通過各種實驗室測試方法評估了各種低溶劑的鋼結(jié)構(gòu)橋梁涂層系統(tǒng)，并將結(jié)果與在新澤西州海島市曝光的重復(fù)系統(tǒng)的結(jié)果進(jìn)行了比較。本研究選用的每種涂層系統(tǒng)中的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)含量均低于340 g/L。當(dāng)與室外暴露相比，比起單獨的鹽霧試驗和Prohesion試驗，凍結(jié)、紫外線凝結(jié)和鹽霧/干燥污染物（Prohesion）的綜合測試更有希望產(chǎn)生性能趨勢。通過統(tǒng)計分析研究了方法的相關(guān)性。
低VOC溶劑型富鋅聚氨酯/聚氨酯/聚氨酯涂料體系表現(xiàn)出優(yōu)越的性能。環(huán)氧膠粘劑系統(tǒng)和環(huán)氧聚氨酯膠粘劑系統(tǒng)在劃線處形成嚴(yán)重的底切。水性丙烯酸和水性丙烯酸環(huán)氧體系不能有效地保護(hù)鋼，它們在劃線處很快起泡。在所有實驗室測試中，水性乙烯樹脂在面板表面起泡嚴(yán)重，但在戶外暴露28個月后表現(xiàn)相當(dāng)好。
美國環(huán)境保護(hù)署(U . s . environmental Protection Agency)正在對建筑和工業(yè)維護(hù)涂料中允許的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)的含量進(jìn)行嚴(yán)格限制。揮發(fā)性有機(jī)化合物含量的法規(guī)制定目前正處于最后階段，即將公布的法規(guī)將在1996、2000和2004年逐步強(qiáng)制大幅減少揮發(fā)性有機(jī)化合物的含量。
為了確保新配方涂料的成本效益并滿足較短的期限，預(yù)測橋梁涂料用低VOC涂料系統(tǒng)的現(xiàn)場性能和耐久性的可靠加速實驗室試驗方法是必不可少的。鹽霧試驗，如ASTM(美國試驗和測試協(xié)會)中所述。材料)方法。Bl17不能準(zhǔn)確預(yù)測許多新的通用低VOC系統(tǒng)的現(xiàn)場性能。在傳統(tǒng)的濕鹽霧試驗(由Timmins、ewood、Lyon和Guest以及Jackson進(jìn)行)中包括干循環(huán)，避免了不切實際的失敗。當(dāng)干循環(huán)、污染物和紫外線(UV)/冷凝(QUV)暴露被納入鹽霧循環(huán)時，Simpson等人獲得了與現(xiàn)場暴露“更好”的相關(guān)性。Chong和Peart在鹽霧暴露中增加了一個冷凝循環(huán)，該循環(huán)試驗與紫外線/冷凝試驗相結(jié)合，產(chǎn)生了類似于鋼橋15個涂層系統(tǒng)室外風(fēng)化所獲得的性能等級。冰凍是寒冷氣候中天氣循環(huán)的一個重要部分；涂層在冰點溫度下吸收的水的體積膨脹導(dǎo)致在涂層系統(tǒng)上產(chǎn)生顯著的機(jī)械應(yīng)力。感興趣的是確定在組合的濕/干/QUV方案中增加一個冷凝周期對其預(yù)測現(xiàn)場性能的能力的影響。為了解決這個問題，采用了冷凝、QUV和鹽加污染物霧/干的組合循環(huán)(Prohesion test)來評估鋼橋的許多高固體和水基涂層系統(tǒng)。將結(jié)果與僅通過鹽霧和粘附暴露獲得的結(jié)果進(jìn)行了比較。這些涂層系統(tǒng)在海洋環(huán)境現(xiàn)場15個月和28個月的室外暴露結(jié)果被用于確定哪種加速實驗室方法對預(yù)測涂層最可靠 鋼橋的性能。采用統(tǒng)計技術(shù)來比較測試方法。
該研究中開發(fā)的涂料性能數(shù)據(jù)將用于為保護(hù)鋼橋選擇耐用的低VOC涂料提供指導(dǎo)。
