CN113631907A - 用于对基板上的固体残余物进行定量的方法和设备 - Google Patents

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CN113631907A CN202080017620.XA CN202080017620A CN113631907A CN 113631907 A CN113631907 A CN 113631907A CN 202080017620 A CN202080017620 A CN 202080017620A CN 113631907 A CN113631907 A CN 113631907A
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Abstract

本发明涉及一种用于对样品上的固体残余物进行定量的方法和设备。所述方法包括使用固体基板和烟雾化装置，向所述烟雾化装置添加固体材料，形成固体颗粒的颗粒云，其中固体颗粒的质量浓度的至少1%具有至多约10µm的质量中值空气动力学粒径，从而将所述固体颗粒施加到所述固体基板上，以形成经处理的基板，保持在约30℃至约120℃的温度处达所述方法的至少一部分，以及从所述经处理的基板上移除固体颗粒的一部分，并且分析所述至少一个样品。本发明还包括一种用于将固体颗粒施加到基板上的设备。所述方法可用于例如分析固体样品的耐积垢性。

Description

用于对基板上的固体残余物进行定量的方法和设备
技术领域
将固体材料雾化并施加到至少一个基板上，然后对该基板进行处理并分析固体残余物。
背景技术
暴露于环境条件诸如灰尘、粉尘、锈菌和污染的表面可随时间推移聚集固体残余物，清除或去除这些残余物是困难的或成本高昂的。对于暴露于户外条件下的外表面（诸如涂漆或侧墙的建筑）而言尤其如此。测试暴露于这些真实条件下的表面需要数月或数年才能正确收集数据，并且因为每个位置具有不同的环境条件，所以测试可能需要大量的资源。尽管已经开发出许多方法来分析此类表面上的残余物的量或影响，但是难以找到与现实生活的暴露数据直接相关的加速方法。
已使用多种方法将微粒固体施加到基板上。固体已通过刷子（Li等人,“Dependence of Dirt Resistance of Steel Topcoats on Their SurfaceCharacteristics”, J. Coat. Technol. Res., 10 (3) 339-346, 2013）或通过浇铸含水浆液（Khanjani等人, “Improving Dirt Pickup Resistance in Waterborne CoatingsUsing Latex Blends of Acrylic/PDMS Polymers”, Progress in Organic Coatings,102 (2017) 151-166；Zhou等人, “A Novel Adsorption Method to Simulate the DirtPickup Performance of Organic Coatings”, J. Coat. Technol. Res., 15 (1) 175-184, 2018）来施加。然而，这些施加方法不能准确地模拟天然颗粒沉积过程。
发明内容
存在对一种定量固体颗粒吸附的加速方法的需要，该加速方法与通过长时间现实生活的暴露处理的基板的分析相关。还期望一种用于将固体颗粒施加到一个或多个基板上的设备。本发明满足这些需要。
本发明涉及一种用于对样品上的固体残余物进行定量的方法，该方法包括：1)提供至少一个固体基板以及具有入口和出口的烟雾化装置，2)向入口添加固体材料，3)形成固体颗粒的颗粒云，其中固体颗粒的质量浓度的至少1%具有至多约10µm的质量中值空气动力学粒径，固体颗粒的颗粒云通过出口离开烟雾化装置，从而将固体颗粒施加到至少一个固体基板上以形成至少一个经处理的基板，4)其中将至少一个经处理的基板保持在约30℃至约120℃的温度处达该方法的至少一部分，5)从至少一个经处理的基板移除固体颗粒的一部分，其中步骤4)和5)以任何顺序进行以形成至少一个样品，以及6)分析至少一个样品。
本发明还包括一种设备，该设备包括a)外壳，b)烟雾化装置，该烟雾化装置包括从一端的入口延伸到另一端的出口的管腔，其中该管腔与外壳形成流体连通，并且其中该管腔允许包含气体和固体材料的气溶胶流流动通过烟雾化装置并离开烟雾化装置的出口，c)端口，该端口位于外壳上，用于向烟雾化装置添加固体材料，以及d)至少一个固体基板，该至少一个固体基板位于外壳中，其中该烟雾化装置还包括：用于将附聚物和/或聚集体减小为固体颗粒的颗粒分散单元，其中固体颗粒的质量浓度的至少1%具有至多约10µm的质量中值空气动力学粒径，其中至少一个固体基板位于外壳内部并且被定位成避免与离开烟雾化装置的出口的气溶胶流直接接触。
附图说明
图1为本发明的设备的侧视图，其中箭头指示气体或气溶胶流流动方向。
图2为本发明的设备的剖视图，其中箭头指示气体或气溶胶流流动方向。
图3为烟雾化装置的剖视图，其中箭头指示气体或固体材料流动。
图4示出了油漆膜涂覆板，其示出油漆膜施加的方向和经切割的固体基板的位置。
图5示出了经切割的固体基板，其示出了标签放置。
图6示出了经切割的固体基板，其示出了附接机构和未经处理的油漆膜表面在热处理之前的布置。
图7示出了经处理的固体基板，其示出了环境温度固体颗粒处理。
图8示出了经处理的固体基板，其示出了热处理后的固体颗粒处理。
图9示出了经处理的固体基板，其示出了四个独立的区域：区域1（热处理后的未经处理的油漆膜表面）；区域2（双面胶带剥离后的环境温度固体颗粒处理）；区域3（热处理然后双面胶带剥离后的经固体颗粒处理的膜）；以及区域4（热处理后且没有去除固体颗粒的经固体颗粒处理的膜）。
图10为示出粒度分布的激光衍射颗粒分析仪曲线图。
图11描绘了分解气溶胶取样收集装置的图像，引入固体粉末之前的SKC PM2.5（图11A）、引入Flamrus 101固体粉末之后的SKC PM2.5（图11B），以及引入Flamrus 101固体粉末之后的SKC PM10（图11C）。
具体实施方式
商标在本文中由大写表示。
本发明提供了一种用于对样品上的固体残余物进行定量的方法和一种用于将固体颗粒施加到样品的设备。该方法允许对一个或多个经处理的基板进行可靠的加速测试。另外，因为可施加多种固体颗粒组合物和后处理条件，所以该方法可模拟多种环境、气候和场所。该设备施加烟雾化形式的固体颗粒，这更接近于环境污染物和条件。
本发明涉及一种用于对样品上的固体残余物进行定量的方法，该方法包括：1)提供至少一个固体基板以及具有入口和出口的烟雾化装置，2)向入口添加固体材料，3)形成固体颗粒的颗粒云，其中固体颗粒的质量浓度的至少1%具有至多约10µm的质量中值空气动力学粒径（MMAD），固体颗粒的颗粒云通过出口离开烟雾化装置，从而将固体颗粒施加到至少一个固体基板上以形成至少一个经处理的基板，4)其中将至少一个经处理的基板保持在约30℃至约120℃的温度处达该方法的至少一部分，5)从至少一个经处理的基板移除固体颗粒的一部分，其中步骤4)和5)以任何顺序进行以形成至少一个样品，以及6)分析至少一个样品。
