Hiệu suất chống thấm nước và hiệu quả chống ẩm của bề mặt rắn acrylic cần được phân tích từ ba chiều: cấu trúc hóa học của vật liệu, cơ chế tương tác giao diện và đặc điểm tương tác môi trường. Hiệu quả bảo vệ của nó cần được xác minh kết hợp với các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và các tình huống thực tế. Sau đây là bản trình bày chi tiết có hệ thống từ ba khía cạnh: nguồn hiệu suất, phương pháp thử nghiệm và các dạng lỗi:
Đầu tiên, cơ sở hóa học và đặc điểm cấu trúc của hiệu suất chống thấm nước
Đặc tính năng lượng bề mặt thấp
Sự chênh lệch phân cực giữa nhóm este (-COO-) và chuỗi alkyl (-CnH2n+1) trong nhựa acrylic dẫn đến lực liên phân tử tương đối yếu, làm cho bề mặt lớp phủ có năng lượng bề mặt thấp 15-30 mN/m. Ví dụ, Góc tiếp xúc với nước của lớp phủ acrylic nguyên chất có thể đạt tới 90°-105°, và các giọt nước trên bề mặt có trạng thái gần như hình cầu, làm giảm đáng kể xu hướng ướt.
Cấu trúc mạng liên kết chéo
Mạng liên kết ngang ba chiều được hình thành bởi các monome đa chức năng (chẳng hạn như trihydroxymethylpropane triacrylate) có thể ngăn chặn sự xâm nhập của các phân tử nước. Ví dụ, lớp phủ có mật độ liên kết ngang 80% có thể có tỷ lệ hấp thụ nước được kiểm soát dưới 0,5%, thấp hơn nhiều so với mức 3%-5% của polyme tuyến tính.
Xây dựng cấu trúc micro-nano
Hiệu ứng siêu kỵ nước có thể đạt được bằng cách hình thành cấu trúc thô có bước sóng 50-200 nm trên bề mặt lớp phủ thông qua phương pháp tách pha hoặc phương pháp khuôn. Ví dụ, việc đưa các vi pha fluoropolymer vào lớp phủ acrylic có thể làm tăng Góc tiếp xúc với nước lên hơn 150° và Góc lăn lên dưới 5°.
Thứ hai, cơ chế và các yếu tố ảnh hưởng đến tác dụng chống ẩm
Rào cản khuếch tán phân tử nước
Cấu trúc liên kết ngang dày đặc có thể kéo dài đường khuếch tán của các phân tử nước. Ví dụ, trong môi trường 85%RH, tốc độ truyền hơi nước (WVTR) của lớp phủ liên kết ngang có thể thấp tới 1 g/(m²·24h), trong khi tốc độ truyền hơi nước của lớp phủ không liên kết ngang có thể đạt tới 5 g/(m²·24h).
Độ bám dính bề mặt được cân bằng
Độ bám dính giữa lớp phủ và chất nền cần phải lớn hơn năng lượng hấp phụ của các phân tử nước tại bề mặt. Ví dụ, khi độ bám dính đạt 3 MPa, nó có thể chống lại sự xâm nhập bề mặt của các phân tử nước trong phạm vi từ -20oC đến 60oC, tránh hiện tượng bong tróc.
Khả năng thích ứng môi trường
Sự thay đổi nhiệt độ sẽ ảnh hưởng đến hệ số giãn nở của lớp phủ và sức căng bề mặt của nước. Ví dụ, ở -10oC, động năng của các phân tử nước giảm, điều này có thể làm tăng cường sự ngưng tụ trong các vi lỗ của lớp phủ. Ở 40oC, áp suất hơi nước tăng lên và cần mật độ liên kết ngang cao hơn để duy trì khả năng chống ẩm.
Thứ ba, các phương pháp thử nghiệm hiệu suất chống thấm nước và chống ẩm
Đo góc tiếp xúc tĩnh
Sử dụng máy đo góc tiếp xúc quang học, 2 μL nước khử ion được thả vào trong điều kiện 25oC và độ ẩm tương đối 50%, đồng thời ghi lại những thay đổi về Góc tiếp xúc trong vòng 30 giây. Ví dụ, Góc tiếp xúc ban đầu của lớp phủ acrylic chất lượng cao có thể đạt tới 100° và sự thay đổi nhỏ hơn 2° trong vòng 60 giây.
