用差示扫描量热法测量涂膜中的锌粉含量

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1、用差示扫描量热法测量涂膜中的锌粉含量1前言人们很早以前就认识到锌对于钢铁具有优异的防腐保护作用，与其它金属相比，锌有其独特的特点，它比铁轻，有良好的延展性，更重要的是其电化学的活性，其标准电极电位为（-0.76V），较铁（-0.44V）活泼。锌可以熔融并加工净化成细颗粒的高纯度锌粉，用于防锈漆中成为重要的防锈颜料。当涂膜在受到侵蚀时，锌粉作为阳极先受到腐蚀，基材钢铁为阴极受到保护；同时锌作为牺牲阳极形成的氧化产物，可以对涂层起到一定的封闭作用，加强了涂层对底材的保护。为了确保在富锌涂料中锌粉同钢铁能够紧密结合而起到导电和牺牲阳极的作用，对于富锌涂料中锌粉的含量占干膜总质量的百分比。美国钢结构涂

2、装协会（SSPC）SSPCPaint-20中的具体规定：无机富锌涂料中锌粉含量在干膜中的质量分数不低于74％，有机富锌涂料不低于77％。对于检测涂膜中的锌粉含量，目前在国际上有两种应用比较广泛的方法:化学分析法ASTMD521-90和差示扫描量热法ASTMD6580-00。用化学分析法测量干膜中的锌粉含量，涂膜中的高分子物质对其测量过程及其结果有很大的干扰作用；而用差示扫描量热法测量涂膜中的锌粉含量具有快速简便，涂膜本身对其干扰因素少的特点，因此在测量涂膜中锌粉含量上得到了广泛的应用。2差示扫描量热法的基本原理热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一种技术。1964年，美国的

3、Waston和ONeill在分析化学杂志上提出了差示扫描量热法的概念，到目前为止DSC堪称热分析三大技术（TG,DTA,DSC）中最主要的技术。对DSC而言，性质是指比热、相转变热，如熔融、结晶、固化、化学反应过程中伴随的热。这种技术可分为功率补偿式差示扫描量热法和热流式差示扫描量热法。对于功率补偿型DSC，要求试样与参比物的温度，无论试样吸热或放热都要处于动态零位平衡状态，使ΔT等于0，而实现使ΔT等于0，其办法就是通过功率补偿，见图１。功率补偿型DSC结构如图1所示。在样品和参比始终保持相同温度的条件下，测定为满足此条件样品和参比两端所需的能量差，并直接作为信号ΔQ（热量差）输出，其主要的

4、特点是试样和参比物质分别具有独立的加热器和传感器，整个仪器由两个控制系统进行监控。其中一个控制温度，使试样和参比物质在预定的速率下升温或降温；另一个用于补偿试样和参比物质之间所产生的温差。这个温差是由试样的放热或吸热效应产生的。通过功率补偿使试样和参比物的温度保持相同，这样就可以通过补偿的功率直接求出样品的热流率，即：ΔW＝dQs/dt-dQr/dt=dH/dt式中：ΔW——所补偿的功率；Qs——试样的热量；Qr——参比物的热量；dH/dt——单位时间内的焓变，即热流率（Mw）。利用差示扫描量热法测定涂膜中的锌粉含量,根据热力学第一定律,任何物质在发生状态改变的时候都要吸收或放出一定的热量来保

5、持其内能的平衡。涂膜中的锌粉在DSC的加热过程中发生熔融,样品吸收一定的热量,样品与参比产生热能差，这时仪器系统要通过功率的补偿ΔQ维持试样与参比热能平衡,ΔQ直接作为信号输出，表现在DSC曲线图上为一吸热峰,计算此吸热峰的峰面积得出系统所补偿的能量，也就是涂膜中锌粉熔融产生的焓变值，单位样品质量的焓变值即为此样品中锌粉熔融所产生的焓值（J/g）样。它与纯锌（99.999％）的焓值（J/g）纯的比值即为涂膜样品中锌含量的质量百分数。Zn％＝（J/g）样／（J/g）纯×1003差示扫描量热法测量涂膜中锌粉含量3.1设备差示扫描量热仪（DSC）；热分析专用固体铝皿；玛瑙研钵；涂膜刮刀；高纯氮气；精

6、密天平。差示扫描量热仪是分析设备，主要有三部分构成：冷却系统、加热及功率平衡系统、数据处理系统。3.2检测条件的设置3.2.1扫描的温度锌的熔点为419℃左右，ASTM规定测量涂膜中锌粉含量时,仪器的扫描温度为(370～435)℃,在这个温度区间内锌的状态发生改变，仪器采集样品随温度的变化而产生的能量变化曲线，即DSC曲线。如果扫描温度设置过宽，使仪器扫描时间延长，温度滞留现象加重，造成扫描曲线托尾；温度设置过窄，可能造成能量变化曲线采集不完全，样品还没有完全熔融，系统温度就已经开始回冷，造成准确度不好。3.2.2扫描的速率在DSC的测定中，程序升温扫描速率主要对DSC曲线的峰温和峰形产生影响

7、(见图2)。一般来说，当升温扫描速率比较快时，其DSC的峰温越高，峰面积变大，峰形也越尖锐。测量涂膜中的锌粉含量如果使用过高的升温扫描速率，会导致涂膜试样内部温度分布不均匀。当超过一定的升温扫描速率时，由于体系不能很快响应，试样反应中的变化全貌不能被精确地记录下来，另外，升温扫描速率过快，会产生过热现象，损坏仪器。在ASTM中规定，测量涂膜中锌粉含量时的扫描速率为10℃/min。3.2.3基线的校