本发明还包括一种设备，该设备包括a)外壳，b)烟雾化装置，该烟雾化装置包括从一端的入口延伸到另一端的出口的管腔，其中该管腔与外壳形成流体连通，并且其中该管腔允许包含气体和固体材料的气溶胶流流动通过烟雾化装置并离开烟雾化装置的出口，c)端口，该端口位于外壳上，用于向烟雾化装置添加固体材料，以及d)至少一个固体基板，该至少一个固体基板位于外壳中，其中该烟雾化装置还包括：用于将附聚物和/或聚集体减小为固体颗粒的颗粒分散单元，其中固体颗粒的质量浓度的至少1%具有至多约10µm的MMAD，其中至少一个固体基板位于外壳内部并且被定位成避免与离开烟雾化装置的出口的气溶胶流直接接触。
术语“将附聚物和/或附聚物减小为固体颗粒”旨在涵盖克服大块粉末或固体材料在其天然状态下的内聚范德华力和毛细管力的方法。将固有地在其天然状态下附聚和/或聚集的固体粉末材料添加到烟雾化装置中，此时固体材料通过施加的能量分解形成单个颗粒，或成为较小的附聚物和/或聚集体。本发明还涉及如上方法，其中如通过美国联邦参考标准40 CFR部分50所测定的，固体颗粒具有MMAD至多约10µm的颗粒的大于1%的质量浓度。例如，可使用气溶胶取样收集装置，诸如PM10气溶胶取样收集装置。当预期MMAD值低于2.5µm时，可使用PM2.5气溶胶取样收集装置。具有至多约10µm或至多约2.5µm的MMAD的颗粒的质量浓度通过下式确定：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，
其中气溶胶取样收集装置对应于目标最大MMAD。取样颗粒的总质量是在取样周期期间进入取样收集装置的颗粒质量的总和。通过测量取样后整个装置的质量增加或通过冲击表面上沉积的质量加上气溶胶取样收集材料（例如，PM10和/或PM2.5含量）的总和来确定取样颗粒的总质量。例如，在图11的分解气溶胶取样收集装置中，“在气溶胶取样收集材料中收集的质量”对应于石英过滤器15在取样后的质量增加。“取样颗粒的总质量”对应于石英过滤器15、冲击盘16和过滤器盒壳体17的总质量增加。合适的PM10和TM2.5装置符合美国联邦参考标准40 CFR部分50。合适测量装置的一览表由美国EPA环境空气监测技术中心维护。
参考附图可理解本发明。根据该方法，在步骤1)中，提供了具有入口2和出口3的烟雾化装置1，以及至少一个固体基板12。在步骤2)中，通过入口2（诸如通过端口4）将固体材料添加到烟雾化装置1。端口4可为任何形状，并且其可采用任何形式，诸如简单的颗粒定量给料端口或开口、不同形状（包括J形）的管或管道、具有控制阀的管或管道、或定量给料装置。烟雾化装置1包括从一端的入口2延伸到另一端的出口3的管腔，其中该管腔与外壳9形成流体连通。管腔可具有任何合适的形状或形式，例如圆柱形、立方体、圆锥形、棱锥形等。
在一个方面，当将固体材料添加到烟雾化装置1时，不使用液体载体或组分。固体材料可为需要定量的任何材料。相对于所述至少一个基板，其可为在该方法的温度、压力和湿度条件下保持其颗粒形式的任何具有对比色的材料。固体材料的示例包括但不限于炭黑、氧化铁、石墨、灰分、烟灰、碎砖粉尘、灰尘、花粉、孢子、无机微晶或它们的混合物。灰分可包括煤灰、稻草灰、改性的稻草灰诸如甲基三甲氧基硅烷改性的稻草灰或它们的混合物。
烟雾化装置1连接到外壳9，使得烟雾化装置1的出口3与外壳9流体连通。在一个实施方案中，烟雾化装置的出口3延伸到外壳中。尽管示出为圆柱形形状，但是外壳9和烟雾化装置1可为任何合适的形状或形式，例如圆柱形、立方体、圆锥形、棱锥形等。固体材料流过烟雾化装置1，该烟雾化装置包括具有颗粒分散区6的颗粒分散单元5。所谓颗粒分散单元5是指将固体材料的附聚物和/或聚集体分散和/或分离成单个颗粒或较小附聚物和/或聚集体的单元。一旦固体材料到达颗粒分散区6，固体材料的附聚物和/或聚集体就破碎成质量中值空气动力学粒径为至多约10µm的固体颗粒。这用于执行本发明方法的步骤3)，该步骤描述了形成固体颗粒的颗粒云，其中固体颗粒的质量浓度的至少1%具有至多约10µm的MMAD。固体颗粒还可具有至多约1的佩克莱数。天然存在的灰尘、粉尘和污染物作为小颗粒分布在空气中。在测试过程中，固体颗粒的尺寸和分布至关重要，因此它们可准确地表示特定户外或室内环境中的固体颗粒。空气动力学粒径可被定义为在静止空气中具有与测试颗粒相同的沉降速度的密度为1000kg/m3的球体的直径。佩克莱数描述了促进沉降的重力与促进表面力介导的相互作用的热运动之间的平衡。其在本文中由数学公式定义：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中Pe为佩克莱数，Δρ=颗粒的密度（ρ颗粒）-固体材料的堆密度（ρ堆），g为重力加速度（9.8m/s2），a为球形等效颗粒半径，k为玻尔兹曼常数（1.38×10-23J/K），并且T为以开尔文为单位的温度。“球形等效颗粒半径”被定义为具有等效沉降速度或移动性的球形颗粒的半径。就该实施方案的目的而言，佩克莱数（Pe）通过使用符合ISO TC24/SC4 TS 13320的激光衍射而测量粒度并使用所获得的激光衍射平均体积粒度作为“球形等效颗粒半径”来确定。粉末的密度被确定为通过ASTM D7481-18测量的粉末的堆积堆密度除以0.64。
为了避免粉尘颗粒快速沉降，它们必须具有低平均空气动力学粒径或Pe数，因此以低惯性的小颗粒和簇的形式存在。在另一方面，大块粉末快速沉降并以由惯性控制的大颗粒或簇的形式流动。大块粉末具有大约100的Pe数，或大于50µm或大于100µm的近似尺寸，并且以凝结物、附聚物或聚集体的形式存在。在大块附聚状态下，固体材料不再用作单独的颗粒，而是用作颗粒簇。为了模拟天然粉尘颗粒或特定环境的其他颗粒的物理相互作用，必须将附聚物和/或聚集体分解成Pe数较低的固体颗粒。在一个方面，固体颗粒具有约10nm至约20µm的空气动力学粒径。在另一方面，固体颗粒具有约100nm至约10µm的空气动力学粒径；并且在第三方面，固体颗粒具有约200nm至约2.5µm的空气动力学粒径。在一个方面，固体颗粒的质量浓度的至少约1%至约100%具有至多约10µm的MMAD；在另一方面，固体颗粒的质量浓度的至少约1%至约100%具有至多约5µm的MMAD；并且在第三方面，固体颗粒的质量浓度的至少约1%至约100%具有至多约2.5µm的MMAD。在一个方面，固体颗粒的质量浓度的至少约10%至约100%具有至多约10µm的MMAD；在另一方面，固体颗粒的质量浓度的至少约10%至约100%具有至多约5µm的MMAD；并且在另一方面，固体颗粒的质量浓度的至少约10%至约100%具有至多约10µm的MMAD。
可使用多种机构作为颗粒分散单元以将固体材料减小为固体颗粒。在一个方面，载气在进气口7处被引入烟雾化装置。载气流到烟雾化装置内的室中，并且被迫通过颗粒分散区处的颗粒分散单元的一个或多个端口8。在一个方面，对载气加压以产生高速气流，这意味着将固体材料添加到烟雾化装置1的步骤还包括添加载气。可将气体加压至任何需要的压力，或加热或冷却至任何需要的温度，以实现上述MMAD或佩克莱数。气体组合物的示例包括空气、氮气、氩气、二氧化碳、氧气、水蒸气或它们的混合物。进气口7与颗粒分散区6之间的压力变化（ΔP），被定义为P进气口-P分散区，可为0.1psi至200psi。在一个方面，ΔP为1psi至100psi，并且在另一方面，ΔP为5psi至60psi。每个区域的压力可通过空气压力计测量。
当气体进入颗粒分散区6时，其与固体材料混合并碰撞以将材料分散成具有固体颗粒和气体的气溶胶流。颗粒分散单元5可为喷射器，诸如具有文丘里管设计或具有高强度喷嘴的改进喷射器，或者其可为穷尽式喷射器、浆液喷射器、排空喷射器或射流喷射器。另选地，烟雾化装置可以是旋转刷设备、转筒、涡旋摇动器、流化床、喷雾器或浆液雾化器。气溶胶流离开烟雾化装置1的出口3。在一个方面，烟雾化装置1迫使气溶胶流以至多约50m/s的速度通过管腔。在另一方面，烟雾化装置1迫使气溶胶流以至多约16m/s的速度通过管腔。在第三方面，烟雾化装置1迫使气溶胶流以至多约5m/s的速度通过管腔。速度可通过校准的热丝式风速计来测量。
