基本信息
- 项目名称：
- 彩涂钢板PVDF含量快速检测系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本系统可以准确、快速测定氟碳涂料彩涂钢板中PVDF相对含量，用于氟碳涂料彩涂钢板质量控制。 系统由傅里叶变换红外光谱仪（FTIR），OMNIC，PVDF Analysis（自行开发）等部分组成。利用FTIR获取待测涂层谱图，导入PVDF Analysis即可获得彩涂钢板中PVDF相对含量。测定方差2.77×10-4，最大误差1.37%。
- 详细介绍：
- 本系统可以准确、快速测定氟碳涂料彩涂钢板中PVDF的相对含量。用于氟碳涂料彩涂钢板的日常质量控制。 系统由傅里叶变换红外光谱仪、OMNIC、PVDF Analysis（自行开发）等部分组成。操作方法非常简单。首先，利用傅里叶变换红外光谱仪获取待测涂层的红外光谱图，将红外谱图导入PVDF Analysis即可获得氟碳涂料中PVDF的相对含量。单个样品测定周期仅需三分钟左右。且具有非常好的精密度和准确性，测定方差为2.77×10-4，实际测量PVDF相对含量最大相对误差为1.37%。 本系统的原理为不同物质在红外区域有不同的吸收，根据比尔定律，其吸收强度与浓度成线性关系。彩涂钢板氟碳图层的主要成分为PVDF树脂和丙烯酸树脂，故PVDF与丙烯酸树脂的定量参比峰面积比与其浓度比成线性关系。通过测定一系列标准样品的红外光谱图，用线性回归法处理实验数据，即可得到PVDF与丙烯酸树脂的含量比和定量参比峰面积比的线性方程，建立工作曲线。在测定未知样品时，仅需通过测定其红外谱图的吸收峰面积比，代入公式即可求得PVDF的相对含量。为了简化数据处理过程，我们前述原理为依据开发了PVDF Analysis这款软件，将红外谱图导入后即可获得结果。大大节省了测定时间。 本系统开发的难点和关键点在于定量参比峰的选择以及定量方式的确定。确定的定量参比峰必须满足工作曲线线性回归性好，相关系数高，测定方差与误差小的要求，这也是本系统的技术关键所在。 系统已在宝钢工业检测公司板材检验部得到实际应用,反馈信息显示，系统准确、快速、方便，避免了传统方法工艺繁琐，周期长，成本高的缺点，具有很高的实用价值。 高档彩涂钢板除具有传统彩板所具有的优点外，在涂层光泽稳定性、涂层抗粉化性能、涂层漆膜降解率和外线反射性能上有着传统彩板无法替代的优势。近年来，我国对高端彩涂钢板（如含氟彩板）的需求量不断扩大， 2004年中国进口彩涂钢板依然达到近50万吨，都是高端产品，这就是说，中国彩涂钢板市场形成了高端产品供不应求的局面。 由此可见，彩涂钢板PVDF含量快速检测系统拥有广阔的市场应用前景，能在不远的将来被推广使用，从而实现彩涂钢板的质量控制以及氟碳涂料的质量检测，发挥出其良好的应用价值。 此外，本系统经过一定的改良之后还可用于药品质量控制、食品质量控制、涂料质量控制等。具有非常广阔的发展前景。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的： 本作品旨在建立一种利用FTIR快速测定氟碳涂料彩涂钢板中PVDF相对含量的系统。 基本思路： 1.用FTIR得到不同PVDF相对含量样品的红外光谱图。 2.以比尔定律为理论依据，分别选取PVDF树脂及丙烯酸树脂的特征吸收峰为各自的定量参比峰，求取吸收峰面积，得出参比峰面积比与树脂质量比的线性回归方程。 3.将待测样品红外光谱定量参比峰面积比值代入方程即可得出未知样品PVDF相对含量。 创新点： 1.红外光谱运用于氟碳涂料彩涂钢板中PVDF相对含量测定的文章至今未见报道。 2.软件直接处理红外谱图，提高了数据的准确度和可信度。 3.高分子物理、分析化学、计算机处理等专业知识的综合应用，发挥交叉学科的优势。 4.本系统大大提高了检测效率，降低了分析成本。重复性好，精密度高。经宝钢工业检测公司板材检验部实际应用，效果良好，达到了实际应用的要求。 技术关键： 1.红外光谱法测定PVDF相对含量的定量技术。 2.线性回归法分析、处理实验数据。 3.高分子物理、分析化学和计算机处理等专业基础知识有机结合。 主要技术指标： 线性方程相关系数R2=0.999 方差=2.77×10-4 最大相对误差为1.37%
