专利名称：涂料防结露性能测试系统与测试方法
技术领域：
本发明涉及建筑材料的测试与评价，主要涉及建筑涂料的防结露性能的测试，具体涉及其测试系统和测试方法。
背景技术：
建筑装饰装修用材料，如涂料、壁纸、瓷砖等，这些材料的吸水性和透气性差。在秋冬和梅雨季节，尤其是在厨房、卫生间、地下室等位置，以及通风不好的场所，环境空间的相对湿度高、温差大，空气中的水蒸气在建筑表面易出现过饱和，从而形成水滴或水流，致使建筑物表面结露，严重时建筑内部也会出现结露。建筑结露的现象在日常生活中普遍存在，其不仅影响建筑的美观，影响居室环境的舒适度，危害人体健康，严重时更会影响建筑安全性和使用寿命。在一些特殊场所，如高精密的电子仪器等存放与生产场所，会造成巨大的经 济损失。近年来，随着人们对人居环境质量要求的提高，以及响应建筑节能要求和建筑材料绿色化的发展宗旨，防结露涂料的开发应运而生。防结露涂料不仅具有普通涂料的装饰装修功能，同时能够有效的改善或治理建筑结露问题。最早，于20世纪60年代，日本、美国就有学者从事防结露涂料开发工作，于80年我国有个别学者从事防结露功能涂料开发。国夕卜，在20世纪末，随着防结露涂料产品技术成熟，建立了涂料防结露性能测试与评价方法，防结露涂料业得到了一定的市场应用。而我国，防结露涂料的研究开发一直仍处于基础研究阶段，还缺乏成熟的产品，更缺乏测试系统与测试方法。在我国，防结露建筑涂料的研究不多，目前学者测试涂料的防结露性能，多是引用日本的防结露测试装置和方法。该方法主要是结合当时防结露涂料产品的研究技术水平，专门为厚质涂料的防结露性能测试制定。它是通过测试一段时间内5mm厚涂料吸附水蒸气的质量，来评价涂料的防结露性能，这种方法实际上测试的是涂料的吸水性能，并不是直接测试涂料的防结露性能。同时，这种测试方法的测试对象多数是厚质涂料，不能够准确全面评价涂料的防结露性能。美国，于1974年制定了一个军工用涂料防结露性能测试设备与方法，针对军工涂料的应用场所制定，该方法所用材料设施简单，人为操作误差大，不能够精确评价涂料的防结露性能。从以上分析可得，目前并没有能够准确、全面、科学评价涂料防结露性能的测试装置与测试方法。
发明内容
因此，本发明在研究结露形成机理以及涂料防结露原理的基础上，提供了一套能够测试各种类型涂料的防结露性能的测试系统与测试方法。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种涂料防结露性能测试系统，包括一温湿度控制仓，一循环水浴，一涂料载体，一结露收集器，一电子天平，一计算机，以及连接管线和数据线。温湿度控制仓为密闭仓，其上开设有密封口和密封门；循环水浴、计算机置于所述温湿度控制仓外；涂料载体、结露收集器、电子天平置于温湿度控制仓内，其中电子天平置于仓内最底部，通过数据线与仓外计算机相连；结露收集器置于电子天平上，且上部敞开；涂料载体稳定地悬置于仓内，且位于结露收集器的上方，且不与结露收集器接触；涂料载体外表面涂有涂料，内部通过管线与仓外循环水浴连通。温湿度控制仓内还设置有温湿度控制仪，其中温度控制仪有两个，一个测试仓体空间温度，另一个测试涂层内表面温度。所述涂料载体是由传热材质制备而成的密闭中空体，中空体外涂有涂料，中空体上开设有密封口，所述管线通过此密封口连接到涂料载体上，并穿出所述温湿度控制仓上的密封口与循环水浴连接。所述结露收集器是由厌水性材料制备而成。
所述结露收集器上部敞开孔径大于所述涂料载体的底面最大径向尺寸。所述循环水浴上有进、出水口，用进、出两根管线连接到所述涂料载体内部。所述计算机内安装有自动记录和解算、绘制程序。本发明提供的一种涂料防结露性能的测试方法，使用上述涂料防结露性能测试系统，包括如下步骤I)将涂料均匀涂刷于涂料载体外表面，干燥后待用；2 )在密闭的温湿度控制仓内，将电子天平放在底部，其上放置结露收集器，并将电子天平与仓外计算机用数据线连接好；将制备好的涂料载体放置于结露收集容器的正上方且不与之接触，确保结露的水滴全部被结露收集容器收集；将涂料载体与仓外的循环水浴通过管路连接好；在仓内布置温湿度控制仪，然后关闭仓门；3)设定温湿度控制仓的温湿度和循环水浴的温度，使循环水浴的温度低于温湿度控制仓的温度；4)开启循环水浴、温湿度控制仪，使之按照设定条件工作，同时开启电子天平和计算机，试验开始，计时并记录电子天平的初始显示质量；5)当第一滴结露水滴滴入结露收集器时，记录时间，此时间为被测试涂料样品的
