涂料防結露性能測試系統與測試方法

專利名稱：涂料防結露性能測試系統與測試方法
技術領域：
本發明涉及建筑材料的測試與評價，主要涉及建筑涂料的防結露性能的測試，具體涉及其測試系統和測試方法。
背景技術：
建筑裝飾裝修用材料，如涂料、壁紙、瓷磚等，這些材料的吸水性和透氣性差。在秋冬和梅雨季節，尤其是在廚房、衛生間、地下室等位置，以及通風不好的場所，環境空間的相對濕度高、溫差大，空氣中的水蒸氣在建筑表面易出現過飽和，從而形成水滴或水流，致使建筑物表面結露，嚴重時建筑內部也會出現結露。建筑結露的現象在日常生活中普遍存在，其不僅影響建筑的美觀，影響居室環境的舒適度，危害人體健康，嚴重時更會影響建筑安全性和使用壽命。在一些特殊場所，如高精密的電子儀器等存放與生產場所，會造成巨大的經 濟損失。近年來，隨著人們對人居環境質量要求的提高，以及響應建筑節能要求和建筑材料綠色化的發展宗旨，防結露涂料的開發應運而生。防結露涂料不僅具有普通涂料的裝飾裝修功能，同時能夠有效的改善或治理建筑結露問題。最早，于20世紀60年代，日本、美國就有學者從事防結露涂料開發工作，于80年我國有個別學者從事防結露功能涂料開發。國夕卜，在20世紀末，隨著防結露涂料產品技術成熟，建立了涂料防結露性能測試與評價方法，防結露涂料業得到了一定的市場應用。而我國，防結露涂料的研究開發一直仍處于基礎研究階段，還缺乏成熟的產品，更缺乏測試系統與測試方法。在我國，防結露建筑涂料的研究不多，目前學者測試涂料的防結露性能，多是引用日本的防結露測試裝置和方法。該方法主要是結合當時防結露涂料產品的研究技術水平，專門為厚質涂料的防結露性能測試制定。它是通過測試一段時間內5mm厚涂料吸附水蒸氣的質量，來評價涂料的防結露性能，這種方法實際上測試的是涂料的吸水性能，并不是直接測試涂料的防結露性能。同時，這種測試方法的測試對象多數是厚質涂料，不能夠準確全面評價涂料的防結露性能。美國，于1974年制定了一個軍工用涂料防結露性能測試設備與方法，針對軍工涂料的應用場所制定，該方法所用材料設施簡單，人為操作誤差大，不能夠精確評價涂料的防結露性能。從以上分析可得，目前并沒有能夠準確、全面、科學評價涂料防結露性能的測試裝置與測試方法。

發明內容
因此，本發明在研究結露形成機理以及涂料防結露原理的基礎上，提供了一套能夠測試各種類型涂料的防結露性能的測試系統與測試方法。為實現上述目的，本發明采取以下技術方案一種涂料防結露性能測試系統，包括一溫濕度控制倉，一循環水浴，一涂料載體，一結露收集器，一電子天平，一計算機，以及連接管線和數據線。溫濕度控制倉為密閉倉，其上開設有密封口和密封門；循環水浴、計算機置于所述溫濕度控制倉外；涂料載體、結露收集器、電子天平置于溫濕度控制倉內，其中電子天平置于倉內最底部，通過數據線與倉外計算機相連；結露收集器置于電子天平上，且上部敞開；涂料載體穩定地懸置于倉內，且位于結露收集器的上方，且不與結露收集器接觸；涂料載體外表面涂有涂料，內部通過管線與倉外循環水浴連通。溫濕度控制倉內還設置有溫濕度控制儀，其中溫度控制儀有兩個，一個測試倉體空間溫度，另一個測試涂層內表面溫度。所述涂料載體是由傳熱材質制備而成的密閉中空體，中空體外涂有涂料，中空體上開設有密封口，所述管線通過此密封口連接到涂料載體上，并穿出所述溫濕度控制倉上的密封口與循環水浴連接。所述結露收集器是由厭水性材料制備而成。