然后气溶胶流进入外壳9并形成颗粒云，该颗粒云可接触所述至少一个固体基板12。烟雾化装置1可被定位成使得在任何方向上流动。例如，烟雾化装置可被定位成使得气溶胶流向下流动、向上流动、水平流动或与水平方向成一角度流动。外壳9还可包括一个或多个偏流器10，其中偏流器10被定位在离开烟雾化装置1的气溶胶流的路径中，以将气溶胶流偏转远离固体基板12。在一个方面，偏流器10位于烟雾化装置1下方并且迫使气溶胶流向上。在另一方面，偏流器10位于烟雾化装置1上方并且迫使气溶胶流向下。在一个方面，气溶胶流接触来自外壳9的框架的表面，以将气溶胶流偏转远离固体基板12。
该设备还可包括壳体11，该壳体具有位于外壳内部的开口端，该壳体部分地或完全地围绕烟雾化装置1的出口。尽管示出为圆柱形形状，但壳体11可为任何合适的形状或形式。壳体11可引导气溶胶流的流动远离外壳9的框架的一部分或全部并且远离固体基板12。该设备还可包括位于外壳上的一个或多个开口13，所述一个或多个开口将外壳的内容物连接到大气压、真空、加压区域或用于再循环固体材料的装置。一个或多个开口13可为任何合适的形状或形式，例如圆形、正方形等。该设备还可包括一个或多个排气口14以允许气体逸出。一个或多个排气口14可为任何合适的形状或形式，例如圆形、正方形等。
在一个方面，将所述颗粒施加到至少一个固体基板的步骤通过以下方式进行：定位至少一个固体基板以避免与烟雾化装置的出口直接接触并允许颗粒云接触所述至少一个固体基板。这可通过将固体基板定位在壳体11的外部并远离所述装置的开口端或定位在偏流器与外壳的框架之间并远离气溶胶流来完成。
可同时在本发明的方法和设备中使用一个或多个基板。至少一个固体基板可为通常与固体颗粒接触的任何基板。示例包括但不限于塑料、木材、木材和/或纸层合体、具有涂层（诸如聚合物、木材、木材层合体、纸层合体）的固体表面、或具有涂层的固体表面，其中该涂层为聚合物涂层、非聚合物有机涂层、或无机涂层聚合物涂层、非聚合物有机涂层、陶瓷涂层、或无机涂层。聚合物涂层的示例包括着色的或未着色的油漆涂层、清漆涂层、粘合剂涂层或复合材料涂层。例如，可使用油漆片或油漆板、乙烯基壁板样品、层合板或塑料膜。至少一个固体基板可通过任何附接机构保持在适当位置，前提条件是有足够的暴露表面积用于测试，所述附接机构包括但不限于：粘合剂；粘合带；托架；钩环机构，诸如Velcro™；球棒机构，诸如3M Command™条带；保持器，该保持器被设计用于使基板滑动到狭槽中；或磁体。至少一个固体基板可暴露于颗粒云达适于测试的任何时间量。例如，将至少一个固体基板暴露于颗粒云，直到在CIE L*a*b*颜色空间中测量的所述基板的颜色变化为颜色测量装置检测限的五倍。颜色可通过使用色度计、光分光光度计、光学显微镜或数字成像和图像分析来测量。在一个方面，至少一个固体基板暴露于颗粒云达0.1分钟至60分钟。在另一方面，至少一个固体基板暴露于颗粒云达0.5分钟至20分钟。在一个方面，至少一个固体基板暴露于颗粒云一次；在另一方面，一个或多个基板在不同时期暴露于颗粒云多次。
尽管不是必需的，但可使用增加接触固体基板的固体颗粒的量的方法或减少固体颗粒与一个或多个固体基板接触的时间量的方法。示例包括应用静电能、热泳、场聚焦、旋转力、高速混合、连续下降、压力变化或空气动力学外壳设计。为此，该设备还可包括静电充电单元、测试样品冷却设备、偏流器、附加的气溶胶生成装置，包括旋转刷发生器、分散雾化、激光烧蚀、突然真空释放、转筒机构、涡旋机构、高速混合器或连续下降机构。
在步骤4)中，将至少一个经处理的基板保持在约30℃至约120℃的温度处达该方法的至少一部分。该处理步骤旨在模拟户外条件或温暖的室内环境。如果待测试的环境通常具有低温，则其也适于将经处理的基板暴露于较低的温度。在高温处，包含流动组分（诸如涂层中或基板主体自身中的聚合物组分）的经处理的基板可吸附固体颗粒。因此，所需的温度取决于待模拟的环境以及基板的流动或其他特性。在高温和非高温处其形态和性质相似的刚性基板可能不需要热处理。在一个方面，将至少一个经处理的基板保持在约40℃至约80℃的温度处，并且在另一方面，将经处理的基板保持在约40℃至约60℃的温度处。尽管保持温度达该方法的至少一部分，但这可持续任何所需的时间段。例如，将至少一个基板保持在所需温度处达5分钟至1个月；在另一方面，将至少一个基板保持在所需温度处达1小时至14天；并且在另一方面，将至少一个基板保持在所需温度处达1小时至3天。该步骤可通过以下方式进行：将经处理的基板置于烘箱或其他受控高温环境中；加热容纳经处理的基板和烟雾化装置的外壳；吸收光；对流加热；传导加热；或施加定向热，诸如用强制风干机，与受热液体、受热气体或固体受热元件直接接触，或施加辐射热。该步骤还可包括将经处理的基板暴露于湿气以模拟环境湿度，或暴露于液态水以模拟雨、冲洗或压力清洗。
经处理的基板可包括嵌入基板中的固体颗粒以及可从已暴露于处理的经处理的基板的表面移除的固体颗粒。本发明的方法用于定量不易从经处理的基板移除的固体颗粒的量。为此，步骤5)需要从（一个或多个）经处理的基板移除所述固体颗粒的一部分。未嵌入基板中的颗粒将在该步骤中被移除。移除固体颗粒的步骤可通过以下方式进行：使至少一个样品与粘合带或粘性表面接触并移除该带或粘性表面、与有机硅膜接触并移除有机硅膜、施加真空、机械擦拭、液体洗涤、摩擦或者使用液体或空气射流。在一个方面，移除固体颗粒的步骤可通过使至少一个样品与上述方法中的一个接触达短时间段（例如少于5分钟、少于1分钟或少于30秒）来进行。
如果使用粘合带，则应选择粘合剂，使得在接触之后在经处理的基板上不留下残余物。从粘合带中选择粘合剂使得其将干净地移除至少一些固体颗粒，但将不会移除经处理的基板的涂层或表面。在另一方面，如果测试粘合剂或移除方法可用于在一个或多个步骤中移除沉积在标准显微镜载片上的测试颗粒，则确定能够使用该测试粘合剂或移除方法。如果在颜色测量方法方面不会改变测试基板，则测试粘合剂是合适的。合适性通过以下方式确定：测量预期测试材料的颜色，将颗粒移除方法应用于未改变的测试材料表面，然后重新测量颜色。合适的方法不会使颜色变化为该方法的可检测颜色变化的五倍。可以说与粘性表面或与有机硅膜接触也是如此。粘合带的示例包括能够移除弱附着颗粒的粘合剂，诸如Scotch® Magic Tape™（3M, MN）压敏粘合带或类似物。Scotch® Magic Tape™ 810具有厚度为大约22微米的合成丙烯酸粘合剂，并且根据ASTM D-3330对钢的粘附力为大约2.5N/cm。在一个方面，粘合带或膜对钢的粘附力为约0.1N/cm至100N/cm。在另一方面，粘合带或膜对钢的粘附力为约0.5N/cm至50N/cm；并且在第三方面，粘合带或膜对钢的粘附力为约1N/cm至40N/cm。其他可用的粘合带包括但不限于无残留管道胶带诸如3M无残留管道胶带（3M, MN）、海报胶带诸如Scotch可移除海报胶带（3M, MN）、UltraTape 7155（UltraTape,OR）、油漆工胶带诸如FrogTape油漆工胶带（Shurtech, OR）或包装胶带诸如Duck Brand EZStart包装胶带（Shurtech, OR）。