结露点；6)根据试验需要设定试验周期,在试验结束时记录结束时间和结束时的天平显示
质量;7)计算结露质量和结露速率结露质量W=M2-M1( I)结露速率:k=( I)
dl式中，M为被测试涂料样品的总结露质量，M2为天平最终显示质量，M1为天平初始显示质量。k为涂料样品的结露速率，将结露点的时间和初始质量作为起始点参数，结束时间和最终质量作为结束点参数，进行拟合。步骤I)中使用的涂料为液体时，直接均匀涂刷于涂料载体外表面，为粉体状态时，将其用水搅拌均匀后，再均匀涂刷于涂料载体外表面；步骤2)中布置所述温湿度控制仪时，一根温度仪设置在仓体空间内，另一个设置在涂层内表面。
本发明采取了以上技术方案，其具有的有益效果是1、本发明采用了温湿度控制仓，仓内装有温湿度控制仪，为试验提供了稳定、可控的温湿度环境。2、本发明还设计了涂料载体，用于涂刷待测涂料，该载体具有优异的传热性能，载体内部通入有传热介质使载体内部具有一温度值，载体外则感受温湿度控制仓的温度具有另一温度值，这样就为试验构造了必需的温度梯度。3、本发明采用了循环水浴为涂料载体内部供应水，以满足载体内的温度条件，循环水浴可以保证温度温定。4、本发明还采用结露收集器来收集结露水滴，采用电子天平来称量结露水滴的质量，采用计算机与电子天平相连，实时记录，跟踪测试，并进行结果解算，测试结果直观可读，更准确、更科学。整个测试系统的各种测试条件均为可控可调，满足各种不同条件下涂料防结露性能测试分析的需要。5、本发明采用独特的测试方法，实现了测试环境条件可控可调，满足不同条件的测试需求。通过实际案例，证明了本发明的测试系统的科学性和实用性，测试方法的适用性和可行性。
图I为本发明所用的涂料防结露性能测试系统示意图。图2为本发明对涂料的防结露性能测试曲线示意图。图3为本发明第一实施例的防结露性能测试曲线图。图4为本发明第一实施例的结露速率图，包含测试曲线和拟合曲线，R2=I表明拟合度非常好。图5为本发明第二实施例的防结露性能测试曲线图。图6为本发明第二实施例的结露速率图，包含测试曲线和拟合曲线，R2=O. 99表明拟合度好。
具体实施例方式下面结合附图和实施例详细介绍本发明。如图I所示，本发明提出的防结露涂料测试系统，包括温湿度控制仓1，循环水浴2，涂料载体3，结露收集器4，电子天平5，计算机6等系统主体，还有必要的连接装置等。温湿度控制仓I是为测试环境空间提供稳定、可控的温湿度条件，因此必须保证密闭，不被外界干扰。温湿度控制仓I上设置有密封口，用于穿越必要的连接设备用数据线和管线；温湿度控制仓I上还设置有可移动或开启的密封门，用于放入或取出测试样品以及必需的设备和装置(密封门图中未示出)。温湿度控制仓I内放置有涂料载体3、结露收集器4和电子天平5。涂料载体3稳定地设置在仓内并且不与结露收集器4接触，它可以悬空放置，也可通过托架支撑。涂料载体3是由易传热的材质制备而成的中空体，要求密闭，并开有密封口，载体外表面涂刷有待测的防结露涂料，内部通过连接管线7与温湿度控制仓I外部的循环水浴2连通，使涂料载体3的内部水浴环境与循环水浴2 —致。结露收集器4可以是由任何不会与水发生反应的材料制备而成的有固定形状的器皿，放置在涂料载体3的下方，用于接收涂料载体3上结露滴下的水滴。结露收集器4上部敞开或开有孔，敞开孔径必须要大于涂料载体3底面的最大径向尺寸，以保证滴下的水滴全部被接收。并且结露收集器4放置在电子天平5之上。电子天平5用于称量结露水的质量，其精度在O. Olg之上，具有高温高湿的稳定性，能够长时间测试；电子天平5并与计算机连接。计算机6是实现无人操作和自动控制的核心，安装有自动记录和绘制曲线程序，通过数据线与电子天平5相连，实时记录测试过程。