所述結露收集器上部敞開孔徑大于所述涂料載體的底面最大徑向尺寸。所述循環水浴上有進、出水口，用進、出兩根管線連接到所述涂料載體內部。所述計算機內安裝有自動記錄和解算、繪制程序。本發明提供的一種涂料防結露性能的測試方法，使用上述涂料防結露性能測試系統，包括如下步驟I)將涂料均勻涂刷于涂料載體外表面，干燥后待用；2 )在密閉的溫濕度控制倉內，將電子天平放在底部，其上放置結露收集器，并將電子天平與倉外計算機用數據線連接好；將制備好的涂料載體放置于結露收集容器的正上方且不與之接觸，確保結露的水滴全部被結露收集容器收集；將涂料載體與倉外的循環水浴通過管路連接好；在倉內布置溫濕度控制儀，然后關閉倉門；3)設定溫濕度控制倉的溫濕度和循環水浴的溫度，使循環水浴的溫度低于溫濕度控制倉的溫度；4)開啟循環水浴、溫濕度控制儀，使之按照設定條件工作，同時開啟電子天平和計算機，試驗開始，計時并記錄電子天平的初始顯示質量；5)當第一滴結露水滴滴入結露收集器時，記錄時間，此時間為被測試涂料樣品的
結露點；6)根據試驗需要設定試驗周期,在試驗結束時記錄結束時間和結束時的天平顯示
質量;7)計算結露質量和結露速率結露質量W=M2-M1( I)結露速率:k=( I)
dl式中，M為被測試涂料樣品的總結露質量，M2為天平最終顯示質量，M1為天平初始顯示質量。k為涂料樣品的結露速率，將結露點的時間和初始質量作為起始點參數，結束時間和最終質量作為結束點參數，進行擬合。步驟I)中使用的涂料為液體時，直接均勻涂刷于涂料載體外表面，為粉體狀態時，將其用水攪拌均勻后，再均勻涂刷于涂料載體外表面；步驟2)中布置所述溫濕度控制儀時，一根溫度儀設置在倉體空間內，另一個設置在涂層內表面。
本發明采取了以上技術方案，其具有的有益效果是1、本發明采用了溫濕度控制倉，倉內裝有溫濕度控制儀，為試驗提供了穩定、可控的溫濕度環境。2、本發明還設計了涂料載體，用于涂刷待測涂料，該載體具有優異的傳熱性能，載體內部通入有傳熱介質使載體內部具有一溫度值，載體外則感受溫濕度控制倉的溫度具有另一溫度值，這樣就為試驗構造了必需的溫度梯度。3、本發明采用了循環水浴為涂料載體內部供應水，以滿足載體內的溫度條件，循環水浴可以保證溫度溫定。4、本發明還采用結露收集器來收集結露水滴，采用電子天平來稱量結露水滴的質量，采用計算機與電子天平相連，實時記錄，跟蹤測試，并進行結果解算，測試結果直觀可讀，更準確、更科學。整個測試系統的各種測試條件均為可控可調，滿足各種不同條件下涂料防結露性能測試分析的需要。5、本發明采用獨特的測試方法，實現了測試環境條件可控可調，滿足不同條件的測試需求。通過實際案例，證明了本發明的測試系統的科學性和實用性，測試方法的適用性和可行性。


圖I為本發明所用的涂料防結露性能測試系統示意圖。圖2為本發明對涂料的防結露性能測試曲線示意圖。圖3為本發明第一實施例的防結露性能測試曲線圖。圖4為本發明第一實施例的結露速率圖，包含測試曲線和擬合曲線，R2=I表明擬合度非常好。圖5為本發明第二實施例的防結露性能測試曲線圖。圖6為本發明第二實施例的結露速率圖，包含測試曲線和擬合曲線，R2=O. 99表明擬合度好。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例詳細介紹本發明。如圖I所示，本發明提出的防結露涂料測試系統，包括溫濕度控制倉1，循環水浴2，涂料載體3，結露收集器4，電子天平5，計算機6等系統主體，還有必要的連接裝置等。