富锌底漆不挥发分中金属锌含量的测定

宋相丽 钱叶苗 兰小军 姜 巍 王世才 （海洋化工研究院，山东青岛 266071）

0 引言
富锌底漆是由树脂、锌粉、溶剂及固化剂等组成的双组分底漆，漆膜中锌粉含量高，防腐性和耐盐雾性优异，附着力强。它作为重防腐涂层的配套底漆，广泛用于船舶、港口设施、桥梁、钢结构、石油钻井平台及化工设备等。不挥发分中金属锌含量是评定富锌底漆防腐性的重要指标，在一定程度上决定其防腐性的优劣。由于目前锌粉的价格较高，受经济利益的驱使，有些生产商以假乱真，以次充好，严重影响消费者的利益，阻碍了这类产品的健康发展。因此通过锌含量的测定，控制不挥发分中金属锌含量，以便充分发挥富锌底漆的优异性能，更好地保护消费者的利益。本文通过不挥发分中金属锌含量测定方法的研究，分析影响不挥发分中金属锌含量测定的主要因素，以期对相关实验人员有所帮助。

1 实验部分
1.1 混合物中溶剂不溶物的制备
1.1.1 装置及器皿
离心分离机：转速2 000~15 000 r/min；试管：圆底，不锈钢或玻璃制，容量为50 mL；分析天平：感量为0.1 mg。
1.1.2 操作步骤
准确称取按比例混合的样品约10 g，置于试管内，加入分析纯的2- 甲基-4- 戊酮与丙酮1∶1（体积比）的混合溶剂20 mL，用玻璃棒充分搅匀，棒上的固体用约10 mL 混合溶剂冲回试管内，加混合溶剂到试管的4/5 处。为防止溶剂挥发，用软木塞将试管塞住后放入离心机内，在转速3 000~15 000 r/min 下分离20~30 min，倒掉上层清液，将沉淀物用于试验。上述操作需重复3 次。将沉淀物置于（105±2）℃的烘箱内干燥2 h，取出，放入干燥器内冷却30 min，准确称取沉淀物的质量。
1.1.3 计算
混合物中的溶剂不溶物含量（B）按下式计算：
B（%）=M1×100/M2
式中：M1——沉淀物的质量，g；
M2——样品的质量，g。
1.2 溶剂不溶物中金属锌含量的测定
在二氧化碳作保护气的条件下，试样中的金属锌与硫酸铁反应（铜盐作催化剂），生成相当量的硫酸亚铁，用高锰酸钾标准溶液滴定，间接计算试样中的金属锌含量。
1.2.1 试剂和溶液
试剂：二氧化碳；磷酸（1.69 g/mL）；硫酸（1+19）；甲基红指示剂（1 g/L）：称取0.10 g 甲基红溶于100 mL的乙醇（1+1）溶液中。硫酸铜溶液（200 g/L）：称取200 g CuSO4·5H2O
溶于1 L 的水中；硫酸铁溶液（330 g/L）：称取330 g Fe2（SO4）3 于1 L的水中，加热至完全溶解；高锰酸钾标准溶液：称取20 g 高锰酸钾置于3 L的烧杯中，加入2 L 蒸馏水，煮沸1 h，冷却，静置至次日，移入2 L 容量瓶中。用煮沸并冷却的蒸馏水稀释至刻度，充分摇匀，放置至沉淀沉降，经玻璃丝或瓷过滤器过滤于棕色瓶中，盖上玻璃塞。
标定：称取（0.72±0.000 2）g 无水草酸钠，在烘箱中于（105±2）℃干燥1 h，置于500 mL 锥形瓶中，将其溶解于200 mL 的硫酸溶液中，加热至70~80℃，立即用高锰酸钾溶液滴定至出现淡红色为终点。高锰酸钾标准溶液对Zn 元素的滴定系数F计算如下式：
F=m×0.487 9/（V-V0）
式中：F——高锰酸钾标准溶液对Zn 元素的滴定系数，g/mL；
m——称取草酸钠的质量，g；
V——标定时消耗高锰酸钾溶液的体积，mL；
V0——空白消耗高锰酸钾溶液的体积，mL；
0.487 9——草酸钠转化为对Zn 元素系数。
当3 次测定的极差值≤ 0.000 01 g/mL 时，取其平均值，否则重新标定。
1.2.2 测量步骤
在一个干燥的750 mL 锥形瓶中充满二氧化碳，塞好瓶塞。将干燥好的溶剂不溶物用研钵充分研磨后，称取（0.40±0.000 2）g（差减法称量）试样，迅速打开瓶塞将试样倒入锥形瓶中，立即塞好瓶塞，摇动，使试样分散（避免生成聚合物）。向锥形瓶中加入10 mL硫酸铜溶液，剧烈摇动1 min，然后用50 mL 硫酸铁溶液冲洗锥形瓶颈部，把附在上面的金属粒子冲下去，塞紧锥形瓶瓶口，放置在搅拌器上搅拌或用手摇动直到试样完全溶解，约需15~30 min。试样完全溶解后，加入20 mL 磷酸及200 mL 硫酸，立即用高锰酸钾标准溶液滴定至淡红色为终点，同时进行空白试验。
1.2.3 金属锌含量计算
溶剂不溶物中金属锌含量（C）按下式计算：
C（Zn%）=F（V1-V2）/m×100
式中：F——高锰酸钾标准溶液对Zn 元素的滴定系数，g/mL；
V1——滴定试样消耗高锰酸钾标准溶液的体积，mL；
V2——滴定空白消耗高锰酸钾标准溶液的体积，mL；
m——称取的试样质量，g。
实验结果取2 次平行试验的平均值，两次测定结果的差值应≤ 0.80%。
1.3 混合物中不挥发分的计算
富锌底漆两组分按规定比例混合均匀后，称取约1.00 g，于125℃干燥1 h 后，测定不挥发分（D）。
D=（M1-M2）/M
式中：M1——烘干后试样和容器质量，g；
M2——容器质量，g；
M——试样质量，g。
实验结果取两次平行试验的平均值，两次平行试验的相对误差≤ 3%。
1.4 终计算
不挥发分中金属锌的含量（A）按下式计算：
A（%）=B×C/D
式中：B——混合物中的溶剂不溶物含量，%；
C——溶剂不溶物中的金属锌含量，%；
D——混合物的不挥发分，%。
2 结果与讨论
不挥发分中金属锌含量的测定步骤较多，如果操作不慎或未注意细节等都会导致结果出现较大的偏差，以下对影响测试结果的几个因素进行讨论。
2.1 试样的初期处理
由于本方法测定溶剂不溶物中的金属锌含量，因此在离心分离阶段离心速度不能太小，一般选用6 500 r/min 较为适宜，而且一定要用分析纯的稀释剂来稀释试样，这样稀释3 次后才能将试样中的树脂等物质充分溶解。如果离心不，将会使烘干物中杂质太多，导致试验结果偏低。
2.2 混合物中不挥发分
富锌底漆是双组分漆，一定要把主剂充分搅拌均匀后静置0.5 h左右，以便锌粉分散均匀，并严格按厂家提供的两组分配比配好后，测定混合物中的不挥发分。