涂層系統(tǒng)
表1描述了測試的13種涂層系統(tǒng)。本研究中評估的涂層系統(tǒng)為丙烯酸、丙烯酸環(huán)氧樹脂、無機(jī)硅酸鋅鉀、乙烯基和富鋅環(huán)氧樹脂的水基系統(tǒng)，以及磺酸鈣/醇酸樹脂、高固體環(huán)氧樹脂、富鋅聚氨酯、環(huán)氧樹脂膠泥、環(huán)氧聚氨酯膠泥和低揮發(fā)性有機(jī)化合物環(huán)氧樹脂的溶劑型系統(tǒng)。所有測試的涂層系統(tǒng)中，VoC含量均低于340克/升。所有涂料均涂覆在SSPC SP-5(噴白)鋼板上。在測試板的表面劃一條對角線為5.1厘米(2英寸)的劃痕，以研究劃痕處的起泡和銹蝕蠕變。
實驗室和戶外測試
三次加速實驗室暴露用于評估候選涂層系統(tǒng)。這些測試如下:
a.鹽霧
美國測試與材料協(xié)會（ASTM B117）
b.Prohesion-1小時濕循環(huán)/1小時干循環(huán)
濕循環(huán):0.35%硫酸銨和0.05%氯化鈉的哈里森混合物。收集的冷凝液的pH值為5.9。
干循環(huán):強(qiáng)制空氣吹掃(6.8米/小時)
c.循環(huán)冷凝/QUV/Prohesion-70小時冷凝/215小時QUV/215小時 Prohesion循環(huán)。
冷凝溫度:-23攝氏度(-10華氏度)
QUV:紫外線/冷凝測試
測試周期:4小時紫外線/4小時冷凝周期
紫外線燈管:UVA-340
紫外線溫度:60℃
冷凝溫度:40℃
Prohesion:與上述測試相同
一組面板也暴露在室外。所有的測試板以45度角放置在木架上，直接面向南方。每天用海水(pH 7.7，15.6℃時的比重=1.021)噴灑每個面板三次。
大多數(shù)鹽霧試驗板在劃線處發(fā)生6.4毫米(0.25英寸)的蠕變后終止暴露(通過或失敗分類的通用標(biāo)準(zhǔn))。一些面板由于其特殊的故障模式而暴露了較長的時間，以獲得額外的信息。所有涂層系統(tǒng)的Prohesion試驗和循環(huán)冷凝/QUV/Prohesion試驗進(jìn)行了整整3000小時；這種長時間的暴露是必要的，因為這兩種試驗都包括干循環(huán)，與鹽霧試驗結(jié)果相比，干循環(huán)降低了故障率。在使用線性回歸分析比較測試方法時，為后兩次測試獲得的額外數(shù)據(jù)點組非常有益。所有的測試都是一式兩份進(jìn)行，以確保統(tǒng)計的可靠性，給出的結(jié)果是兩個小組數(shù)據(jù)的平均值。
評價方法
每500小時檢查一次加速試驗板，以記錄它們的失效模式，并研究退化率。評價標(biāo)準(zhǔn)是劃痕處起泡、生銹和蠕變。起泡程度通過ASTM D714方法進(jìn)行評估。根據(jù)ASTM D1654方法對劃線處的表面缺陷(未描述區(qū)域)和蠕變進(jìn)行評級。為了提高精度，用6.4毫米(1/4英寸)的方格代替12.7毫米(1/2英寸)的方格來測量表面缺陷..以毫米為單位測量蠕變，精確度為0.5毫米。
失敗的結(jié)果
本研究調(diào)查了兩種類型的涂層失效，平面表面失效和劃線失效。
表2總結(jié)了飛機(jī)上的幾個涂層系統(tǒng)出現(xiàn)平面故障?；撬徕}/醇酸樹脂體系在所有情況下都出現(xiàn)了面漆分層..水性乙烯基體系在所有實驗室試驗中起泡嚴(yán)重，但在28個月的室外暴露后沒有顯示出任何飛機(jī)故障。水基無機(jī)硅酸鋅鉀/丙烯酸/丙烯酸體系在鹽霧試驗500小時后起泡嚴(yán)重；然而，鋅底漆保持良好狀態(tài)。兩種環(huán)氧樹脂膠粘劑系統(tǒng)在鹽霧試驗中出現(xiàn)了廣泛的膜下腐蝕，這種情況在其他試驗方案或28個月的海洋暴露中沒有出現(xiàn)。