溫濕度控制倉I是為測試環境空間提供穩定、可控的溫濕度條件，因此必須保證密閉，不被外界干擾。溫濕度控制倉I上設置有密封口，用于穿越必要的連接設備用數據線和管線；溫濕度控制倉I上還設置有可移動或開啟的密封門，用于放入或取出測試樣品以及必需的設備和裝置(密封門圖中未示出)。溫濕度控制倉I內放置有涂料載體3、結露收集器4和電子天平5。涂料載體3穩定地設置在倉內并且不與結露收集器4接觸，它可以懸空放置，也可通過托架支撐。涂料載體3是由易傳熱的材質制備而成的中空體，要求密閉，并開有密封口，載體外表面涂刷有待測的防結露涂料，內部通過連接管線7與溫濕度控制倉I外部的循環水浴2連通，使涂料載體3的內部水浴環境與循環水浴2 —致。結露收集器4可以是由任何不會與水發生反應的材料制備而成的有固定形狀的器皿，放置在涂料載體3的下方，用于接收涂料載體3上結露滴下的水滴。結露收集器4上部敞開或開有孔，敞開孔徑必須要大于涂料載體3底面的最大徑向尺寸，以保證滴下的水滴全部被接收。并且結露收集器4放置在電子天平5之上。電子天平5用于稱量結露水的質量，其精度在O. Olg之上，具有高溫高濕的穩定性，能夠長時間測試；電子天平5并與計算機連接。計算機6是實現無人操作和自動控制的核心，安裝有自動記錄和繪制曲線程序，通過數據線與電子天平5相連，實時記錄測試過程。溫濕度控制倉I內除了設置有涂料載體3、結露收集器4和電子天平5主體部件夕卜，還設置有溫濕度控制儀(圖中未示出)；其中溫度控制儀有兩個，一個用于控制整個測試環境空間的溫度，另一個用于控制涂層內表面溫度，通過這兩個儀器的組合使用，為試驗提供必需的溫度梯度。上述所說的循環水浴2放置在溫濕度控制倉I的外部，在循環水浴2的進、出水口上，用進、出兩根連接管線7依次穿過溫濕度控制倉I的密封口和涂料載體3上的密封口連通到載體內部。循環水浴的目的是給涂料載體內部空間提供一個穩定的溫度環境場。載體的外部溫度由溫濕度控制倉控制，內部溫度由循環水浴控制，通過對這兩個裝置設置不同的溫度條件，在載體的內、外部就會形成溫度梯度。根據結露形成的溫度梯度要求，涂層的外表面溫度要高于內表面溫度，因此循環水浴設定的工作溫度要低于溫濕度控制倉的溫 度。本發明的方法是利用上述的測試系統，將涂料樣品均勻涂刷在涂料載體3上，通過模擬結露環境，測試其在一定的相對濕度環境下和一定的溫度梯度場下，由高精度電子天平和計算機程序記錄涂料的結露時間和結露質量，通過結露質量隨時間的變化關系曲線，可以清晰直觀的得出結露點和結露量，以及擬合計算出結露速率，實現了直接、直觀的評價涂料的防結露性能。本發明的測試方法具體步驟如下I)樣品制備本發明測試的待測樣品應為成品狀態，涂料的狀態通常為液體或粉體狀態。如果是液體，直接均勻涂刷于涂料載體外表面，干燥7天后，待用。如果是粉體狀態，將其用水攪拌均勻后，再均勻涂刷于涂料載體外表面，干燥7天后，待用。2)試驗布置開啟溫濕度控制倉門，將電子天平放入倉內底部中心位置，其上放置結露收集器，并將電子天平與計算機用數據線連接好；將制備好的涂料載體懸空放置于結露收集容器的正上方，確保結露的水滴全部被結露收集容器收集，并將涂料載體與循環水浴通過管線連接好；將溫濕度控制儀布置好，然后關閉溫濕度控制倉門。3 )溫濕度控制倉條件設置通過溫濕度控制倉的溫濕度控制儀，設定需要的試驗溫度和相對濕度，既為整個倉內設定一個工作的環境溫度和相對濕度，同時也是給測試樣品的表面提供測試環境。4)循環水浴條件設置循環水浴是控制涂料載體內部溫度，根據結露形成的溫度梯度要求，涂層的外表面溫度要高于內表面溫度，因此循環水浴設定的工作溫度要低于溫濕度控制倉的溫度。5)試驗在系統布置完畢，試驗條件設定好后，打開電子天平后，開啟溫濕度控制儀和循環水浴，使溫濕度控制倉和循環水浴按設定條件工作，同時開啟計算機測試程序，試驗開始，起始時間記為O,電子天平的初始質量數值記為Mp