步骤4)和5)可以任何顺序发生。在一个方面，加热步骤4)发生在固体颗粒移除步骤5)之前。在另一方面，固体颗粒移除步骤5)发生在加热步骤4)之前。在一个方面，该方法包括在步骤3)中施用固体颗粒之前，使至少一个固体基板暴露于约4℃至约120℃温度的附加步骤1a)。在一个方面，步骤1a)在约10℃至约80℃的温度处进行，并且在另一方面，步骤1a)在约40℃至约60℃的温度处进行。也可使用其他附加步骤。例如，模拟暴露于不同的介质或条件可通过在固体颗粒施加步骤3)之前进一步处理至少一个固体基板来实现。可将水或湿气施加到基板以模拟自然暴露于包括但不限于环境碎屑、湿气、雨、冲洗或压力清洗的因素。
然后分析样品的固体颗粒沉积效应。例如，可分析样品的质量或重量、亮度、颜色、反射率或化学组成变化。可使用天平、色度计或傅立叶变换红外光谱（FTIR）仪器来分析此类特性。在一个方面，在步骤3)中施加固体颗粒之前分析固体基板，并且将结果与步骤5)之后的经处理的基板的结果进行比较。该方法可用于处理固体基板一次，或其可在同一固体基板上重复以展示重复的暴露。
该方法和设备的成功通过将现实生活的样品与本发明的样品进行比较来展示。
测试方法和材料
除非另外指明，否则所有溶剂和试剂均购自密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO)，并且按供应的原样直接使用。
7 in 1 Future Color、Shield-1 Nano Semi-Gloss、Shield-1 Nano Sheen、Supershield Semi-Gloss和Supershield Sheen是可从TOA Paint（泰国）商购获得的油漆。
Aquis Façade和Novasil是可从Tikkurila OYJ（芬兰）商购获得的油漆。
Natrosol 250 MHR可从Ashland Chemicals（Columbus, OH）商购获得。
Tamol 165A、Kathon LX、Rhoplex VSR 1049 LOE、Rhopaque Ultra、AcrysolRM2020 NPR和Acrysol SCT-275可从Dow Chemical（Philadelphia, PA）商购获得。丙二醇可从DOW Chemical Canada（Calgary, AB）商购获得。
BYK-348可从BYK Chemie（Wallingford, CT）商购获得。
Foamstar ST2434可从BASF（Florham Park, NJ）获得。
Ti-Pure™ R-706和Ti-Pure™ Select TS-6300是可从The Chemours Company（Wilmington, DE）获得的TiO2产品。
Minex 4可从The Cary Company（Canada Nephon, ON）商购获得。
Diafil 525可从Celite（Lompoc, CA）商购获得。
Texanol可从Eastman Chemicals（Kingsport, TN）商购获得。
氨水可从EMD Millipore Corporation（Billerica, MA）获得。
Flamrus 101为购自Degussa AG（德国）的炭黑粉末。
Lamp Black 101粉末为从Orion Engineered Carbons S.A.（卢森堡）获得的炭黑粉末。
在本文的实施例中使用以下测试方法和材料。
测试方法
制备A．用于加速和户外暴露测试的油漆膜涂覆板的制备
使用略微改进的0.10mm间隙的不锈钢条形膜施加器（Byk-Gardner, Columbia,MD）结合不锈钢真空板（Paul M. Gardner Co: Pompano Beach, FL），在30.48cm长×10.16cm宽×0.06cm厚的铝板（Q-Lab: Westlake, OH）上手动刮涂对照油漆和实验油漆。所述改进涉及将单层0.09mm厚的遮蔽胶带（Shurtape Technology, Inc: Hickory, NC）施加到与铝板接触的施加器的表面，以便使施加器运动期间引起油漆膜缺陷的颤动最小化。在约20℃的温度和约50%的相对湿度的环境实验室光照条件下，将所得湿油漆膜在室内干燥7天。干燥后的漆膜尺寸如下：27.94cm长，7.62cm宽，以及0.06mm至0.11mm厚。使用DualscopeFMP40C测量装置（Fischer Technologies Inc: Windsor, CT）测定油漆膜厚度。
制备B．灰尘沉积
使用30.48cm的刀片宽度、手动操作的金属片切割器（Di-Acro: Oak ParkHeights, MN）将如制备A所述制备的油漆膜涂覆板切割成如图4所示的较小片，注意不要损坏相关的油漆膜。丢弃每个油漆板的底部10.16cm长×2.54cm宽的部分。剩余的5.08cm长×1.91cm宽的油漆板片，从这一点向前称为薄片，使用标准永久记号笔如图5所示进行标记。然后分别将1.91cm长×0.64cm宽的3M Command™图片框架悬挂条片（3M Co; Maplewood,MN）的半部分和2.54cm长×0.95cm宽的Scotch® Magic™胶带条（3M Co; Maplewood, MN）分别附连（后者使用轻微的压力）到每个薄片的未涂漆和涂漆的一面，如图6所示。然后将胶带遮蔽的薄片（通常每次评估十二个）以圆周方式均匀地附接到本发明的烟雾化装置的出口端处的外壁上（以随机顺序）。已预先放置在装置的出口端的外侧上的3M Command™图片框架悬挂条（3M, Maplewood, MN）的部分有利于薄片附接。薄片在附接到烟雾化装置之后的取向使得薄片油漆膜表面与从所述装置排出的烟雾化颗粒流发生有效的间接接触。烟雾化装置包括具有文丘里管设计的改进的喷射器。
在将根据图3的烟雾化装置和相关联的安装薄片放置到根据图1至图2的本发明的外壳中之后，以恒定流速将高压空气（207kPa，使用0.40cm内径的柔性管材递送）引入所述装置的入口端。利用由空气流入并通过烟雾化装置引起的文丘里效应，将初级粒度在约100nm至约200nm范围内的50mg炭黑部分（除非另外指明，否则为Lamp Black 101粉末）通过0.95cm内径的金属J形管端口吸入所述装置的入口端。在约一分钟内添加每份50mg的炭黑，并在添加下一份之前再经过一分钟。选择穿过烟雾化装置的炭黑部分的数量，例如3至30份，以便产生所需程度的油漆膜颜色变深，这是由现在高度解聚的炭黑颗粒沉积到所述膜上引起的。
在炭黑颗粒沉积过程完成后，使空气再流动通过装置5分钟，然后打开外壳，从外壳内部取出烟雾化装置和相关的安装薄片，并且小心地将沾有炭黑的薄片从所述装置上取下。对于每个沾有炭黑的薄片，随后小心地去除先前施加到每个薄片上的胶带条，从而产生未污染的油漆膜表面，该表面被指定为区域1。
使用Microtrac S3500激光衍射颗粒分析仪在烟雾化装置喷射器的出口处分析炭黑（Flamrus 101）的尺寸分布。简而言之，使用类似于制备B中所述的那些（414kPa进料压力，喷射器凹口设定为1）的炭黑沉积条件，将50mg样品进料到所述喷射器中，并且假定不规则的吸收颗粒，获得炭黑的粒度分布。粒度分布在图10中提供。激光衍射粒度通常大于质量中值空气动力学粒度。这些数据表明，烟雾化装置可以大于50质量%或体积%的量产生尺寸低于2.5微米的粒度值。
制备C．中等单次温育沾灰分析
