ASTM方法涂料密度和不揮發(fā)分測定

鄧再芝 任春媚 陳 平

(二重(德陽)重型裝備有限公司，四川618000)

國核示范工程N1113201堆芯補水箱設(shè)備和N1114404穩(wěn)壓器支撐等核電產(chǎn)品涂裝，根據(jù)用戶文件要求，所用涂料要求按ASTM方法進(jìn)行密度、不揮發(fā)分和灰分的入廠檢驗(灰分檢驗用戶文件沒有給出檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)，可以理解為按國標(biāo)方法或涂料廠商給定的方法進(jìn)行，不在本文研究范圍內(nèi))，并要求密度、不揮發(fā)分和灰分含量均符合涂料廠商提供的產(chǎn)品數(shù)據(jù)表中的指標(biāo)。

以前在公司檢測中心沒有過按ASTM方法或類似方法作這些檢驗，所以設(shè)立了該項攻關(guān)，目的在于弄清這些檢驗方法的內(nèi)容、步驟、試驗條件、重復(fù)性和再現(xiàn)性等。

干膜密度=1000Wg(SwSv)

(1)

式中，Wg為液體涂料的密度(gml)，按ASTM D1475測定；Sw為液體涂料的不揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)，按ASTM D2369測定；Sv為液體涂料的不揮發(fā)分體積分?jǐn)?shù)(%)，按ASTM D2697測定。干膜密度單位為kgm3。

為此，本攻關(guān)要研究的檢驗方法有以下3個：

(1)ASTM D1475—2013《液體涂料、油墨和相關(guān)產(chǎn)品密度測定標(biāo)準(zhǔn)方法》。

(2)ASTM D2369—2010(e1)《涂料(質(zhì)量)揮發(fā)分測定標(biāo)準(zhǔn)方法》。

(3)ASTM D2697—2003(R2014)《色漆和清漆體積不揮發(fā)分測定標(biāo)準(zhǔn)方法》。

為了方便，試驗中采用了在實驗室可獲得的一種C06-1鐵紅醇酸底漆代替無機鋅漆。

1 方法概述

1.1 涂料密度測定標(biāo)準(zhǔn)方法

根據(jù)ASTM D1475—2013標(biāo)準(zhǔn)，用準(zhǔn)確知道的各種溫度的蒸餾水的絕對密度校準(zhǔn)比重瓶的容積。然后在標(biāo)準(zhǔn)溫度(25℃)或商定溫度稱量相同比重瓶中液體油漆的重量，用重量除以容積計算出在規(guī)定溫度內(nèi)容物的密度。

1.2 涂料的不揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定標(biāo)準(zhǔn)方法

根據(jù)ASTM D2369—2010(e1)標(biāo)準(zhǔn)，將準(zhǔn)確稱量的涂料試樣放入盛有3 ml溶劑的鋁箔碟子內(nèi)，分散，在110℃±5℃烘烤60 min，冷卻后稱量所得固體重量，即可計算出涂料的揮發(fā)分和不揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

在實際操作中，由于條件限制，我們將鋁箔碟改為表面皿,符合GBT 1725—2007(等同采用ISO 3251)標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 涂料的不揮發(fā)分體積分?jǐn)?shù)測定標(biāo)準(zhǔn)方法

根據(jù)ASTM D2697—2003(R2014)標(biāo)準(zhǔn)，采用實驗室已有的單盤電子分析天平，通過直接測量(稱量)未涂漆不銹鋼片和已涂漆不銹鋼片浮力，并利用已知浸漬液體(水)的密度，直接計算出干漆膜的體積，省去了特制天平支架和特制分析天平，并使操作過程得到簡化。

表1 改良方法與標(biāo)準(zhǔn)方法的對比Table 1 Comparison between improved methods and standard methods

改良后不揮發(fā)分體積的檢測過程如下：

(1)測定不銹鋼片的重量和體積。

(2)涂油漆并干燥后再次測量重量和體積。體積的測定為先稱量固體在液體中的浮力，然后將浮力(排開液體的重量)除以液體密度計算固體體積。由此計算出干燥后油漆的重量與體積。

根據(jù)已經(jīng)測量出的液體油漆的密度和不揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計算出沉積在不銹鋼片上的液體油漆的體積。

干燥后油漆的體積除以液體油漆的體積乘100%既得液體油漆的不揮發(fā)分體積分?jǐn)?shù)。

1.4 改良方法與標(biāo)準(zhǔn)方法的對比

改良方法與標(biāo)準(zhǔn)D2697方法存在差別和同一性。改良方法與標(biāo)準(zhǔn)方法的對比見表1。

根據(jù)阿基米德浮力定律，固體浸入液體中受到的浮力，等于它排開液體的重量，而它浸入液體的體積等于它排開液體的體積。

在標(biāo)準(zhǔn)方法中，固體浸入水中后重量減輕了，減輕的重量等于浮力，因此，(w1-w2)等于未涂漆不銹鋼片在水中的浮力，(w3-w4)等于涂漆不銹鋼片在水中的浮力。在這個測量過程中，除需要用到特制分析天平和天平支架外，還需要分別稱量和記錄w1、w2、w3、w4，并計算(w1-w2)和(w3-w4)，比較繁瑣。

在改良方法中，固體浸入水中后排開了液體的體積，液體的體積增大了，重量增加了，所增加的重量等于浮力，利用電子分析天平直接測量出增加重量。測量并記錄浮力，不需要另外計算，因此改良方法簡化了這一步驟的記錄和計算，并且不需要使用特制分析天平和天平支架。

由此可見，標(biāo)準(zhǔn)方法通過固體的減重測量了液體作用在固體的浮力，改良方法通過液體的增重測量了液體產(chǎn)生的浮力，采用直接測量液體浮力的改良方法在原理上和測量手段上與標(biāo)準(zhǔn)方法都不矛盾，改良方法和標(biāo)準(zhǔn)方法具有同一性。采用改良方法比較簡單，并且不需要特制分析天平和天平支架。

2 GBT方法與ASTM方法比較

在試驗中，對測定漆膜浮力的方法進(jìn)行了改良。該項改良既適合于ASTM D2697，也適合于GBT 9272(等同采用ISO 3233)。

3 試驗和試驗結(jié)果

3.1 涂料密度

試驗標(biāo)準(zhǔn)：ASTM D1475—2013。

3.1.1 比重瓶容積V

比重瓶容積試驗數(shù)據(jù)見表3。

V=(盛水重量-空瓶重量)水的密度

表2 GBT方法與ASTM方法的比較Table 2 Comparison between GBT methods and ASTM methods

表2 GBT方法與ASTM方法的比較Table 2 Comparison between GBT methods and ASTM methods

方法標(biāo)準(zhǔn)差異ASTM D1475—2013《液態(tài)涂料、油墨和相關(guān)產(chǎn)品密度測定標(biāo)準(zhǔn)方法》給出的水的密度為6位有效數(shù)恒溫浴25℃±0.1℃。重復(fù)性要求0.6%相對值;再現(xiàn)性要求1.8%相對值。GB∕T 6750—2007(等同采用 ISO 2811:1997)《色漆和清漆密度測定—比重瓶法》給出的水的密度為4位有效數(shù)恒溫浴一般采用23℃,精度要求高時控制在±0.5℃范圍內(nèi),生產(chǎn)控制在±2℃范圍內(nèi)即可。重復(fù)性要求0.000 6 g∕ml;再現(xiàn)性要求0.001 2 g∕ml。ASTM D2369—2010e1《涂料揮發(fā)物含量的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法》(1)用鋁箔碟,預(yù)烘溫度110℃±5℃。(2)受試產(chǎn)品(0.3 g～0.5 g) ±0.1 g,取樣量根據(jù)不揮發(fā)物含量范圍,110℃±5℃烘60 min。(3)多組分漆重復(fù)性要求1.74%相對值,再現(xiàn)性要求5.31%相對值;對不同類型涂料的重復(fù)性和再現(xiàn)性有詳細(xì)說明。GB∕T 1725—2007(等同采用ISO 3251:2003)《色漆、清漆和塑料 不揮發(fā)物含量的測定》(1)用金屬或玻璃平底皿,預(yù)烘溫度為試驗溫度。(2)受試產(chǎn)品1 g±0.1 g,125℃±2℃烘60 min。(3)重復(fù)性要求2%樣品,再現(xiàn)性要求4%樣品。ASTM D2697—2003(R2014)《清漆或者色漆中不揮發(fā)物體積分?jǐn)?shù)的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法》(1)特制分析天平(2)烘烤110℃±5℃烘60 min。(3)不揮發(fā)分體積分?jǐn)?shù)24%～35%時,重復(fù)性要求1.32%絕對值,再現(xiàn)性要求3.59%絕對值。GB∕T 9272—2007(等同采用ISO 3233:1998)《液態(tài)涂料內(nèi)不揮發(fā)分容量的測定》(1)特制分析天平,離心甩干機。(2)烘烤105℃±2℃烘1 h。(3)重復(fù)性要求0.48+0.008 6(體積分?jǐn)?shù),%);再現(xiàn)性要求1.06+0.009 6(體積分?jǐn)?shù),%)。