6)結露點和結露質量的測定試驗開始后，把第一滴結露水滴滴入結露收集器的時間記為T1，此時間為被測試涂料樣品的結露點。隨著試驗的繼續進行，結露水滴不斷滴入收集器，并被電子天平記錄著所接收的結露水的質量。試驗周期T可以根據具體的試驗需要進行設定，通常，一次試驗的周期為3小時，試驗結束的時間記為T2。試驗結束時的質量記為Μ2。7)結露質量和結露速率計算結露質量M=M2-M1(I)
「 I ,, 一 n , (Jm
結露速率A~U)
di式中，M為被測試涂料樣品的總結露質量，M2為試驗結束時結露質量，M1為未形成結露時的天平初始顯示質量。k為涂料樣品的結露速率，將結露開始的時間和起始質量作為起始點參數，把試驗結束時的時間和質量作為結束點參數，擬合此段時間內的曲線，通過公式(2)計算得出，性能測試曲線圖如圖2所示。下面是兩個具體的操作實施例實例I :薄型防結露液體涂料稱取20g防結露涂料樣品，按照步驟I)分兩遍均勻涂刷于涂料載體外表面，然后放置于試驗室條件下干燥。干燥7天后，將制備的表面覆蓋有涂層的涂料載體，放置于溫濕度控制倉內的規定位置，逐步按照測試方法中步驟2)至步驟6)進行試驗，按照步驟7)進行計算。溫濕度控制倉的試驗條件溫度為30°C、相對濕度為70%。循環水浴工作溫度為10°C。涂刷于涂料載體表面的涂層內、外溫度差為20°C。涂料的防結露性能測試過程曲線如圖3所示，圖中橫坐標為時間(min)，本次試驗周期為3h，試驗開始時間記為O。圖中的縱坐標為質量數值(g)，其起始質量讀數為結露收集器的質量。從圖3可以清晰得出，被測涂料樣品在Omin至26min這個時間段內，涂料未結露,縱坐標質量讀數始終保持在67. 28g。從26min出現第一滴結露水滴后，涂層表面持續結露，結露收集器中收集的結露水滴越來越多，天平的質量讀數也越來越大，并在試驗結束時達到最大值。從圖3中同時可以看出，在結露形成前，曲線為水平直線；結露形成后，曲線以固定斜率持續上升。圖中曲線出現拐點的地方為結露點，從圖3中可以得出結露時間T1為26min。從圖中可以看出M1為67. 28g，M2為95. 73g，根據式(I)計算得出測試涂料的結露量 M 為 27. 45g。根據式(2)求結露速率，對圖3中T1后的曲線進行擬合，擬合曲線如圖4所示，通過擬合得公式(3):y = O. 19x+61. 49(3)式(3 )中，R2=I，表示擬合度非常好(R2為曲線擬合相關系數，它直接表示線性擬合情況)。同時，從式(3)可以得出結露速率k為O. 19。實例2 :厚質防結露粉體涂料按前述測試方法和步驟進行測試操作，具體操作數值為
稱取70g防結露涂料樣品，按步驟I)用水攪拌分散均勻，然后分兩遍均勻涂刷于涂料載體外表面，然后干燥7天后，將制備的表面覆蓋有涂層的涂料載體，放置于溫濕度控制倉內的規定位置，逐步按照測試方法中步驟2)至步驟6)進行試驗，按照步驟7)進行計
笪