按照制备B中所述的方法，然后将另外2.54cm长×0.95cm宽的Scotch® Magic™胶带条附连到如图7所示的每个薄片的炭黑沾尘侧，使用的压力刚好足以确保胶带粘合剂与沾污的油漆膜表面均匀接触。然后立即小心地将所述胶带条从薄片移除、丢弃，并重复胶带添加/胶带移除过程。受该胶带剥离过程影响的油漆膜区域被指定为区域2。
然后将经炭黑处理的薄片平放到铝盘中（油漆膜面朝上），该铝盘位于已预热至45℃的标准电阻加热的Blue M实验室用烘箱（General Signal, Blue Island, IL）内。在空气中加热72小时后，将所述薄片从烘箱中取出，并且使其平衡至室温。然后将另外2.54cm长×0.95cm宽的Scotch® Magic™胶带条附连到如图8所示的每个薄片的炭黑沾尘侧，使用的压力刚好足以确保胶带粘合剂与沾污的油漆膜表面均匀接触。然后立即小心地将所述胶带条从薄片移除、丢弃，并重复胶带添加/胶带移除过程。受该胶带剥离过程影响的油漆膜区域被指定为区域3。
剩余的油漆膜区域（炭黑污染、烘箱加热、无胶带剥离）被指定为区域4。上述各种薄片区域的汇总在图9中提供。
然后将炭黑沾尘并加热的薄片连同白灰黑条纹状灰度控制卡（X-rite: GrandRapids, MI）一起非常小心地置于文档扫描仪（Epson Perfection V750 PRO, EpsonAmerica: Long Beach, CA）油漆膜侧向下的玻璃曝光板的中间区域上。（此前已发现扫描仪曝光板的整个区域提供一致的图像再现。）使用扫描仪软件（Epson Scan，专业模式），使用24位颜色、400点/英寸分辨率对薄片和对照卡执行基于标记图像文件格式（.tiff）的扫描。使用ImageJ图像分析软件（National Institutes of Health: Bethesda, MD）测定每个薄片区域1和3的平均灰度值（0至255，0=纯黑色，并且255=纯白色）。（区域2的分析指示存在环境温度的炭黑污染；该数据的薄片间的一致性用作质量检查，以确保喷粉装置的可操作性，并且油漆薄片上的沉积量相当相似，例如，在20灰度单位内）。还确定对照卡灰色条的平均灰度值，并在多次扫描仪运行中进行比较，以确保扫描仪操作的一致性。为区域1和3确定的平均灰度值用于使用公式(1)计算每个薄片的平均Δ灰度（Δ灰度）值：
公式(1) 平均Δ灰度=(区域1的平均灰度值)-(区域3的平均灰度值)
其中区域1为烘箱加热后未沾尘的油漆膜表面，区域3为烘箱加热和随后的双面胶带剥离后的炭黑沾尘的油漆膜表面。较大的平均Δ灰度值等同于油漆膜表面沾染到较大的炭黑。
制备D．顺序多次温育沾灰分析
对制备C进行修改以包括另外的温育和胶带剥离步骤，从而确定油漆膜的另外的温度相关或时间相关的沾灰性质。在制备C中，区域1表示烘箱加热后未沾尘的油漆膜表面，区域2表示环境室温沾灰，区域3表示在确定的温度温育后的沾灰。区域1、区域2和区域3的位置和尺寸可变化。薄片的其余部分也可被指定为区域4并且表示在烘箱处理之后机械地不受干扰的沉积炭黑。
在多次温育中，将油漆薄片分成另外n个区域，其中n表示另外的热处理次数和/或温育时间变化。例如，五步温度温育将具有5+3个区域。五个区域将保留用于五个指定的温度步骤，并且三个将保留用于区域1、区域2和区域4，如制备C所指示。另外的区域3、5、6、7和8根据所需的实验方案分配。
例如，对油漆膜在多个温育温度处连续等量温育时间的沾灰进行评估。合适的时间可为1小时，并且合适的温度可为60℃、80℃、100℃、120℃。另一个典型的实验方案是评价在等温条件下油漆膜的时间相关的沾灰。对于跨越数分钟至数天的线性或对数间隔的时间间隔，合适的温度可为45℃或60℃。在每次特定温育后，将油漆薄片从烘箱中取出，使其平衡至室温，然后如制备C中所示将其胶带剥离。
对于这些实验，通过光学对比度、表面元素组成或受灰尘存在的影响的其他因素的变化来评价油漆膜的沾灰。如公式(1)所示，应用灰度值，如在本发明中使用炭黑所做的。
对于任何给定的实验，使用公式(2)确定每个相应面积的油漆膜的沾灰：
公式(2) 平均Δ灰度=(区域1的平均灰度值)-(区域X的平均灰度值)
其中区域1为烘箱加热后未沾尘的油漆膜表面，区域X为特定温育和随后的双面胶带剥离后的炭黑沾尘的油漆膜表面。
制备E．具有特定MMAD的固体颗粒的质量浓度
通过烟雾化装置实现的MMAD低于10µm或低于2.5µm的炭黑的质量浓度使用惯性冲击颗粒取样收集装置来确定。根据图1至图2和制备B，将PM10冲击取样器气溶胶取样装置（目录号225-390；SKC Inc., Eighty Four, PA）和单独的PM2.5冲击取样器（目录号225-392；SKC Inc., Eighty Four, PA）置于壳体11中。每个冲击取样器都装有47-mm石英过滤器（Tissuquartz 2500QAT-UP PALLFLEX Membrane过滤器；Pall Lifesciences, PortWashington, NY）和预先涂油的37-mm冲击盘（目录号225-395，SKC Inc., Eighty Four,PA）。将每个石英过滤器在插入过滤器盒组件中之前在分辨率为0.01mg的分析天平上一式四份称重。将包含石英过滤器和冲击盘两者的过滤器盒组件也一式四份预称重。组装该装置，并将SKC冲击取样器连接到空气取样泵，该空气取样泵按照制造商的说明校准为以10L/min操作。
在每个实验中，将冲击器放置在壳体11的底部，在样品附接位置的75mm内。关闭室并照常操作。以恒定流速将207kPa的空气进料到烟雾化装置中。利用文丘里效应，在大约1分钟的过程中将三份50mg份的炭黑进料到金属J形管端口中，每次进料之间等待大约一分钟。空气取样泵在第一颗粒进料之前1分钟打开，并且在三个颗粒进料完成之后1分钟关闭。使用热丝式风速计（Amprobe TMA-21HW；Amprobe, Everett, WA）确定穿过33mm圆形排气端口的出口的空气速度为4.03m/s。通过测量报告精度为3%的校准SKC场转子流量计（目录号320-4A20L；SKC Inc., Eighty Four, PA）的入口处的空气速度来确认风速计的可操作性。在10Lpm的流速下，通过直径为8.5mm的圆形端口测量到1.51m/s的空气速度。通过孔口的体积流量可由孔口的横截面积与空气流速的乘积来确定。因此，使用风速计测量值和端口直径的转子流量计的体积空气流量为10.3Lpm，与10Lpm的转子流量计读数一致。离开气溶胶室的体积流量同样被确定为414Lpm。
在每个取样实验之后，拆卸气溶胶室并移除气溶胶取样收集装置。通过一式四份地测量过滤器盒组件的总质量变化来确定质量浓度。PM10或PM2.5质量通过按照制造商的说明拆卸过滤器壳体并一式四份地称量过滤器来确定。
实验结果以及计算的PM10和PM2.5含量汇总于表1和表2中。图11B和图11C示出炭黑明显主要沉积在石英滤光器上，如与图11A相比的颜色变化所示。这表明MMAD的高百分比或浓度低于气溶胶取样收集装置阈值。
表1．使用SKC PM10冲击取样器测量MMAD低于10µm的颗粒的质量浓度
固体粉末 取样颗粒的总质量（mg） 收集的PM10质量（mg） 低于10µm的MMAD百分比
Flamrus 101 5.06 ± 0.03 4.76 ± 0.05 94.1% ± 1.2%
Lamp Black 101 5.03 ± 0.05 4.90 ± 0.06 97.4% ± 1.6%
表2．使用SKC PM2.5冲击取样器测量MMAD低于2.5µm的颗粒的质量浓度
固体粉末 取样颗粒的总质量（mg） 收集的PM2.5质量（mg） 低于2.5µm的MMAD百分比
