建立湿杯法测试涂膜水蒸气透过率菲比

建立湿杯法测试涂膜水蒸气透过率

1 引言

不同的应用领域, 对涂膜的水蒸气透过性有不同的要求。如文物保护涂料, 在使用过程中, 不但要求有较好的保护和装饰作用, 而且对其透汽性有较高的要求, 使基材的水分以较快速率蒸发出去,避免因水气的滞留导致漆膜起泡、脱落。关于涂膜水蒸气透过性的测试方法报道很少, 国家标准也没有针对涂膜方面的要求, 因此建立这项指标的测试方法非常必要中国涂料在线coatingol.com。测试材料的水蒸气透过率有两种方法可供选择, 即干杯法和湿杯法。马捷等已经介绍了干杯法[ 1] , 考虑到外墙涂料所接触的大气环境湿度往往比较大, 认为有必要建立湿杯法测定涂膜水蒸气透过率。本研究参照美国资料[ 2] 建立了此方法。

2 实验方法

2.1 实验原理

在测试容器中加入一定量的水, 用测试的涂膜将测试容器开口处密封好( 密封剂必须不影响水蒸气透过或水蒸气压力, 并不会增重或减重) , 在规定测试条件下, 每24h 称重一次, 做重量) 时间图, 由斜率计算出水蒸气透过率。并做出膜厚) 水蒸气透过率图。

2.2 材料及仪器

涂料( 自制) , 涂布器( 15Lm、25Lm、80Lm、100Lm) , 平口玻璃瓶3 个, 蜂蜡, 松香, 分析天平, 玻璃板, PVC 薄膜, 塑料板, 锡箔纸。

2.3 游离涂膜的制备

将自制的文物保护涂料搅拌均匀, 取适量涂料均匀置于底材一端, 双手均匀加力, 连续一次性完成刮涂; 刮涂后凉置4h, 再刮涂第二道涂料; 然后在恒温恒湿, 即温度( 23士 0.6)oc 、相对湿度( 50士 2) %的条件下养护两天, 将涂膜从底材剥离,然后再于恒温恒湿条件下养护7 天; 仔细检查涂膜表面, 剔除存在孔洞、褶皱、沾污等缺陷的膜片,并透光检查涂膜厚度的均匀性; 用圆形切刀在成型涂膜的预选部位裁切试样; 用精度为0.001mm 的测厚仪测定试样厚度, 至少选取3 个测试点, 取测量数据的平均值为该试样的厚度; 将制备好的试样用洁净的纸张隔离, 在恒温恒湿条件下保存、备用。

2.4 湿容器的封装

在干燥洁净的容器中盛置蒸馏水, 水面高度距瓶口6mm。将备用的游离涂膜均匀紧绷地密封好湿容器瓶口, 再以熔融的蜂蜡和松香混合物密封好, 使水蒸气不能从瓶口边缘处漏出。

2.5 实验透湿面积及条件

实验的透湿面积分别为: 2015.45mm2、2009.88mm2、2351.37mm2、2379.99mm2、3155.35mm2, 即直径对应为:50.67mm、50.60mm、54.73mm、55.06mm、63.40mm。实验均在温度( 23士 0.6) 、相对湿度( 50 士2)% 下进行。

2.6 试样称量和测量周期

采用精度为0.0001g 的分析天平称量透湿杯,记录透湿杯重量和称量时间, 每次称量周期为24h, 每次称量时间控制在10min 内。实验7 天后对比透湿杯的质量变化, 做时间) 质量图求出斜率。

2.7 实验结果的表示与计算

采用水蒸气透过率(WVT) 表示实验结果:

WVT = $m/ (A?t )

式中: WVT 为水蒸气透过率, g/ ( h?m2 ) ;$m 为质量变化量, g; A 为实验透湿面积, m2; t为测量时间, h。

3 结果与讨论

3.1 涂料成膜底材的选择

对各种成膜底材进行选择试验, 认为以玻璃板为底材时, 膜层均匀连续光滑, 容易剥离, 并且玻璃价格低廉, 可重复使用, 比较适合。

3.2 涂膜厚度实验

根据不同涂料试样的要求, 使用一定规格涂布器, 在干净光滑的玻璃板上制备试样涂膜, 测定其厚度。实验结果表明, 涂布器实际涂布出的涂膜厚度比其相应规格的尺寸要小, 而且随着涂布器尺寸的减小, 这种误差逐渐降低。80Lm 的涂布器涂出的涂膜厚度误差达到25% , 25Lm 的涂布器涂出的涂膜厚度误差达10% 。因此, 必须用膜厚仪准确测量干涂膜的厚度。

3.3 恒温恒湿条件下水蒸气透过率实验

3.3.1 水蒸气透过率

以不同膜厚的游离涂膜在温度( 23士 0.6)oc 、相对湿度( 50 士 2)% 条件下, 每24h 测试一次透湿杯的重量。做质量) 时间关系图, 数据见表1。

不同膜厚游离涂膜水蒸气透过率情况

以时间为横轴, 质量为纵轴, 进行线形方程回归, 见图1。由图1 可见, 随时间的增加, 透湿杯的质量均匀地减少。说明对一定厚度的游离涂膜, 其透汽性是恒定值, 即相当于图中的直线斜率。

水蒸气透过率与时间关系

3.3.2 膜厚对透汽性的影响

不同的膜厚必然会影响到涂膜的透汽性, 涂膜厚度越大, 其透汽性越差, 结果见表2。

膜厚与透汽率关系

膜厚对透汽性影响趋势见图2。另外, 涂膜厚度的不均一性也影响涂膜的透汽性, 直接影响涂膜保护功能的好坏。

膜厚对透汽性的影响

4 结论

( 1) 本方法简捷实用, 测试数据准确, 误差小, 适合于实验室、工厂质检部门对涂膜透汽性的检测。

( 2) 在游离膜制备过程中, 应注意膜与基材的分离。必须保证膜要连续, 厚度均匀, 表面光滑无气泡、针孔、鱼眼。

( 3) 从实验结果可以看出, 文物保护涂料透汽性能良好。涂膜的透汽性与膜厚有很大的相关性, 透汽性随膜厚的增加而减小, 与膜厚之间成双曲线变化;同时, 涂膜的透湿面积对透汽率影响并不大。

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