除了磺酸鈣/醇酸樹脂體系和幾種含鋅底漆的涂料體系外，所有的涂料體系在劃線處都產(chǎn)生了蠕變或縮短。由不同曝光方法的各種涂層系統(tǒng)產(chǎn)生的蠕變繪制在圖1中。這里描述了抄寫員的一些顯著變化。水性丙烯酸、溶劑型富鋅聚氨酯/水性聚氨酯/水性聚氨酯、環(huán)氧樹脂。聚氨酯膠泥和水性富鋅環(huán)氧樹脂/丙烯酸樹脂/丙烯酸樹脂在鹽霧試驗中表現(xiàn)出大范圍的劃痕蠕變。對于水性丙烯酸環(huán)氧樹脂和基于溶劑的低VOC環(huán)氧樹脂/丙烯酸改性的環(huán)氧樹脂，在1000小時后，Prohesion試驗產(chǎn)生嚴(yán)重的劃痕失效。環(huán)氧樹脂系統(tǒng)?？傮w而言，就爬行度而言，循環(huán)冷凝/QUV/Prohesion暴露似乎與室外暴露具有最接近的性能相關(guān)性?？偟膩碚f，與室外暴露的相似性按循環(huán)冰凍/QUV/鹽霧的遞減順序排列。與循環(huán)冷凝/QUV/Prohesion和戶外暴露結(jié)果相比，鹽霧結(jié)果的線圖(圖1)顯示了一個非常不同的模式。
業(yè)績評級的比較
為候選涂層系統(tǒng)建立了總體性能的評級系統(tǒng)；它基于表面失效(未描述的區(qū)域)和劃線爬行距離(ASTM D1654)的評級相加，得出“20”作為可能的較佳總體評級(在每個單獨的評級系統(tǒng)中，“10”表示全面性能，“0”表示完全失效)，使用這種方法，所有實驗室測試和15個月以及28個月室外暴露的評級結(jié)果如表3所示。未描述區(qū)域的評級包括飛機(jī)上的起泡和生銹，這是一種非常合理的方法，因為在大多數(shù)涂層系統(tǒng)上很少發(fā)現(xiàn)生銹。
試圖計算所有十三個涂層系統(tǒng)在室外暴露和Prohesion試驗或循環(huán)冷凝/QUV/Prohesion暴露之間的性能等級的相關(guān)性。最小二乘法的較佳擬合產(chǎn)生了表4所示的相關(guān)系數(shù)。0.55和0.62的相關(guān)系數(shù)清楚地表明，與其他加速試驗方案相比，循環(huán)冷凝/QUV/Prohesion試驗暴露更接近室外暴露。計算了除水性乙烯基體系之外的所有涂料體系的其他相關(guān)性，水性乙烯基體系在所有三個實驗室試驗中都表現(xiàn)出嚴(yán)重的起泡，但是在28個月的室外暴露后沒有表現(xiàn)出表面失效。排除水性乙烯基系統(tǒng)(代碼編號..12)線性回歸分析顯著提高了實驗室測試結(jié)果和室外暴露結(jié)果之間的相關(guān)性。針對循環(huán)冷凝/QUV/Prohesion試驗與15個月和28個月的室外暴露之間的關(guān)系獲得的重新計算的相關(guān)系數(shù)(0.81和0.80)進(jìn)一步證實，與單獨進(jìn)行Prohesion試驗相比，該試驗方案產(chǎn)生的失效結(jié)果更接近天然海洋暴露結(jié)果..具有最小溶劑含量(VOC =2/2/64 g/L)的三層水性乙烯基體系的性能在實驗室測試和自然海洋暴露之間顯示出很大的差異，這并不奇怪。這種具有高親水性的水基涂層材料容易吸水，并且與自然環(huán)境中可能不太潮濕和較長的干燥周期相比，在加速測試器中建立的實驗條件下，沒有足夠的時間讓水?dāng)U散出去。
由于鹽霧試驗的提前終止，無法獲得所有十三個涂層系統(tǒng)的鹽霧試驗和室外暴露之間的相關(guān)性。然而，我們嘗試將八種涂層系統(tǒng)(代碼2、4、5-9和11)的2000小時鹽霧試驗結(jié)果和28個月戶外暴露結(jié)果聯(lián)系起來。有完整的數(shù)據(jù)點；相關(guān)系數(shù)為0.20。這一極低的值強(qiáng)烈表明，使用鹽霧試驗結(jié)果預(yù)測油田性能是不合適的。