表3 比重瓶容積試驗數(shù)據(jù)Table 3 Pycnometer capacity test data

表4 油漆密度試驗數(shù)據(jù)Table 4 Paint density test data

3.1.2 油漆密度Dm

油漆：C06-1鐵紅醇酸底漆

Dm=(盛油漆比重瓶重量-空比重瓶重量)V

油漆密度試驗數(shù)據(jù)見表4。

標(biāo)準(zhǔn)要求重復(fù)性<0.6%，再現(xiàn)性<1.8%，所以試驗的重復(fù)性和再現(xiàn)性均達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 涂料的不揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)

油漆：C06-1鐵紅醇酸底漆

試驗標(biāo)準(zhǔn)：ASTM D2369—2010(e1)

濕樣稱重采用減量法。

干樣重量=盛干樣表面皿重量-表面皿重量(含攪棒)

涂料的不揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)計算結(jié)果見表5。

標(biāo)準(zhǔn)要求多組分漆重復(fù)性<1.5%，再現(xiàn)性<4.7%，所以試驗的重復(fù)性和再現(xiàn)性均達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 涂料的不揮發(fā)分體積分?jǐn)?shù)

油漆：C06-1鐵紅醇酸底漆

試驗標(biāo)準(zhǔn)：ASTM D2697—2003(R2014)

漆膜浮力=涂漆不銹鋼片在水中的浮力-不銹鋼片在水中的浮力

浮力采用增量法測量

表5 涂料的不揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 5 Mass fraction of coating nonvolatile contents

表6 涂料的不揮發(fā)分體積分?jǐn)?shù)Table 6 Volume fracion of coating nonvolatile contents

表7 試驗的重復(fù)性和再現(xiàn)性數(shù)值Table 7 Repeatable and reproducible values of tests

涂料的不揮發(fā)分體積分?jǐn)?shù)計算結(jié)果見表6。

標(biāo)準(zhǔn)要求多組分漆重復(fù)性<1.32%，再現(xiàn)性<3.59%，所以試驗的重復(fù)性和再現(xiàn)性均達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.4 漆膜密度計算

干膜密度=1000Wg(SwSv)

4 總結(jié)

通過研究標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容和采用C06-1鐵紅醇酸底漆模擬試驗，理順了ASTM方法檢驗涂料密度、不揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和不揮發(fā)分體積分?jǐn)?shù)這三項檢驗的試驗步驟，試驗的重復(fù)性和再現(xiàn)性達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求，所得結(jié)果如下：

(2)試驗獲得了標(biāo)準(zhǔn)要求的重復(fù)性和再現(xiàn)性，證明了實驗室開展這三項檢驗的可行性。試驗獲得的具體數(shù)據(jù)見表7。

(3)根據(jù)液體涂料密度、不揮發(fā)分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)和不揮發(fā)分體積百分?jǐn)?shù)這三個檢驗數(shù)據(jù)，可計算出漆膜干膜的密度。

(4)通過對ASTM D2697方法進(jìn)行改良，采用實驗室已有的單盤電子分析天平，通過直接測量未涂漆不銹鋼片和已涂漆不銹鋼片浮力，并利用已知浸漬液體(水)的密度，直接計算出干漆膜的體積，省去了特制天平支架和特制分析天平，并使操作過程得到簡化。改良方法與ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法不矛盾，二者具備同一性。