El rendimiento impermeable y el efecto a prueba de humedad de las superficies sólidas acrílicas deben analizarse a partir de tres dimensiones: la estructura química del material, el mecanismo de interacción de la interfaz y las características de interacción ambiental. Su eficacia protectora debe verificarse en combinación con pruebas de laboratorio y escenarios reales. La siguiente es una elaboración sistemática de tres aspectos: fuentes de rendimiento, métodos de prueba y modos de falla:
Primero, la base química y las características estructurales del rendimiento impermeable
Bajas características de energía superficial
La diferencia de polaridad entre el grupo éster (-COO-) y la cadena alquilo (-CNH2N+1) en la resina acrílica conduce a una fuerza intermolecular relativamente débil, dotando la superficie de recubrimiento con una energía superficial baja de 15-30 mn/m. Por ejemplo, el ángulo de contacto con el agua del recubrimiento acrílico puro puede alcanzar 90 ° -105 °, y las gotas de agua en la superficie presentan un estado casi esférico, reduciendo significativamente la tendencia de humectación.
Estructura de red reticulada
The three-dimensional cross-linked network formed by multi-functional monomers (such as trihydroxymethylpropane triacrylate) can prevent the penetration of water molecules. For instance, a coating with a crosslinking density of 80% can have its water absorption rate controlled below 0.5%, which is much lower than the 3%-5% of linear polymers.
Micro-nano structure construction
Superhydrophobic effects can be achieved by forming a rough structure of 50-200 nm on the coating surface through phase separation or template method. For instance, introducing fluoropolymer microphases into acrylic coatings can increase the water contact Angle to over 150° and the rolling Angle to less than 5°.
Second, the mechanism and influencing factors of moisture-proof effect
Barrera de difusión de la molécula de agua
The dense cross-linked structure can prolong the diffusion path of water molecules. For example, in an environment of 85%RH, the water vapor transmission rate (WVTR) of the cross-linked coating can be as low as 1 g/(m²·24h), while that of the uncross-linked coating may reach 5 g/(m²·24h).
La adhesión interfacial está equilibrada
La adhesión entre el recubrimiento y el sustrato debe ser mayor que la energía de adsorción de las moléculas de agua en la interfaz. Por ejemplo, cuando la adhesión alcanza 3 MPa, puede resistir la penetración interfacial de las moléculas de agua dentro del rango de -20 ℃ a 60 ℃, evitando el fenómeno de la desunión.
Adaptabilidad ambiental
Los cambios de temperatura afectarán el coeficiente de expansión del recubrimiento y la tensión superficial del agua. Por ejemplo, a -10 ℃, la energía cinética de las moléculas de agua disminuye, lo que puede intensificar la condensación en los microporos del recubrimiento. A 40 ℃, la presión de vapor de agua aumenta y se requiere una mayor densidad de reticulación para mantener la resistencia a la humedad.
Tercero, los métodos de prueba para el rendimiento impermeable y a prueba de humedad
Medición del ángulo de contacto estático
Using an optical contact Angle meter, 2 μL of deionized water was dropped in under the conditions of 25℃ and 50%RH, and the changes in the contact Angle within 30 seconds were recorded. For example, the initial contact Angle of high-quality acrylic coating can reach 100°, and the change is less than 2° within 60 seconds.
Experimento de absorción de agua dinámica
Remoje la muestra recubierta en agua desionizada y la sopés regularmente para registrar los cambios de calidad. Por ejemplo, después de 24 horas de remojo, se puede considerar que un recubrimiento con una tasa de absorción de agua inferior al 0,8% tiene una buena resistencia al agua. Si la tasa de absorción de agua excede el 2%, puede haber defectos de micro porcentaje.
Prueba de ciclo de humedad alta
Circulate for 24 hours between 85%RH and 40℃ and 25%RH and 20℃ for 100 consecutive times. Observe whether the coating shows blisters, discoloration or a decrease in adhesion. For example, if the adhesion decreases by no more than grade 1 after circulation (by the grid method).
Water vapor transmission rate test
According to the ASTM E96 standard, the WVTR was determined by the cup method or the infrared sensor method. For instance, under conditions of 38℃ and 90%RH, coatings with WVTR lower than 2 g/(m²·24h) are suitable for scenarios with high moisture-proof requirements.
Fourth, Failure Modes and improvement Strategies
Coating defects cause penetration
Los agujeros o burbujas pueden causar falla de impermeabilización local. Por ejemplo, los agujeros con un diámetro de 0.1 mm pueden aumentar la tasa general de absorción de agua del recubrimiento en un 30%. Los métodos de mejora incluyen optimizar el proceso de pulverización (como aumentar la presión de atomización a 0.3 MPa) o adoptar recubrimiento de múltiples capas.
El desgaste de la interfaz conduce al fracaso
La adsorción de las moléculas de agua en la interfaz de sustrato de recubrimiento debilitará la adhesión. Por ejemplo, en un sustrato de concreto, si no se lleva a cabo un tratamiento de cebador, la adhesión puede disminuir en un 40% después de seis meses. Las soluciones incluyen el uso de promotores de adhesión o aumentar el espesor de recubrimiento a más de 150 μm.
La erosión química daña la estructura
Acidic and alkaline environments will accelerate the hydrolysis of the coating. For instance, after being immersed in an acidic solution with pH=2 for 72 hours, the cross-linking density of the coating may decrease by 25%. The improvement directions include introducing hydrolysis-resistant groups (such as siloxanes) or increasing the hardness of the coating to more than 2H.
Fifth, verification of actual application scenarios
Building exterior wall protection
In rainy areas, it is necessary to verify the coating’s resistance to rainwater erosion. For example, through a spray test simulating 10 years of rainfall (approximately 3000 mm), observe whether the coating shows powdering or peeling.
Packaging of electronic equipment
For high-humidity environments (such as 85%RH, 85℃), it is necessary to test the protective effect of the coating on the circuit board. For instance, after a 1000-hour test, the insulation resistance of the circuit board protected by the moisture-free coating should remain above 10¹² Ω.
Anti-corrosion of underground facilities
In the scenario of groundwater infiltration, it is necessary to evaluate the cathodic disbondment resistance of the coating. For example, after being maintained at a potential of -1.5V for 28 days, the peeling radius between the coating and the metal substrate should be less than 5 mm.