Flamrus 101 4.78 ± 0.06 4.44 ± 0.03 92.9% ± 1.4%
Lamp Black 101 5.47 ± 0.06 5.10 ± 0.06 93.3% ± 2.8%
实施例
比较例1．中国广州户外暴露测试
将七个油漆膜涂覆板（每个均源自不同的市售外用油漆制剂，并使用制备A中所述的工序制备）送往中国广州进行户外暴露测试。然后，根据ASTM测试方法G147-2009和G7-2013，并根据普遍公认的油漆户外评价的管理标准，开始相关油漆膜的户外暴露测试。将板安装在359cm长×164cm宽的铝制暴露架上，与水平面成45度角，面向南安装，该铝制暴露架定位在粗糙的地面覆盖物上。从零小时暴露时间点开始，按照ASTM测试方法E1349-06(2013)和E308-2013，使用X-Rite 948反射光谱色度计（X-Rite, Inc: Grand Rapids, MI；D65 CIE标准照明体，0度照明角度，45度视角）定期对油漆膜进行光谱测量（400nm至700nm，20nm增量）。每次测量都包括从油漆膜的三个广泛分离的区域收集光谱反射数据并将结果取平均，以产生基于相应HunterLab色标的平均L*值（白-黑颜色轴）。然后使用所获得的平均L*值计算每个油漆膜在不同暴露时间点的平均沾灰值（平均ΔL*），使用公式(3)：
公式(3) 平均ΔL*=(0小时暴露，平均L*)-(X小时暴露，平均L*)。
较大的平均ΔL*值相当于较大的沾灰。表3汇总了七种被评估的油漆膜中的每一种随户外暴露时间而变化的所获得的平均ΔL*值。
表3．比较例1的平均ΔL*与以天为单位的暴露时间
天数 7 in 1FutureColor Shield-1 NanoSemi-Gloss Shield-1NanoSheen Super-shieldSemi-Gloss Super-shieldSheen Aquis Façade Novasil
0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
56 10.66 8.26 1.88 8.30 1.95 2.39 2.51
95 13.07 9.79 3.30 10.05 3.01 3.19 3.34
140 13.93 11.36 4.14 11.46 3.96 4.39 4.89
172 13.76 11.98 4.74 11.04 4.69 4.42 4.82
236 18.11 15.35 10.19 15.13 8.68 10.84 10.50
272 19.22 16.23 10.64 14.83 9.66 11.38 11.19
302 19.28 17.02 10.89 15.35 10.14 12.2 12.06
333 21.41 16.18 12.07 15.58 10.73 13.34 12.85
363 21.15 16.53 12.09 16.04 10.43 13.42 13.56
394 21.41 16.64 12.29 15.44 10.73 12.83 13.35
比较例2．印度金奈户外暴露测试
使用制备A中所述的程序制备比较例1中突出显示的七个油漆膜涂覆板的重复组。这些用于印度金奈的户外暴露地点。然后，根据ASTM测试方法G147-2009和G7-2013，并根据普遍公认的油漆户外评价的管理标准，开始相关油漆膜的户外暴露测试。将板安装在359cm长×164cm宽的铝制暴露架上，与水平面成45度角，面向南安装，该铝制暴露架定位在粗糙的地面覆盖物上。从零小时暴露时间点开始，按照ASTM测试方法E1331，使用X-Rite Colori7分光光度计（X-Rite, Inc: Grand Rapids, MI；D65 CIE标准照明体，0度照明角度，10度视角，排除镜面反射率）定期对油漆膜进行光谱测量（360nm至750nm，10nm增量）。每次测量都包括从油漆膜的三个广泛分离的区域收集光谱反射数据并将结果平均化以按照ASTM测试方法E308产生基于相应HunterLab色标的平均L*值（白-黑颜色轴）。然后使用所获得的平均L*值计算每个油漆膜在不同暴露时间点的平均沾灰值（平均ΔL*），使用公式(3)。表4汇总了七种被评估的油漆膜中的每一种随户外暴露时间而变化的所获得的平均ΔL*值。
表4．比较例2的平均ΔL*与以天为单位的暴露时间
天数 7 in 1FutureColor Shield-1Nano Semi-Gloss Shield-1Nano Sheen Super-shieldSemi-Gloss Super-shieldSheen Aquis Façade Novasil
0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
33 5.46 4.54 1.69 4.50 1.32 1.77 1.29
112 11.75 9.33 4.57 8.02 3.45 4.65 4.26
138 12.32 9.95 5.69 8.75 4.61 5.86 5.51
156 13.57 10.36 6.51 8.81 5.40 6.76 6.45
182 14.43 11.02 7.98 8.93 6.61 8.46 7.93
241 15.78 11.16 8.63 8.88 7.13 9.28 9.43
272 16.75 11.54 9.68 9.05 7.92 10.24 10.18
363 17.61 11.89 10.13 9.27 8.20 10.50 10.70
实施例1．商用油漆的加速测试
使用制备A，制备比较例1中突出显示的七个油漆膜涂覆板的另外的重复组。使用制备B和C中所述的程序，然后将所述板切割成薄片，然后针对每种油漆类型同时评估其中两个薄片的加速抗沾灰性。在所述评估期间，采用总共6个连续运行的炭黑（Flamrus 101）起尘通道。表5中提供了源自每种油漆类型薄片对的平均Δ灰度值。
表5．实施例1的平均Δ灰度值
7 in 1 FutureColor Shield-1 NanoSemi-Gloss Shield-1 NanoSheen Super-shieldSemi-Gloss Super-shieldSheen Aquis Façade Novasil
26.6 7.2 1 4.6 0.8 3.4 3.9
对于表3中突出显示的每个广州测试地点非零户外暴露时间（总共十个），相对于表5中提供的对应Δ灰度值绘制每个列出的油漆的ΔL*值。然后对十条曲线中的每一条进行线性最小二乘数据拟合。表6中提供了由此产生的相关系数（R2值）。
对于表4中突出显示的每个金奈测试地点非零户外暴露时间（总共八个），还相对于表5中提供的对应Δ灰度值绘制每个列出的油漆的ΔL*值。对八条曲线中的每一条进行线性最小二乘数据拟合。表7中提供了由此产生的相关系数。
表6．实施例1与比较例1的相关系数
暴露天数 相关系数（R<sup>2</sup>）
56 0.60
95 0.63
140 0.59
172 0.57
236 0.67
272 0.75
302 0.71
333 0.88
363 0.83
394 0.87
表7．实施例1与比较例2的相关系数
暴露天数 相关系数（R<sup>2</sup>）
33 0.56
112 0.72
138 0.74
156 0.84
182 0.90
241 0.94
272 0.93
363 0.93