温湿度控制仓I内除了设置有涂料载体3、结露收集器4和电子天平5主体部件夕卜，还设置有温湿度控制仪(图中未示出)；其中温度控制仪有两个，一个用于控制整个测试环境空间的温度，另一个用于控制涂层内表面温度，通过这两个仪器的组合使用，为试验提供必需的温度梯度。上述所说的循环水浴2放置在温湿度控制仓I的外部，在循环水浴2的进、出水口上，用进、出两根连接管线7依次穿过温湿度控制仓I的密封口和涂料载体3上的密封口连通到载体内部。循环水浴的目的是给涂料载体内部空间提供一个稳定的温度环境场。载体的外部温度由温湿度控制仓控制，内部温度由循环水浴控制，通过对这两个装置设置不同的温度条件，在载体的内、外部就会形成温度梯度。根据结露形成的温度梯度要求，涂层的外表面温度要高于内表面温度，因此循环水浴设定的工作温度要低于温湿度控制仓的温 度。本发明的方法是利用上述的测试系统，将涂料样品均匀涂刷在涂料载体3上，通过模拟结露环境，测试其在一定的相对湿度环境下和一定的温度梯度场下，由高精度电子天平和计算机程序记录涂料的结露时间和结露质量，通过结露质量随时间的变化关系曲线，可以清晰直观的得出结露点和结露量，以及拟合计算出结露速率，实现了直接、直观的评价涂料的防结露性能。本发明的测试方法具体步骤如下I)样品制备本发明测试的待测样品应为成品状态，涂料的状态通常为液体或粉体状态。如果是液体，直接均匀涂刷于涂料载体外表面，干燥7天后，待用。如果是粉体状态，将其用水搅拌均匀后，再均匀涂刷于涂料载体外表面，干燥7天后，待用。2)试验布置开启温湿度控制仓门，将电子天平放入仓内底部中心位置，其上放置结露收集器，并将电子天平与计算机用数据线连接好；将制备好的涂料载体悬空放置于结露收集容器的正上方，确保结露的水滴全部被结露收集容器收集，并将涂料载体与循环水浴通过管线连接好；将温湿度控制仪布置好，然后关闭温湿度控制仓门。3 )温湿度控制仓条件设置通过温湿度控制仓的温湿度控制仪，设定需要的试验温度和相对湿度，既为整个仓内设定一个工作的环境温度和相对湿度，同时也是给测试样品的表面提供测试环境。4)循环水浴条件设置循环水浴是控制涂料载体内部温度，根据结露形成的温度梯度要求，涂层的外表面温度要高于内表面温度，因此循环水浴设定的工作温度要低于温湿度控制仓的温度。5)试验在系统布置完毕，试验条件设定好后，打开电子天平后，开启温湿度控制仪和循环水浴，使温湿度控制仓和循环水浴按设定条件工作，同时开启计算机测试程序，试验开始，起始时间记为O,电子天平的初始质量数值记为Mp
6)结露点和结露质量的测定试验开始后，把第一滴结露水滴滴入结露收集器的时间记为T1，此时间为被测试涂料样品的结露点。随着试验的继续进行，结露水滴不断滴入收集器，并被电子天平记录着所接收的结露水的质量。试验周期T可以根据具体的试验需要进行设定，通常，一次试验的周期为3小时，试验结束的时间记为T2。试验结束时的质量记为Μ2。7)结露质量和结露速率计算结露质量M=M2-M1(I)
「 I ,, 一 n , (Jm
结露速率A~U)
di式中，M为被测试涂料样品的总结露质量，M2为试验结束时结露质量，M1为未形成结露时的天平初始显示质量。k为涂料样品的结露速率，将结露开始的时间和起始质量作为起始点参数，把试验结束时的时间和质量作为结束点参数，拟合此段时间内的曲线，通过公式(2)计算得出，性能测试曲线图如图2所示。下面是两个具体的操作实施例实例I :薄型防结露液体涂料称取20g防结露涂料样品，按照步骤I)分两遍均匀涂刷于涂料载体外表面，然后放置于试验室条件下干燥。干燥7天后，将制备的表面覆盖有涂层的涂料载体，放置于温湿度控制仓内的规定位置，逐步按照测试方法中步骤2)至步骤6)进行试验，按照步骤7)进行计算。温湿度控制仓的试验条件温度为30°C、相对湿度为70%。循环水浴工作温度为10°C。涂刷于涂料载体表面的涂层内、外温度差为20°C。涂料的防结露性能测试过程曲线如图3所示，图中横坐标为时间(min)，本次试验周期为3h，试验开始时间记为O。图中的纵坐标为质量数值(g)，其起始质量读数为结露收集器的质量。从图3可以清晰得出，被测涂料样品在Omin至26min这个时间段内，涂料未结露,纵坐标质量读数始终保持在67. 