Investigating the adsorption of components of an epoxy primer on to galvanised steel using ToF-SIMS

Summaries

The adsorption of several paint components from a dilute liquid solution on to galvanised steel was investigated using ToF-SIMS (time-of-flight secondary ion mass spectrometry) and high-resolution x-ray photoelectron spectroscopy (XPS). In order to treat the SIMS data quantitatively, a normalisation routine had to be devised to address the problems of ions possessing different ionisation probabilities. This was achieved by normalising the relative peak intensity (RPI). This normalised intensity (NRPI) represents the relative surface coverage and allows the comparison of different molecular fragments. It is shown that fragments belonging to the same molecule behave identically. Normalising the RPI allows the quantitative comparison of different adsorbates or different substrates. A relative order of the strength of adsorption of the resins is then established by calculating the Langmuir constant b from the adsorption isotherms. It is also shown that the shape of the adsorption uptake curves may be related to the mode of adsorption of individual resins, an observation that is confirmed by the high-resolution XPS investigation of the melamine-formaldehyde resin.

Résumé

L’adsorption de plusieurs composants d’une solution diluée sur l’acier galvanisé a été examinée en utilisant la ToF -SIMS (spectrmétie de masse d’ions secondaire à masse de vol) et la spectroscopie électronique des rayons X à haute résolution (XPS). Pour traiter les données SIMS quantitativement on a dû mettre au point une routine de normalisation pour aborder les problèmes posés par les ions qui possédaient des probabilités d’ionisation variées. Cela a été accompli en normalisant l’intensité relative des sommets (RPI). Cette intensité normalisée (NRPI) représente la couverture relative de la surface et permet la comparaison de différents fragments moléculaires. II est montré qui les fragments qui appartiennent à la même molécule se comportent d’une manière identique. La normalisation de la RPI permet la comparaison quantitative de diverses substances adsorbées ou de divers substrats. Un ordre relatif de l’intensité de l’adsorption des résines est ensuite établi par calcul de la constante b de Langmuir, à partir des isothermes d’adsorption. On a montré aussi que la forme des courbes du graphique prise d’adsorption, pourrait être associée à la méthode d’adsorption des résines particulières, observation qui est confirmée par l’examination XPS à haute résolution de la résine de mélamine — formaldéhyde.

Zusammenfassung

Die Adsorption verschiedener Lackkomponenten von einer verdünnten Lösung an galvanisierten Stahl wurde mittels ToF-SIMS (Flugzeit-Sekundärionenmassenspektroskopie) und hochaufgelöste Röntgen Fotoelektronspektroskopie (XPS) untersucht. Um die SIMS-Daten quantitativ aufzunehmen, wurde eine Normalisationsroutine durchgeführt um das Problem der variierenden Ionisierungswahrscheinlichkeiten der lonen anzugehen. Zu diesem Zweck wurde der relative Intensiätshöhepunkt (RPI) normalisiert. Die normalisierte relative Intensiätshöhepunkt (NRPI) stellt die relative Oberflächendeckung dar und erlaubt den Vergleich verschiedener Molekülfragmente. Die Studie zeigte daß Fragmente desselben Moleküls die gleichen Eigenschaften aufweisen. Die Normalisierung des RPI erlaubt den quantitativen Vergleich verschiedener Adsorbate oder verschiedener Substrate. Es ist möglich die Stoffe nach der Stärke ihrer Harzadsorption zu ordnen, indem man die Langmuir-Konstante b von den Adsorptionisothermen berechnet. Wir zeigen auch daß die Form der Adsorptionsaufnahmekurve von dem Adsorptionsmodus individueller Harze abhängen kann, eine Beobachtung, die sich durch hochaufgelöste Röntgen Fotoelektronspektroskopie des Melamin-Formaldehydharzes bestätigen läßt.