表6和表7中提供的数据示出，对于给定的一系列油漆膜，源自户外暴露的ΔL*值与源自本发明的Δ灰度值之间的相关性随着油漆膜户外暴露时间的增加而改善，最终允许后者的值（对于给定的油漆）根据暴露地点在约6个月至约12个月户外暴露时间点开始有效地预测前者的值。
实施例2．具有不同Tg值的聚合物粘结剂的油漆的加速测试
使用本领域技术人员已知的乳液聚合技术，以不同的量使用甲基丙烯酸甲酯（MMA）、甲基丙烯酸（MAA）和丙烯酸丁酯（BA）单体制备四种独特的聚合物粘合剂作为水乳液。用于每种聚合物粘结剂合成的每种单体的量（以mmol计）示于表8中。表8中还示出了每种制备的乳液的重量%固体和相应聚合物粘结剂的玻璃化转变温度（Tg）。通过将乳液样品在标准真空烘箱中于110℃处干燥2小时，通过重量分析测定乳液重量%固体。聚合物粘结剂的干燥固体样品的玻璃化转变温度使用TA Instruments Q100差示扫描量热仪（特拉华州纽卡斯尔的TA仪器公司（TA Instruments, New Castle, DE）和相关联的软件测量。
表8．聚合物粘结剂1-4的组成和表征
MMA（Mmol） MAA（MMol） BA（MMol） MMA/BA摩尔比 乳液重量%固体 聚合物粘结剂T<sub>g</sub>（℃）
1 150 7 50 75/25 46.8 61
2 120 7 80 60/40 46.9 30
3 80 7 120 40/60 47.2 0
4 50 7 150 25/75 47.3 -18
使用本领域技术人员已知的油漆制造技术，将四种合成的聚合物粘结剂各自作为其相应的水性乳液单独地掺入表9中所述的高质量测试油漆制剂中。
表9．实施例2的油漆组合物
Figure DEST_PATH_IMAGE003
使用制备A中所述的程序制备源自四种产生的测试油漆的四个油漆膜涂覆板的两个重复组。使用制备B和C的程序，然后将一组板切割成薄片，然后针对每种测试油漆同时评估其中两个薄片的加速抗沾灰性。在所述评估期间，采用总共24个连续运行的炭黑起尘通道。表10中提供了源自每种测试油漆薄片对的平均Δ灰度值。
将四个（未切割）板的剩余组送到位于中国台湾观音的工业场所，在那里将它们暴露于户外。将板安装在359cm长×164cm宽的铝制暴露架上，与水平面成90度角，面向南安装，该铝制暴露架定位在混凝土基座上。从零小时暴露时间点开始，按照ASTM测试方法E1331，使用X-Rite RM200QC手持式颜色分析仪（X-Rite, Inc: Grand Rapids, MI；D65CIE标准照明体，0度照明角度，10度视角，排除镜面反射率）定期对油漆膜进行光谱测量（360nm至750nm，10nm增量）。每次测量都包括从油漆膜的三个广泛分离的区域收集光谱反射数据并将结果平均化以按照ASTM测试方法E308产生基于相应HunterLab色标的平均L*值（白-黑颜色轴）。然后使用所获得的平均L*值计算每个测试油漆膜在不同暴露时间点的平均沾灰值（平均ΔL*），使用公式(3)。每种测试油漆在204天暴露时间点处获得的平均ΔL*值提供于表10中。
表10．实施例2油漆的Δ灰度与ΔL*的比较
油漆 聚合物粘结剂（水性乳液） 聚合物粘结剂T<sub>g</sub>（℃） 加速测试平均Δ灰度 在观音户外暴露204天，平均ΔL*
A 1 61 1.7 4.8
B 2 30 8.4 9.06
C 3 0 43.7 12.47
D 4 -18 57.9 14.55
表10中提供的数据揭示了随着聚合物粘结剂玻璃化转变温度降低（油漆膜硬度降低），ΔL*和Δ灰度值增加（沾灰增加）的预期趋势。更重要的是，表10中示出的平均ΔL*值与其对应的Δ灰度值（也在表10中示出）的曲线图的线性最小二乘数据拟合产生0.90的相关系数，该值的量值表明，源自本发明的Δ灰度值可以预测一系列类似油漆的户外暴露的ΔL*值，所述一系列类似油漆具有在204天的有效长暴露时间下不同玻璃化转变温度的聚合物粘结剂。
实施例3．具有不同颜料体积浓度的油漆的加速测试
使用本领域技术人员已知的油漆制造技术，根据表11中提供的配方制备五种具有不同颜料体积浓度（PVC）的油漆。
表11．具有不同PVC值的油漆的组成
Figure DEST_PATH_IMAGE004
使用制备A中所述的程序制备源自五种产生的测试油漆的五个油漆膜涂覆板的两个重复组。使用制备B和C中所述的程序，然后将一组板切割成薄片，然后针对每种测试油漆同时评估其中两个薄片的加速抗沾灰性。在所述评估期间，采用总共24个连续运行的炭黑起尘通道。表12中提供了源自每种油漆薄片对的平均Δ灰度值。
将五个（未切割）板的剩余组送到位于中国台湾观音的工业场所，在那里将它们暴露于户外并如实施例2所述进行分析。每种测试油漆在204天暴露时间点处获得的平均ΔL*值提供于表12中。
表12．实施例3油漆的Δ灰度与ΔL*的比较：
油漆 油漆类型 油漆制剂PVC 加速测试平均Δ灰度 在观音户外暴露204天，平均ΔL*
A 光泽 21.5 82.7 14.78
B 半光泽 26.0 77.5 13.78
C 光滑 30.8 73.4 13.44
D 平坦 46.5 38.3 10.61
E 平坦 60.7 7.4 9.23
表12中提供的数据揭示了随着油漆颜料体积浓度增加（油漆无机含量增加），ΔL*和Δ灰度值减小（沾灰减小）的预期趋势。另外，表12中示出的平均ΔL*值与其对应的Δ灰度值（也在表12中示出）的曲线图的线性最小二乘数据拟合产生0.97的相关系数，该值的量值表明，源自本发明的Δ灰度值可以预测一系列类似油漆的户外暴露的ΔL*值，所述一系列类似油漆具有在204天的有效长暴露时间下不同的颜料体积浓度。
实施例4．温度暴露对测试样品的影响
按照制备B中的程序，用炭黑（Flamrus 101）对从为比较例2制备的相同板获得的油漆薄片撒粉，不同的是仅施加6遍。然后对所述薄片进行顺序多处理沾灰分析。如下选择四次处理：60℃持续1小时，80℃持续1小时，100℃持续1小时，以及120℃持续1小时。在每次处理后，使薄片平衡至室温。然后在指定区域进行双面胶带剥离，之后将薄片放回烘箱中根据制备D进行后续处理，并测量Δ灰度值（表13）。
表13．不同温度处暴露样品的Δ灰度值
温度（℃） 7 in 1Future Color Shield-1 NanoSemi-Gloss Shield-1Nano Sheen Super-shieldSemi-Gloss Super-shieldSheen Aquis Façade Novasil
60 24 3 0 5 0 0 5
80 35 4 0 9 4 1 3
100 60 9 3 14 5 2 5
120 71 18 6 16 8 4 5
表13中的数据展示了油漆膜表征的附加方法。顺序温育提供了指示油漆表面膜的热行为的信息，并且还提供了与表3和表4中给出的户外数据合理相关的替代途径。
比较例3．使用颗粒浆液的加速测试