28g。从26min出现第一滴结露水滴后，涂层表面持续结露，结露收集器中收集的结露水滴越来越多，天平的质量读数也越来越大，并在试验结束时达到最大值。从图3中同时可以看出，在结露形成前，曲线为水平直线；结露形成后，曲线以固定斜率持续上升。图中曲线出现拐点的地方为结露点，从图3中可以得出结露时间T1为26min。从图中可以看出M1为67. 28g，M2为95. 73g，根据式(I)计算得出测试涂料的结露量 M 为 27. 45g。根据式(2)求结露速率，对图3中T1后的曲线进行拟合，拟合曲线如图4所示，通过拟合得公式(3):y = O. 19x+61. 49(3)式(3 )中，R2=I，表示拟合度非常好(R2为曲线拟合相关系数，它直接表示线性拟合情况)。同时，从式(3)可以得出结露速率k为O. 19。实例2 :厚质防结露粉体涂料按前述测试方法和步骤进行测试操作，具体操作数值为
称取70g防结露涂料样品，按步骤I)用水搅拌分散均匀，然后分两遍均匀涂刷于涂料载体外表面，然后干燥7天后，将制备的表面覆盖有涂层的涂料载体，放置于温湿度控制仓内的规定位置，逐步按照测试方法中步骤2)至步骤6)进行试验，按照步骤7)进行计
笪
ο温湿度控制仓的试验条件温度为25°C、相对湿度为95%。循环水浴温度为3°C。涂刷于涂料载体表面的涂层内外温度差为22°C。涂料的防结露性能测试过程曲线如图5所示，试验周期为3h。图5中横坐标为时间轴，试验开始时间记为Omin ;图中的纵坐标为质量数值(g)，其起始质量读数为结露收集器的质量。从图5可以清晰得出，被测涂料样品在Omin至 124min这个时间段内，涂料未结露，纵坐标质量读数始终保持在67. 53g。从124min出现第一滴结露水滴后，涂层表面持续结露，结露收集器中收集的结露水滴越来越多，天平的质量读数也越来越大，并在试验结束时达到最大值。从图5中同时可以看出，在结露形成前，曲线为水平直线；结露形成后，曲线以固定斜率持续上升。图中曲线出现拐点的地方为结露点，从图5中可以得出结露点Tl为124min。从图中可以看出M1为67. 53g，M2为76. llg，根据式(I)计算得出测试涂料的结露量 M 为 8. 58g。根据式(2)求结露速率，对图5中Tl后的曲线进行拟合，拟合曲线如图6所示，所得公式如下y=0. 17x+45. 61(4)式(4)中R2=O. 99，表明拟合度很好。同时，从式(4)可以得出结露速率k为O. 17。从实施例2可以看出，厚质涂料的结露形成时间长，结露点T1值高，说明涂料的防结露性能优异。同时，结露量小，仅为8. 58g，进一步说明涂料的防结露性能好。从拟合的结露速率曲线和公式中也可以看出，k值较低，进一步说明结露形成的速度慢。从试验过程曲线和拟合曲线，以及计算所得各数值，都证明厚质涂料具有很好的防结露性能。通过实施例I和实施例2，可以清楚的看出，本发明的测试系统和方法，简单易操作，测试结果准确可靠，测试过程实时监控。测试数据由计算机自动采集记录，并绘制曲线，对测试结果的处理与分析简便；同时，与涂料防结露性能相关的各参数，简单、直观、易取得，测试结果可比性好；同时，计算机对数据的采集频率可调可控，进一步确保了测试结果的真实性和科学性。通过实际案例，证明了本发明的测试系统的科学性和实用性，测试方法的适用性和可行性。上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换或改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
权利要求
1.一种涂料防结露性能测试系统，其特征在于它包括一温湿度控制仓，一循环水浴，一涂料载体，一结露收集器，一电子天平，一计算机，以及连接管线和数据线； 所述温湿度控制仓为密闭仓，其上开设有密封口和密封门； 所述循环水浴、计算机置于所述温湿度控制仓外； 所述涂料载体、结露收集器、电子天平置于所述温湿度控制仓内，其中所述电子天平置于仓内最底部，通过数据线与仓外所述计算机相连；所述结露收集器置于电子天平上，且上部敞开；所述涂料载体稳定地悬置于仓内，位于所述结露收集器的上方，且不与所述结露收集器接触；所述涂料载体外表面涂有涂料，内部通过管线与仓外所述循环水浴连通。
