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
Temperature changes will affect the expansion coefficient of the coating and the surface tension of water. For example, at -10℃, the kinetic energy of water molecules decreases, which may intensify the condensation in the micropores of the coating. At 40℃, the water vapor pressure increases, and a higher crosslinking density is required to maintain moisture resistance.
Third, the testing methods for waterproof and moisture-proof performance
Static contact Angle measurement
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
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
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.
