The waterproof performance and moisture-proof effect of acrylic solid surfaces need to be analyzed from three dimensions: the chemical structure of the material, the interface interaction mechanism, and the environmental interaction characteristics. Its protective efficacy should be verified in combination with laboratory tests and actual scenarios. The following is a systematic elaboration from three aspects: performance sources, test methods, and failure modes:
First, the chemical basis and structural characteristics of waterproof performance
Low surface energy characteristics
A diferença de polaridade entre o grupo éster (-COO-) e a cadeia alquílica (-CnH2n+1) na resina acrílica leva a uma força intermolecular relativamente fraca, dotando a superfície do revestimento com uma baixa energia superficial de 15-30 mN/m. Por exemplo, o ângulo de contato com a água do revestimento acrílico puro pode atingir 90°-105°, e as gotas de água na superfície apresentam um estado quase esférico, reduzindo significativamente a tendência de umedecimento.
Estrutura de rede reticulada
A rede reticulada tridimensional formada por monômeros multifuncionais (como o triacrilato de trihidroximetilpropano) pode impedir a penetração de moléculas de água. Por exemplo, um revestimento com densidade de reticulação de 80% pode ter sua taxa de absorção de água controlada abaixo de 0,5%, o que é muito inferior aos 3%-5% dos polímeros lineares.
Construção de estrutura micro-nano
Os efeitos superhidrofóbicos podem ser alcançados formando uma estrutura rugosa de 50-200 nm na superfície do revestimento através de separação de fases ou método de molde. Por exemplo, a introdução de microfases de fluoropolímero em revestimentos acrílicos pode aumentar o ângulo de contato com a água para mais de 150° e o ângulo de laminação para menos de 5°.
Em segundo lugar, o mecanismo e os fatores que influenciam o efeito à prova de umidade
Water molecule diffusion barrier
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).
The interfacial adhesion is balanced
The adhesion between the coating and the substrate needs to be greater than the adsorption energy of water molecules at the interface. For example, when the adhesion reaches 3 MPa, it can resist the interfacial penetration of water molecules within the range of -20℃ to 60℃, avoiding the phenomenon of debonding.
Environmental adaptability
As mudanças de temperatura afetarão o coeficiente de expansão do revestimento e a tensão superficial da água. Por exemplo, a -10°C, a energia cinética das moléculas de água diminui, o que pode intensificar a condensação nos microporos do revestimento. A 40°C, a pressão do vapor de água aumenta e é necessária uma densidade de reticulação mais alta para manter a resistência à umidade.
Terceiro, os métodos de teste para desempenho à prova d'água e à prova de umidade
Medição de ângulo de contato 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.
Dynamic water absorption experiment
Soak the coated sample in deionized water and weigh it regularly to record the quality changes. For example, after 24 hours of soaking, a coating with a water absorption rate lower than 0.8% can be regarded as having good water resistance. If the water absorption rate exceeds 2%, there may be micro-pore defects.
High humidity cycle test
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
Pinholes or bubbles can cause local waterproofing failure. For example, pinholes with a diameter of 0.1mm can increase the overall water absorption rate of the coating by 30%. Improvement methods include optimizing the spraying process (such as increasing the atomization pressure to 0.3 MPa) or adopting multi-coat coating.
Interface debonding leads to failure
The adsorption of water molecules at the coating-substrate interface will weaken the adhesion. For instance, on a concrete substrate, if no primer treatment is carried out, the adhesion may decrease by 40% after six months. The solutions include using adhesion promoters or increasing the coating thickness to over 150 μm.
Chemical erosion damages the structure
Ambientes ácidos e alcalinos acelerarão a hidrólise do revestimento. Por exemplo, após ser imerso numa solução ácida com pH=2 durante 72 horas, a densidade de reticulação do revestimento pode diminuir em 25%. As direções de melhoria incluem a introdução de grupos resistentes à hidrólise (como os siloxanos) ou o aumento da dureza do revestimento para mais de 2H.
Quinto, verificação de cenários reais de aplicação
Proteção de parede externa de construção
Em áreas chuvosas é necessário verificar a resistência do revestimento à erosão pluvial. Por exemplo, através de um teste de pulverização simulando 10 anos de chuva (aproximadamente 3.000 mm), observe se o revestimento apresenta pó ou descascamento.
Embalagem de equipamentos eletrônicos
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.