統(tǒng)計分析
進(jìn)行了額外的統(tǒng)計分析，以研究本工作中采用的三種實驗室測試方法的結(jié)果差異。劃線處的蠕變量用于分析，因為就測量而言，它們比表面破損的百分比更準(zhǔn)確。八個涂層系統(tǒng)(代碼編號2、4-9和11)。產(chǎn)生了所有三種測試方法在500至2，000小時內(nèi)的一組完整的劃線蠕變結(jié)果。這些數(shù)據(jù)通過方差分析進(jìn)行評估，如表5所示。該分析按照雙向因子設(shè)計進(jìn)行，其中一個因子是測試方法(3種方法),另一個因子是涂層類型(8種類型),對24種組合中的每一種進(jìn)行8次測量。
統(tǒng)計結(jié)果顯示，獲得表5中報告的F比值的概率很低（0.09和0.06）；這表明，所有三個測試和涂層在10％的水平上都有統(tǒng)計學(xué)上的顯著差異。換句話說，不同的實驗室暴露方法會在劃線處產(chǎn)生不同的爬行距離，不同的涂層系統(tǒng)也會產(chǎn)生不同的爬行距離。事實上，實際的差異比這里提出的要大得多，因為水性丙烯酸（代碼3）和水性富鋅環(huán)氧樹脂/丙烯酸/丙烯酸（代碼13）產(chǎn)生的極其嚴(yán)重的爬行，以及水性乙烯基系統(tǒng)的爬行沒有包括在分析中，因為它們在鹽霧試驗中較早終止。
為了區(qū)分每種試驗方法的失效程度，暴露時間為500、1000、1500和2000小時劃線處的平均爬行距離如圖2所示。鹽霧試驗和Prohesion試驗的漏電程度在1500小時內(nèi)是相似的；在1500小時以上，鹽霧試驗比Prohesion試驗引起更大的漏電..自行車。在所有三種測試方法中，冷凝/QUV/Prohesion測試產(chǎn)生的劃痕漏電量最少。方法和涂層系統(tǒng)的差異也可以從使用三種方法的劃線爬行距離平均值圖中看出(圖3)。
與鹽霧試驗和Prohesion試驗相比，本研究中評估的循環(huán)冷凝/QUV/Prohesion加速試驗產(chǎn)生了最接近28個月戶外暴露結(jié)果的失效趨勢。
統(tǒng)計分析顯示了涂層系統(tǒng)之間和測試方法之間的巨大差異。
在13種涂料體系中，溶劑型富鋅聚氨酯/聚氨酯/聚氨酯(VOC=336 g/L)表現(xiàn)較好。一般來說，三種富鋅聚氨酯體系的性能非常相似，除了具有水性面漆的最低VOC涂料體系(VOC =24 g/L)在劃線處顯示出嚴(yán)重的面漆起泡而沒有底切。
具有水基面漆的富鋅底漆在劃線處沒有底切或生銹，但在面板表面顯示面漆起泡。這些體系包括水性無機(jī)鋅/丙烯酸/丙烯酸、水性富鋅環(huán)氧/丙烯酸/丙烯酸和溶劑型富鋅聚氨酯/水性聚氨酯/水性聚氨酯。總之，無論富鋅底漆是溶劑型還是水基的，大多數(shù)測試的水基面漆都表現(xiàn)出起泡的趨勢。結(jié)果證實，即使發(fā)生面漆起泡，富鋅底漆也能保護(hù)鋼不生銹和不咬邊。
在所有三個實驗室測試中，水性乙烯基系統(tǒng)在面板表面嚴(yán)重起泡，但在28個月的戶外暴露后沒有出現(xiàn)這種故障。
在所有三次實驗室試驗后，環(huán)氧樹脂膠粘劑系統(tǒng)在劃線處嚴(yán)重咬邊。溶劑型高固體環(huán)氧樹脂體系相當(dāng)耐腐蝕，但容易受到紫外線攻擊。溶劑型低揮發(fā)性有機(jī)化合物環(huán)氧樹脂/丙烯酸改性環(huán)氧樹脂體系表現(xiàn)最差，出現(xiàn)嚴(yán)重的底切。
水性丙烯酸體系和水性丙烯酸環(huán)氧體系都表現(xiàn)不佳，表現(xiàn)出嚴(yán)重的劃痕蠕變。
磺酸鈣/醇酸樹脂體系沒有形成底切，但經(jīng)歷了大范圍的面漆分層。
與本文關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品: