Trong chuỗi năm bài đăng trên blog này, chúng tôi sẽ giới thiệu các phương pháp phân tích giúp bạn hiểu tường tận hơn về sơn và chất phủ ở khía cạnh cấu trúc nano. Đầu tiên là kỹ thuật trọng tâm giúp thấu hiểu các thành phần của một lớp phủ - phân tích nguyên tố.

Cái này làm từ gì ? Đó là một câu hỏi đơn giản nhưng thường không dễ trả lời , ít nhất là khi nói đến sơn và chất phủ. Hóa học phức tạp liên quan đến các lớp phủ công nghệ mới được áp dụng cho bề mặt của mọi thứ từ các tòa nhà đến đồ chơi trẻ em - và điều này đòi hỏi các phương pháp phân tích tiên tiến có thể cung cấp thông tin chi tiết không chỉ về danh tính của các nguyên tố có mặt mà còn cả số lượng của chúng.

So sánh XRF và ICP-MS trong phân tích nguyên tố

Trước khi chúng ta xem xét các ứng dụng của phân tích nguyên tố, hãy nói thẳng một điều - phương pháp nào là tốt nhất để thực hiện phân tích nguyên tố trong ngành sơn phủ.

Trong nhiều thập kỷ, một phương pháp phổ biến là phát xạ nguyên tử ghép khối phổ (ICP-MS), đây là một trong những phương pháp sớm nhất để đo thành phần nguyên tố. Phương pháp này đòi hỏi phải phân hủy mẫu trong axit loãng, rồi đưa vào Plasma có nguồn gốc argon, sau đó cho qua một khối phổ kế để nhận dạng các ion được sinh ra.

Nếu cho rằng phương pháp đó là phức tạp thì bạn đã đúng,vì vậy trong những năm gần đây, huỳnh quang tia X (XRF) đã được giới thiệu như là một phương pháp thay thế. Điều này phần lớn là do:

• Nó vốn không phá hủy mẫu vì tia X được sử dụng có công suất thấp và do đó không có khả năng làm ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của mẫu. Điều này trái ngược với ICP-MS, như bạn đã biết là một kỹ thuật phá hũy mẫu.
• Chuẩn bị mẫu rất nhanh chóng và dễ dàng, và phương pháp này có thể áp dụng cho bất kỳ loại mẫu nào. Điều này không giống như ICP-MS, đòi hỏi một quy trình chuẩn bị mẫu khá phức tạp và tốn thời gian.

Vì vậy, mặc dù ICP-MS vẫn hữu ích cho các ứng dụng cụ thể, XRF ngày càng được coi là một cách tốt để tiết kiệm thời gian và chi phí khi thực hiện phân tích nguyên tố, tại một số điểm trong chuỗi giá trị sơn và chất phủ.

Các ứng dụng của phân tích nguyên tố cho sơn và chất phủ

Sau khi đã chứng minh XRF là một phương pháp phân tích nguyên tố tiên tiến trong lãnh vực sơn và chất tráng phủ, bạn sẽ dùng nó ở khâu nào?

Kiểm tra độ tinh khiết của hóa chất

Có lẽ ứng dụng rộng rãi nhất đó là xác định độ tinh khiết hóa học của nguyên liệu thô, đặc biệt là titanium dioxide (TiO2) thường được sử dụng làm chất tạo màu trắng. Biết chính xác những gì có trong nguyên liệu được cung cấp là rất quan trọng để đáp ứng thông số kỹ thuật, nhưng hầu hết các nhà sản xuất sơn chỉ đơn giản dựa vào các chứng nhận nguyên liệu thô do nhà phân phối của họ cung cấp. Mặc dù chi phí phân tích rất tốn kém, nhưng không phải lúc nào cũng chính xác!

Vì vậy, XRF là một kỹ thuật rất có giá trị ở đây và là một công cụ bổ sung tuyệt vời cho phân tích pha tinh thể chuyên sâu hơn được thực hiện bằng cách sử dụng nhiễu xạ tia X (các bạn có thể tìm đọc trong chuỗi bài chuyên đề này).

Phát hiện dư lượng chì còn sót lại trong nguyên liệu thô và trong lớp phủ hoàn thiện

Một ứng dụng quan trọng khác là phát hiện dư lượng chì, vì một số thành phần gốc khoáng của sơn vẫn có thể chứa dấu vết của chì, bất chấp những nỗ lực tốt nhất của các nhà cung cấp. Điều này phần lớn là quan trọng bởi vì trẻ nhỏ thích đưa đồ chơi có màu sắc sặc sỡ (và nói chung là tất cả mọi thứ trong tầm tay) vào miệng của chúng. Đây có thể là một cách tuyệt vời để khám phá môi trường của chúng, nhưng nó có nghĩa là chúng ta cần cố gắng loại bỏ chì khỏi bất kỳ lớp phủ nào được sử dụng trên các sản phẩm này.

Do các quy định ngày càng nghiêm ngặt về chì trong sơn và chất phủ được thúc đẩy, các nhà sản xuất đã thắt chặt các giới hạn chấp nhận được đối với chì trong các sản phẩm của họ. Và để làm được điều đó, họ cần định lượng chì thường xuyên trong các nguồn cung cấp đến và sản phẩm cuối cùng của chính họ, đó là lý do XRF xuất hiện.

Kiểm tra độ dày và tính toàn vẹn của màng

Một ứng dụng cuối cùng và đặc biệt thú vị của XRF trong lĩnh vực chất phủ là đánh giá độ dày màng và thành phần nguyên tố của chất phủ. Cách thức thường dùng là sử dụng dữ liệu tiêu chuẩn để xác định thành phần của sản phẩm và xem liệu nó có nằm trong khoảng mong đợi hay không - hay thực sự nó có thay đổi khi sản phẩm được sử dụng và bị lão hóa.

Nhưng cách thức lý tưởng nhất là sử dụng một mô hình tráng phủ tương tự rồi so sánh cường độ các peak nguyên tố với nhau. Nó sẽ cung cấp chính xác thông tin về độ dày lớp màng sơn phủ và thậm chí còn cho biết liệu các thành phần của lớp này có “chảy lang” qua lớp khác hay không.

XRF - Một công cụ có giá trị để phân tích nguyên tố

Cần thấy rõ rằng phân tích nguyên tố có một vai trò hữu ích trong lĩnh vực sơn và chất phủ. Nhưng để tận dụng mọi thứ mà phân tích nguyên tố có thể cung cấp, điều quan trọng là đảm bảo bạn đang sử dụng các phương pháp tiên tiến nhất, đồng thời làm cho các quy trình của bạn tiết kiệm chi phí nhất có thể.

Tham khảo giải pháp phân tích toàn diện trong ngành sơn và chất phủ bề mặt

1. Thiết bị XRD từ Malvern Panalytical

2. Thiết bị XRF từ Malvern Panalytical

3. Thiết bị ICP-MS từ Agilent