耐酸雨涂料的研究

   日期:2022-02-07     浏览:157    
核心提示:酸雨定义pH值小于5.6的雨、雪、霜、雾或其它形式的大气降水。形态可分为:*湿沉降-所有气状污染物和粒状污染物,伴随雨、雪、雾
酸雨定义
•pH值小于5.6的雨、雪、霜、雾或其它形式的大气降水。
•形态可分为:
*湿沉降-所有气状污染物和粒状污染物,伴随雨、雪、雾或雹等形态的大气降水。
*干沉降-没有降水的时候,从空中降下來的尘埃所帶的酸性物质。

酸雨污染物的来源
•自然污染
*火山喷发的硫化物和固体悬浮物
*动植物分解的有机酸,
*土壤微生物分解释放的硫化物等
•人为污染
*煤、石油等燃料的燃烧
*汽车尾气的排放等

酸雨的形成
•雨除作用:高空云层内,在雨滴形成之初酸性污染物被吸收或者成为凝结核,从而连同雨水一同降落地面的现象。
•雨冲作用:在雨水降落过程中,将下层大气的污染物冲刷至地面的现象。

酸雨成分
•水
•碳酸
•硫酸-主要的酸性物质
•硝酸-主要的酸性物质

酸雨与各种溶液的酸碱度比較

酸雨率的定义
•酸雨率=某地年酸雨降落次数/年降雨总次数
•酸雨率和年均降水pH值是判别某地区是否为酸雨区的重要指标。

涂料耐酸雨的重要性
•酸雨腐蚀漆膜机理

酸雨对建筑物外观的影响
•对浅色漆的耐沾污性的影响:尤其是在重庆等粉尘污染极为严重的地区,空气中的粉尘和酸雨协同作用,使得外墙极为容易变脏。


•对深色漆的外观影响:

•生成白色的沉淀物附着在漆膜上,影响建筑物外墙的美观性。



酸雨对建筑物基材的破坏
•酸雨腐蚀建筑物,使钢筋混凝土失去原有强度,同时对漆膜的附着力产生影响,包括四个方面:
•硫酸盐对混凝土的膨胀破坏

•酸对混凝土的溶解性破坏

•导致混凝土的碳化

•酸对钢筋的腐蚀:
–主要是化学腐蚀和电化学腐蚀

酸雨对漆膜的破坏



影响涂料耐酸雨的主要因素
•乳液:
–化学稳定性
–耐沾污性
–对填料的包裹能力
–疏水性
–基材附着力
–户外耐候性
•漆膜的疏水性和表面光滑度

•涂料配方的PVC(PVC<CPVC)•乳液聚合物能够完全包裹颜填料表面,形成一层完整的漆膜,保护颜填料。

•涂料配方的PVC(PVC>CPVC)•乳液聚合物不能完整包裹在颜填料的表面,使得酸性污染物可以轻易嵌在孔隙中,产生腐蚀。

•在漆膜形成后,在乳液粒子的边缘会有空隙,雨水会渗入漆膜。

•填料
–a、使用化学惰性颜填料,避免使用反应性填料,如碳酸钙等
–b、避免使用高吸油量的填料
–c、使用高纯度的填料
•d、填料的形状和多孔性

提高涂料耐酸雨性的主要因素
•选用优质的乳液
–化学稳定性好
–耐沾污性强
–对颜填料的包裹能力强
–良好的基材附着力和耐水性
–户外耐候性好
–如Primal AC-808

•提高漆膜的疏水性和表面光滑度
•涂料配方的PVC<CPVC
•填料的选择:
•具有化学惰性,低吸油量,片状的填料,如重晶石粉,霞石粉等
•填料的选择:
*使用遮盖聚合物(OP)
*化学稳定性好
*良好的耐沾污性
*低的吸油量
*比一般颜填料有更高的疏水性
*如Ropaque优创-E

遮盖聚合物提高漆膜的耐酸雨性
•PVC<CPVC
•由于普通乳液聚合物的玻璃化温度相对较低,容易吸引酸性污染物粒子沾附其上,造成酸雨腐蚀和耐沾污性下降。
•加入遮盖聚合物后,较硬的遮盖聚合物替代了部分较软的乳液聚合物,使涂膜的硬度提高,形成相当致密的漆膜,酸性污染物很难附着其上,同时提高了漆膜的疏水性,而且遮盖聚合物具有良好化学稳定性,使得漆膜的耐酸雨性大为提高。

•PVC>CPVC
•如下图所示,颜填料颗粒之间的空洞较大,粒径为5~30微米的酸性污染物易嵌入其中,通过孔隙腐蚀漆膜。

•PVC>CPVC
•从下面放大100倍的图像来看,加入遮盖聚合物后的漆膜已相当致密,酸性污染物很难附着其上,同时涂膜的表面趋于光滑。使得漆膜的耐酸雨性相对提高。

罗门哈斯公司涂料耐酸雨性的测试方法
•范围:该实验提供了加速评价涂料漆膜耐酸雨能力的方法。该方法通过强调酸雨条件对涂料漆膜的影响,为涂料在酸雨气候条件的性能提供快速初步的判断。如果需要正确评价酸雨气候条件对于漆膜的影响,我们必须综合考虑酸雨条件、温度、湿度、紫外照射等各方面的因素。
•定义:该实验方法通过模拟酸雨条件下反复腐蚀漆膜表面的方法,通过评价漆膜表面的变化来判断涂料漆膜耐酸雨的能力.
•安全防护
–个人防护用品:
•建议使用安全眼镜.
•建议实验服
–注意: 在配置酸雨溶液时尤其注意应将硫酸或硝酸缓缓加入水中,并适当搅拌以免局部过热造成液体飞溅
•实验仪器:
–浓硫酸浓度96-98% 分析纯
–浓硝酸浓度65-68% 分析纯
–氯化钠分析纯
–氢氧化钠分析纯
–滴管
•实验步骤
–A 酸雨溶液配制
在10升5%浓度的氯化钠溶液中缓慢加入12ml硝酸和17.3ml浓硫酸,加入时适当搅拌使热量分散而避免液体飞溅,然后用10%的氢氧化钠溶液调节pH值到3.5。
–B 样板制备
底材为石棉水泥板,尺寸为150mm×70mm×3mm,其处理按GB 9271中5.3条规定进行,涂料测试样品中加入4%(重量比)的
CIBA 公司红色色浆 Unisperse red 3RS-S后混合均匀。采用线棒
涂布器在石棉水泥板上涂布两道,道120μm,第二道80μm,两道间隔6h,恒温恒湿室内养护7天
–C 酸雨模拟试验
养护完成后,将样板斜靠于垂直表面,将配制酸雨溶液用滴管沿着样板上部滴下,干燥后在同一位置反复滴加酸雨溶液,45次循环后观察漆膜表面有无变化。
•实验报告:
观察漆膜表面有无白色流痕或其他变化
•参考资料
–1 Accelaratedacid etch for automotive clearcoats., Joint research project provide by BASF and Q-panel
–2 Development of simulated acid rain using CCT method .,ASTM STP 1202
耐酸雨推荐配方

涂料性能(所有性能均基于真实试验,但不应被视为规格)




耐沾污测试


小结
•长江以南的大部分地区有较严重的酸雨问题
•耐酸雨涂料配方技巧:
–选用优质乳液,如Primal AC-808
–提高漆膜的疏水性和光滑度
–涂料配方PVC<CPVC
–具有化学惰性,低吸油量,片状的填料
–使用遮盖聚合物(OP),如Ropaque优创-E
 









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