ο溫濕度控制倉的試驗條件溫度為25°C、相對濕度為95%。循環水浴溫度為3°C。涂刷于涂料載體表面的涂層內外溫度差為22°C。涂料的防結露性能測試過程曲線如圖5所示，試驗周期為3h。圖5中橫坐標為時間軸，試驗開始時間記為Omin ;圖中的縱坐標為質量數值(g)，其起始質量讀數為結露收集器的質量。從圖5可以清晰得出，被測涂料樣品在Omin至 124min這個時間段內，涂料未結露，縱坐標質量讀數始終保持在67. 53g。從124min出現第一滴結露水滴后，涂層表面持續結露，結露收集器中收集的結露水滴越來越多，天平的質量讀數也越來越大，并在試驗結束時達到最大值。從圖5中同時可以看出，在結露形成前，曲線為水平直線；結露形成后，曲線以固定斜率持續上升。圖中曲線出現拐點的地方為結露點，從圖5中可以得出結露點Tl為124min。從圖中可以看出M1為67. 53g，M2為76. llg，根據式(I)計算得出測試涂料的結露量 M 為 8. 58g。根據式(2)求結露速率，對圖5中Tl后的曲線進行擬合，擬合曲線如圖6所示，所得公式如下y=0. 17x+45. 61(4)式(4)中R2=O. 99，表明擬合度很好。同時，從式(4)可以得出結露速率k為O. 17。從實施例2可以看出，厚質涂料的結露形成時間長，結露點T1值高，說明涂料的防結露性能優異。同時，結露量小，僅為8. 58g，進一步說明涂料的防結露性能好。從擬合的結露速率曲線和公式中也可以看出，k值較低，進一步說明結露形成的速度慢。從試驗過程曲線和擬合曲線，以及計算所得各數值，都證明厚質涂料具有很好的防結露性能。通過實施例I和實施例2，可以清楚的看出，本發明的測試系統和方法，簡單易操作，測試結果準確可靠，測試過程實時監控。測試數據由計算機自動采集記錄，并繪制曲線，對測試結果的處理與分析簡便；同時，與涂料防結露性能相關的各參數，簡單、直觀、易取得，測試結果可比性好；同時，計算機對數據的采集頻率可調可控，進一步確保了測試結果的真實性和科學性。通過實際案例，證明了本發明的測試系統的科學性和實用性，測試方法的適用性和可行性。上述各實施例僅用于說明本發明，其中各部件的結構、連接方式和制作工藝等都是可以有所變化的，凡是在本發明技術方案的基礎上進行的等同變換或改進，均不應排除在本發明的保護范圍之外。
權利要求
1.一種涂料防結露性能測試系統，其特征在于它包括一溫濕度控制倉，一循環水浴，一涂料載體，一結露收集器，一電子天平，一計算機，以及連接管線和數據線； 所述溫濕度控制倉為密閉倉，其上開設有密封口和密封門； 所述循環水浴、計算機置于所述溫濕度控制倉外； 所述涂料載體、結露收集器、電子天平置于所述溫濕度控制倉內，其中所述電子天平置于倉內最底部，通過數據線與倉外所述計算機相連；所述結露收集器置于電子天平上，且上部敞開；所述涂料載體穩定地懸置于倉內，位于所述結露收集器的上方，且不與所述結露收集器接觸；所述涂料載體外表面涂有涂料，內部通過管線與倉外所述循環水浴連通。
2.根據權利要求I所述的涂料防結露性能測試系統，其特征在于所述溫濕度控制倉內還設置有溫濕度控制儀，其中溫度控制儀有兩個，一個測試倉體空間內溫度，另一個測試涂層內表面溫度。
3.根據權利要求I或2所述的涂料防結露性能測試系統，其特征在于所述涂料載體是由傳熱材質制備而成的密閉中空體，中空體外涂有涂料，中空體上開設有密封口，所述管線通過此密封口連接到涂料載體上，并穿出所述溫濕度控制倉上的密封口與循環水浴連接。
