。

2.5 結(jié)果討論及誤差原因分析

檢測(cè)誤差產(chǎn)生的幾種原因：

（1）樣品取樣量少，并不能代表整塊鋅板的信息，每塊鋅板應(yīng)分三次取樣，結(jié)果是三份的平均值。

（2）樣品前處理不當(dāng)，刮涂膜時(shí)混入底材鐵屑，未處理干凈，產(chǎn)生了大量的空間熱阻，使得測(cè)量結(jié)果偏大。

（3）盛放樣品的鋁坩堝底部不平，與樣品池的熱電偶不能良好地接觸，使其在加熱過(guò)程中受熱不均；樣品坩堝與參比坩堝質(zhì)量差異過(guò)大，空白扣除不理想；鋁坩堝外部未清理干凈，可能會(huì)沾有樣品粉末。

（4）參比池與樣品池爐溫差異過(guò)大，對(duì)于功率補(bǔ)償型DSC，爐溫至關(guān)重要，兩池的爐溫應(yīng)該在程序溫度控制下保持高度一致。

為避免以上原因產(chǎn)生的誤差應(yīng)該分三次取樣，研磨后用磁鐵吸走混入的鐵屑，準(zhǔn)確稱量樣品，加蓋密封后，用毛刷對(duì)鋁坩堝及其底部仔細(xì)除雜，經(jīng)常對(duì)儀器進(jìn)行維護(hù)，檢測(cè)前對(duì)儀器的各項(xiàng)設(shè)置條件進(jìn)行檢查和校正。

3 結(jié)束語(yǔ)

以DSC法測(cè)量涂膜中鋅粉含量具有簡(jiǎn)便、快速、抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)，涂料中的有機(jī)雜質(zhì)對(duì)其影響小，儀器本身的系統(tǒng)誤差小，基本能控制在2%之內(nèi)。在實(shí)際測(cè)量操作中還應(yīng)優(yōu)化選擇前處理方式，減少誤差，確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。