2.根据权利要求I所述的涂料防结露性能测试系统，其特征在于所述温湿度控制仓内还设置有温湿度控制仪，其中温度控制仪有两个，一个测试仓体空间内温度，另一个测试涂层内表面温度。
3.根据权利要求I或2所述的涂料防结露性能测试系统，其特征在于所述涂料载体是由传热材质制备而成的密闭中空体，中空体外涂有涂料，中空体上开设有密封口，所述管线通过此密封口连接到涂料载体上，并穿出所述温湿度控制仓上的密封口与循环水浴连接。
4.根据权利要求I或2或3所述的涂料防结露性能测试系统，其特征在于所述涂料载体是由传热材质制备而成的密闭中空体，其上开设有密封口，所述管线通过此密封口连接到涂料载体上，并穿出所述温湿度控制仓上的密封口与循环水浴连接。
5.根据权利要求I或2或3或4所述的涂料防结露性能测试系统，其特征在于所述结露收集器是由厌水性材料制备而成。
6.根据权利要求I或2或3或4或5所述的涂料防结露性能测试系统，其特征在于所述结露收集器上部敞开孔径大于所述涂料载体的底面最大径向尺寸。
7.根据权利要求I或2或3或4或5或6所述的涂料防结露性能测试系统，其特征在于所述循环水浴上有进、出水口，用进、出两根管线连接到所述涂料载体内部。
8.根据权利要求I至7任一所述的涂料防结露性能测试系统，其特征在于所述计算机内安装有自动记录和解算、绘制程序。
9.一种涂料防结露性能的测试方法，其特征在于，使用权利要求I至8任一所述的涂料防结露性能测试系统，包括如下步骤 ·I)将涂料均匀涂刷于涂料载体外表面，干燥后待用； ·2 )在密闭的温湿度控制仓内，将电子天平放在底部，其上放置结露收集器，并将电子天平与仓外计算机用数据线连接好；将制备好的涂料载体放置于结露收集容器的正上方且不与之接触，确保结露的水滴全部被结露收集容器收集；将涂料载体与仓外的循环水浴通过管路连接好；在仓内布置温湿度控制仪，然后关闭仓门； ·3)设定温湿度控制仓的温湿度和循环水浴的温度，使循环水浴的温度低于温湿度控制仓的温度； ·4)开启循环水浴、温湿度控制仪，使之按照设定条件工作，同时开启电子天平和计算机，试验开始，计时并记录电子天平的初始显示质量； ·5)当第一滴结露水滴滴入结露收集器时，记录时间，此时间为被测试涂料样品的结露占.6)根据试验需要设定试验周期，在试验结束时记录结束时间和结束时的天平显示质量; 7)计算结露质量和结露速率 结露质量 结露速率 式中，M为被测试涂料样品的总结露质量，M2为天平最终显示质量，M1为天平初始显示质量。k为涂料样品的结露速率，将结露点的时间和初始质量作为起始点参数，结束时间和最终质量作为结束点参数，进行拟合。
10.根据权利要求9所述的涂料防结露性能的测试方法，其特征在于步骤I)中使用的涂料为液体时，直接均匀涂刷于涂料载体外表面，为粉体状态时，将其用水搅拌均匀后，再均匀涂刷于涂料载体外表面；步骤2)中布置所述温湿度控制仪时，一根温度仪设置在仓体空间内，另一个设置在涂层内表面。
全文摘要
本发明涉及一种涂料防结露性能测试系统和测试方法，系统包括一温湿度控制仓，一循环水浴，一涂料载体，一结露收集器，一电子天平，一计算机，以及连接管线和数据线；循环水浴、计算机置于温湿度控制仓外；涂料载体、结露收集器、电子天平置于温湿度控制仓内，电子天平置于最底部，与计算机相连；结露收集器上部敞开，置于电子天平上；涂料载体位于结露收集器的上方，且不与结露收集器接触；涂料载体外表面涂有涂料，内部通过管线与循环水浴连通。测试方法是将涂料载体等装置布置好，设定温湿度条件和试验周期后，记录结露起始时间和天平质量，结束时间和天平质量，以此计算结露量和结露速率。分析不同涂料的结露性能，具有科学性和实用性。
文档编号G01N5/00GK102818739SQ20121019456
公开日2012年12月12日 申请日期2012年6月13日 优先权日2012年6月13日
发明者王继梅, 冀志江, 王静, 侯国艳 申请人:中国建筑材料科学研究总院