科学性、先进性
- 测定氟碳涂料彩涂钢板中PVDF相对含量的传统方法步骤多，工艺繁琐，周期长，成本高。化学方法在检测时需先将氟离子从样品中分离出来再进行检测。对于产品不可避免地会造成伤害，本系统利用红外光谱仪附件直接对板材涂层中PVDF的相对含量进行检测，很好地避免了对板材的伤害。 本作品迅速、简捷，较之传统方法能有效地提高分析效率，降低分析成本；实际应用性强，已经在宝钢工业检测公司板材检验部得到了很好的实际应用；且提出处理红外谱图时应用固定波数段法积分峰面积，为红外光谱的定量分析提供了新的思路，具有很好的理论性和科学性。
获奖情况及鉴定结果
- 宝钢工业检测公司板材检验部： 关于《红外光谱法快速测定彩涂钢板氟碳涂料中PVDF的含量》的应用评价
作品所处阶段
- 生产阶段
技术转让方式
- 合作开发
作品可展示的形式
- 现场演示 图片 录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本系统可以准确、快速测定氟碳涂料彩涂钢板中PVDF的相对含量。用于氟碳涂料彩涂钢板质量控制。 使用说明：利用傅里叶变换红外光谱仪获取待测涂层的红外光谱图，将红外谱图导入PVDF Analysis即可获得PVDF相对含量。 技术特点：本系统实则使用线性回归法处理实验数据，得到线性回归方程，以此为基础测定未知样品的PVDF相对含量。测定方差为2.77×10-4，实际测量PVDF相对含量最大相对误差为1.37%。 技术优势：准确、快速、方便，避免了传统方法工艺繁琐，周期长，成本高的缺点。 近年来，我国对高端彩涂钢板（如含氟彩板）的需求量不断扩大，彩板市场形成了高端产品供不应求的局面。因此，本系统拥有广阔的市场应用前景，能在不远的将来被推广使用。 本系统已用于宝钢工业检测公司板材检验部实际检验,具有很高的实用价值。 此外，本系统经过修改后，还可用于药品质量控制、食品质量控制、涂料质量控制等。具有非常广阔的发展前景。
同类课题研究水平概述
- 氟碳涂料彩涂钢板PVDF相对含量的检测至今仍无国家标准。国家发改委于2005发布了检测氟碳涂料中PVDF含量的行业标准，HG/T 3792—2005“交联型氟树脂涂料”及HG/T 3793—2005“热熔型氟树脂（PVDF）涂料”。 行业标准HG/T 3792—2005“交联型氟树脂涂料”中，氟含量的检测是最重要的指标之一。其基本原理是将氟碳涂料中的氟转化成氟离子，通过检测氟离子含量来确定氟含量。为了使氟树脂中的C-F键断裂，需要用到很苛刻的实验条件。 行业标准HG/T 3793—2005“热熔型氟树脂（PVDF）涂料”中，PVDF含量的检测是最重要的指标之一。其基本原理是利用PVDF树脂不溶于甲苯和二甲苯等溶剂，但在二甲基甲酰胺(DMF)中溶解性较好，而丙烯酸树脂与之相反的特点，将PVDF树脂与丙烯酸树脂分离，通过质量法测得氟碳涂料中PVDF的含量。虽然反应条件不是很苛刻，但很难保证混合溶剂可以将各种组分完全分离开来，且大多数氟碳涂料在成膜过程中都有一定程度的交联，故此方法误差较大。 以上两种方法步骤繁琐，测定周期太长。为了克服这些缺点，大连振邦氟涂料股份有限公司质检部于2006年发明了硝酸镧滴定法[6]。其基本原理也是将氟碳涂料中的氟转化成氟离子，通过检测氟离子含量来确定氟含量。但单个测定周期仍需三小时以上。方程式为： La3+3F-→LaF3↓