Thí nghiệm hấp thụ nước động
Ngâm mẫu đã tráng trong nước khử ion và cân thường xuyên để ghi lại những thay đổi về chất lượng. Ví dụ, sau 24 giờ ngâm, lớp phủ có tỷ lệ hấp thụ nước thấp hơn 0,8% có thể được coi là có khả năng chống nước tốt. Nếu tỷ lệ hấp thụ nước vượt quá 2%, có thể có khuyết tật lỗ chân lông nhỏ.
Kiểm tra chu kỳ độ ẩm cao
Lưu thông trong 24 giờ giữa 85%RH và 40oC và 25%RH và 20oC trong 100 lần liên tiếp. Quan sát xem lớp phủ có bị phồng rộp, đổi màu hoặc giảm độ bám dính hay không. Ví dụ: nếu độ bám dính giảm không quá cấp 1 sau khi lưu thông (bằng phương pháp lưới).
Kiểm tra tốc độ truyền hơi nước
Theo tiêu chuẩn ASTM E96, WVTR được xác định bằng phương pháp cốc hoặc phương pháp cảm biến hồng ngoại. Ví dụ, trong điều kiện 38oC và độ ẩm tương đối 90%, lớp phủ có WVTR thấp hơn 2 g/(m²·24h) phù hợp với các tình huống có yêu cầu chống ẩm cao.
Thứ tư, Các phương thức thất bại và chiến lược cải tiến
Khuyết tật lớp phủ gây ra sự thâm nhập
Lỗ kim hoặc bong bóng có thể gây ra lỗi chống thấm cục bộ. Ví dụ, lỗ kim có đường kính 0,1 mm có thể tăng tỷ lệ hấp thụ nước tổng thể của lớp phủ lên 30%. Các phương pháp cải tiến bao gồm tối ưu hóa quá trình phun (như tăng áp suất phun lên 0,3 MPa) hoặc áp dụng lớp phủ nhiều lớp.
Giao diện gỡ lỗi dẫn đến thất bại
Sự hấp phụ của các phân tử nước ở bề mặt tiếp xúc giữa lớp phủ và chất nền sẽ làm suy yếu độ bám dính. Ví dụ, trên nền bê tông, nếu không tiến hành xử lý lớp lót, độ bám dính có thể giảm 40% sau sáu tháng. Các giải pháp bao gồm sử dụng chất kích thích bám dính hoặc tăng độ dày lớp phủ lên hơn 150 μm.
Xói mòn hóa học làm hư hỏng cấu trúc
Môi trường axit và kiềm sẽ đẩy nhanh quá trình thủy phân của lớp phủ. Ví dụ, sau khi ngâm trong dung dịch axit có pH=2 trong 72 giờ, mật độ liên kết ngang của lớp phủ có thể giảm 25%. Các hướng cải tiến bao gồm việc đưa ra các nhóm kháng thủy phân (như siloxan) hoặc tăng độ cứng của lớp phủ lên hơn 2H.
Thứ năm, xác minh các kịch bản ứng dụng thực tế
Bảo vệ tường bên ngoài tòa nhà
Ở những nơi có mưa, cần kiểm tra khả năng chống xói mòn do nước mưa của lớp phủ. Ví dụ, thông qua thử nghiệm phun mô phỏng lượng mưa trong 10 năm (khoảng 3000 mm), hãy quan sát xem lớp phủ có xuất hiện bột hay bong tróc hay không.
Bao bì thiết bị điện tử
Đối với môi trường có độ ẩm cao (như 85%RH, 85oC), cần kiểm tra tác dụng bảo vệ của lớp phủ trên bảng mạch. Ví dụ: sau thử nghiệm 1000 giờ, điện trở cách điện của bảng mạch được bảo vệ bởi lớp phủ chống ẩm phải duy trì trên 10¹² Ω.
Chống ăn mòn công trình ngầm
Trong trường hợp thấm nước ngầm, cần đánh giá khả năng chống phân hủy catốt của lớp phủ. Ví dụ, sau khi được duy trì ở điện thế -1,5V trong 28 ngày, bán kính bong tróc giữa lớp phủ và nền kim loại phải nhỏ hơn 5 mm.
