差示掃描量熱法檢測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量。差示掃描量熱法的分析原理，用該方法測定富鋅涂料中鋅粉含量的優點。

關鍵詞：富鋅涂料；差示掃描量熱法；鋅含量

引言

隨著鋼結構材料的大量使用，延緩鋼結構的腐蝕，增加其使用年限，成為越來越不容忽視的工作。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，性能優異。富鋅涂料的主要防腐作用有：屏蔽作用、電化學防護、涂膜自修復和鈍化作用。

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

富鋅涂料分有機富鋅涂料和無機富鋅涂料。為了確保在富鋅涂料中鋅粉同鋼鐵能夠緊密結合而起到導電和犧牲陽極的作用，對于富鋅涂料中鋅粉的含量占干膜總質量的百分比尤其重要。美國鋼結構涂裝協會（SSPC）SSPC Paint-20中的具體規定：無機富鋅涂料中鋅粉含量在干膜中的質量分數不低于74%，有機富鋅涂料不低于77%[2]。對于檢測涂膜中的鋅粉含量，目前在國際上有兩種應用比較廣泛的方法：化學分析法ASTMD521-90和差示掃描量熱法ASTMD6580-00（2009）。

DSC分析原理：

功率補償型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ΔQ（熱量差）輸出，這個溫差是由試樣的放熱或吸熱效應產生的。通過功率補償使試樣和參比物的溫度保持相同，這樣就可以通過補償的功率直接求出樣品的熱流率，即：

（1）

通過測定樣品鋅熔融吸收峰相對應的熱量，然后與純鋅熔融熱進行比較計算，及得出樣品鋅的百分含量，即：

Zn%=■×100% （2）

用化學分析法測量干膜中的鋅粉含量，涂膜中的高分子物質對其測量過程及其結果有很大的干擾作用；而用差示掃描量熱法測量涂膜中的鋅粉含量具有快速簡便，涂膜本身對其干擾因素少的特點，因此在測量涂膜中鋅粉含量上得到了廣泛的應用。

1 實驗部分

1.1 儀器設備

差示掃描量熱分析儀（DSC822e）瑞士METTLER TOLEDO 40？滋L標準鋁坩堝瑪瑙研缽，磁鐵，十萬分之一天平（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的鐵屑，剩余樣品即可進行實驗。

1.3 升溫程序

溫度范圍為370℃至435℃，升溫速率10℃/min，通入氮氣保護。[3]

2 實驗結果與討論

2.1 試樣的制備

前處理過程非常重要，刮下來的鋅粉不可避免會混有鐵屑，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有。

2.2 試樣的稱量

用十萬分之一的天平，稱量精度要達到10？滋g，樣品質量在4～6mg，不要因為質量差異過大引入誤差。每片鋅板刮下來的鋅粉分三等份，測量結果取三個數的平均值。

2.3 儀器的校準

用標準鋅（99.999%）進行校準，每片標準鋅只能用一次校準，重復使用會導致校準錯誤，因為鋅在高溫下會被氧化，產生的雜質會影響溫度和熔融值。

2.4 測試結果

圖1 標Zn的DSC譜圖 圖2 富鋅涂料樣品的DSC譜圖

圖中顯示的normalized 的值就是單位質量的熔融熱焓值，依據公式2即可求出所測試樣的含鋅量，三次測量結果的平均值，即為鋅板的含鋅量。

2.5 結果討論及誤差原因分析

檢測誤差產生的幾種原因：

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

（2）樣品前處理不當，刮涂膜時混入底材鐵屑，未處理干凈，產生了大量的空間熱阻，使得測量結果偏大。

（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，使其在加熱過程中受熱不均；樣品坩堝與參比坩堝質量差異過大，空白扣除不理想；鋁坩堝外部未清理干凈，可能會沾有樣品粉末。

（4）參比池與樣品池爐溫差異過大，對于功率補償型DSC，爐溫至關重要，兩池的爐溫應該在程序溫度控制下保持高度一致。

為避免以上原因產生的誤差應該分三次取樣，研磨后用磁鐵吸走混入的鐵屑，準確稱量樣品，加蓋密封后，用毛刷對鋁坩堝及其底部仔細除雜，經常對儀器進行維護，檢測前對儀器的各項設置條件進行檢查和校正。

3 結束語

以DSC法測量涂膜中鋅粉含量具有簡便、快速、抗干擾性強的特點，涂料中的有機雜質對其影響小，儀器本身的系統誤差小，基本能控制在2%之內。在實際測量操作中還應優化選擇前處理方式，減少誤差，確保檢測結果的準確性。