4.根據權利要求I或2或3所述的涂料防結露性能測試系統，其特征在于所述涂料載體是由傳熱材質制備而成的密閉中空體，其上開設有密封口，所述管線通過此密封口連接到涂料載體上，并穿出所述溫濕度控制倉上的密封口與循環水浴連接。
5.根據權利要求I或2或3或4所述的涂料防結露性能測試系統，其特征在于所述結露收集器是由厭水性材料制備而成。
6.根據權利要求I或2或3或4或5所述的涂料防結露性能測試系統，其特征在于所述結露收集器上部敞開孔徑大于所述涂料載體的底面最大徑向尺寸。
7.根據權利要求I或2或3或4或5或6所述的涂料防結露性能測試系統，其特征在于所述循環水浴上有進、出水口，用進、出兩根管線連接到所述涂料載體內部。
8.根據權利要求I至7任一所述的涂料防結露性能測試系統，其特征在于所述計算機內安裝有自動記錄和解算、繪制程序。
9.一種涂料防結露性能的測試方法，其特征在于，使用權利要求I至8任一所述的涂料防結露性能測試系統，包括如下步驟 ·I)將涂料均勻涂刷于涂料載體外表面，干燥后待用； ·2 )在密閉的溫濕度控制倉內，將電子天平放在底部，其上放置結露收集器，并將電子天平與倉外計算機用數據線連接好；將制備好的涂料載體放置于結露收集容器的正上方且不與之接觸，確保結露的水滴全部被結露收集容器收集；將涂料載體與倉外的循環水浴通過管路連接好；在倉內布置溫濕度控制儀，然后關閉倉門； ·3)設定溫濕度控制倉的溫濕度和循環水浴的溫度，使循環水浴的溫度低于溫濕度控制倉的溫度； ·4)開啟循環水浴、溫濕度控制儀，使之按照設定條件工作，同時開啟電子天平和計算機，試驗開始，計時并記錄電子天平的初始顯示質量； ·5)當第一滴結露水滴滴入結露收集器時，記錄時間，此時間為被測試涂料樣品的結露占.6)根據試驗需要設定試驗周期，在試驗結束時記錄結束時間和結束時的天平顯示質量; 7)計算結露質量和結露速率 結露質量 結露速率 式中，M為被測試涂料樣品的總結露質量，M2為天平最終顯示質量，M1為天平初始顯示質量。k為涂料樣品的結露速率，將結露點的時間和初始質量作為起始點參數，結束時間和最終質量作為結束點參數，進行擬合。
10.根據權利要求9所述的涂料防結露性能的測試方法，其特征在于步驟I)中使用的涂料為液體時，直接均勻涂刷于涂料載體外表面，為粉體狀態時，將其用水攪拌均勻后，再均勻涂刷于涂料載體外表面；步驟2)中布置所述溫濕度控制儀時，一根溫度儀設置在倉體空間內，另一個設置在涂層內表面。
全文摘要
本發明涉及一種涂料防結露性能測試系統和測試方法，系統包括一溫濕度控制倉，一循環水浴，一涂料載體，一結露收集器，一電子天平，一計算機，以及連接管線和數據線；循環水浴、計算機置于溫濕度控制倉外；涂料載體、結露收集器、電子天平置于溫濕度控制倉內，電子天平置于最底部，與計算機相連；結露收集器上部敞開，置于電子天平上；涂料載體位于結露收集器的上方，且不與結露收集器接觸；涂料載體外表面涂有涂料，內部通過管線與循環水浴連通。測試方法是將涂料載體等裝置布置好，設定溫濕度條件和試驗周期后，記錄結露起始時間和天平質量，結束時間和天平質量，以此計算結露量和結露速率。分析不同涂料的結露性能，具有科學性和實用性。
文檔編號G01N5/00GK102818739SQ20121019456
公開日2012年12月12日 申請日期2012年6月13日 優先權日2012年6月13日
發明者王繼梅, 冀志江, 王靜, 侯國艷 申請人:中國建筑材料科學研究總院