通过用刷子将油漆施加到膜板上来制备油漆膜板，从而使样品干燥。通过将炭黑（10g，Flamrus 101）在去离子水（30g）中混合来制备含有25重量%炭黑的浆液，在配备有½英寸可替换尖头焊头的Qsonica（Newtown, CT）Q700超声处理器中以50%振幅超声处理该混合物4分钟。将所得浆液冷却至室温，然后用刷子施加以覆盖油漆膜板的1/3，从而形成经浆液处理的区域。将经浆液处理的板在实验室条件下干燥4小时，用自来水冲洗并用湿海绵轻轻擦拭。该过程以防止未刷涂的油漆膜的未处理的原始油漆控制区域的污染和脱色的方式进行。油漆膜的该未处理区域被指定为区域1，并且经浆液处理的区域被指定为平均Δ灰度的区域3。将冲洗和擦拭后的板再风干24小时，然后连同白灰黑条纹状灰度控制卡（X-rite:Grand Rapids, MI）一起小心地置于文档扫描仪（Epson Perfection V750 PRO, EpsonAmerica: Long Beach, CA）的玻璃曝光板的中间区域上。使用扫描仪软件（Epson Scan，专业模式），使用24位颜色、400点/英寸分辨率对薄片和对照卡执行基于标记图像文件格式（.tiff）的扫描。使用ImageJ图像分析软件（National Institutes of Health: Bethesda,MD）测定对照区域和刷涂区域的平均灰度值（0至255，0=纯黑色，并且255=纯白色）。使用上面的公式(1)计算每个板的平均Δ灰度值，如表14所示。较大的平均Δ灰度值等同于油漆膜表面沾染到较大的炭黑。
表14．比较例3的平均Δ灰度值
7 in 1 Future Color Shield-1 Nano Semi-Gloss Shield-1 Nano Sheen Super-shield Semi-Gloss Super-shield Sheen
3.7 6.5 24.5 5.2 35.8
对于表4中突出显示的每个金奈测试地点非零户外暴露时间（总共八个），相对于表14中提供的对应Δ灰度值绘制每个列出的油漆的ΔL*值。对八条曲线中的每一条进行线性最小二乘数据拟合。表15中提供了由此产生的相关系数。
表15．比较例2和3的相关系数
暴露天数 相关系数（R<sup>2</sup>）
33 0.93
112 0.85
138 0.84
156 0.74
182 0.62
241 0.50
272 0.41
363 0.38
源自户外暴露的ΔL*值与源自浆液处理沾灰评估方法的Δ灰度值之间的相关性表明，颗粒浆液实施例不是户外性能的预测因子，因为相关系数随时间推移而变差。
比较例4．没有热处理的加速测试
重复实施例1，不同的是样品不在烘箱中加热一段时间。申请人发现，沉积炭黑的视觉解释与比较例1和2中提供的户外暴露的结果之间没有可观察到的相关性。
表16．比较例4的平均Δ灰度值
7 in 1 FutureColor Shield-1 NanoSemi-Gloss Shield-1 NanoSheen Super-shieldSemi-Gloss Super-shieldSheen Aquis Façade Novasil
0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
比较例5．浸水加速测试
重复比较例4，其中样品不在烘箱中加热一段时间。在炭黑沉积之后，将样品浸入pH 3的水中或去离子水（DI）中。将样品干燥24小时，并且如先前实验中那样通过两次胶带剥离来移除松散粘附的灰尘。将样品未暴露于液体的样品区域与用液体和胶带剥离处理的区域进行比较。申请人发现，沉积炭黑的视觉解释与比较例1和2中提供的户外暴露的结果之间没有可观察到的相关性。
表17．比较例5的平均Δ灰度值
水 7 in 1FutureColor Shield-1 NanoSemi-Gloss Shield-1Nano Sheen Super-shieldSemi-Gloss Super-shieldSheen Aquis Façade Novasil
pH 3 2.6 1.8 2.1 2.2 0.2 8.2 7.2
DI 0.8 0.0 0.5 0.0 0.0 2.5 2.8

Claims (20)

1.一种用于对样品上的固体残余物进行定量的方法，所述方法包括：
1) 提供至少一个固体基板以及具有入口和出口的烟雾化装置，
2) 向所述入口添加固体材料，
3) 形成固体颗粒的颗粒云，其中固体颗粒的质量浓度的至少1%具有至多约10µm的质量中值空气动力学粒径，所述固体颗粒的颗粒云通过所述出口离开所述烟雾化装置，从而将所述固体颗粒施加到所述至少一个固体基板上以形成至少一个经处理的基板，
4) 其中将所述至少一个经处理的基板保持在约30℃至约120℃的温度处达所述方法的至少一部分，
5) 从所述至少一个经处理的基板移除所述固体颗粒的一部分，其中步骤4)和5)以任何顺序进行以形成至少一个样品，以及
6) 分析所述至少一个样品。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述固体颗粒的质量浓度的至少1%具有至多约2.5µm的质量中值空气动力学粒径。
3.根据权利要求1所述的方法，其中移除所述固体颗粒的一部分的步骤通过以下方式进行：使所述样品与粘合带或粘性表面接触并移除所述带或粘性表面、与有机硅膜接触并移除所述有机硅膜、施加真空、机械擦拭、液体洗涤、摩擦或者使用液体或空气射流。
4.根据权利要求1所述的方法，其中提供至少一个固体基板的步骤通过以下方式进行：定位至少一个固体基板以避免与所述烟雾化装置的所述出口直接接触并允许所述颗粒云接触所述至少一个固体基板。
5.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括应用静电能、热泳、场聚焦、旋转力、高速混合、连续下降、压力变化或空气动力学外壳设计的步骤。
6.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤6)中分析所述至少一个样品的重量、亮度、颜色、反射率或化学组成。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述固体材料为炭黑、氧化铁、石墨、灰分、烟灰、碎砖粉尘、灰尘、花粉、孢子、无机微晶或它们的混合物。
8.根据权利要求1所述的方法，其中向所述入口添加固体材料的步骤还包括添加载气。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个固体基板为聚合物、木材、木材层合物、纸层合物或具有涂层的固体表面，其中所述涂层为聚合物涂层、非聚合物有机涂层或无机涂层。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述经处理的基板通过以下方式加热：烘箱或其他受控高温环境；加热容纳所述经处理的基板和所述烟雾化装置的外壳；吸收光；对流加热；传导加热；或施加定向热。
11.根据权利要求9所述的方法，其中在步骤1)之前对所述至少一个基板进行预处理。
12.根据权利要求1所述的方法，其中在分析之前将所述至少一个经处理的基板保持在约30℃至约120℃的温度处达5分钟至1个月。
13.一种设备，所述设备包括：
a) 外壳，
b) 烟雾化装置，所述烟雾化装置包括从一端的入口延伸到另一端的出口的管腔，其中所述管腔与所述外壳形成流体连通，并且其中所述管腔允许包含气体和固体材料的气溶胶流流动通过所述烟雾化装置并离开所述烟雾化装置的所述出口，
c) 端口，所述端口位于所述外壳上，用于向所述烟雾化装置添加固体材料，以及
d) 至少一个固体基板，所述至少一个固体基板位于所述外壳中，
其中所述烟雾化装置还包括：
用于将附聚物和/或聚集体减小为固体颗粒的颗粒分散单元，其中固体颗粒的质量浓度的至少1%具有至多约10µm的质量中值空气动力学粒径，
其中所述至少一个固体基板位于所述外壳内部并且被定位成避免与离开所述烟雾化装置的所述出口的所述气溶胶流直接接触。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述颗粒分散单元将附聚物和/或聚集体减小为固体颗粒，其中所述固体颗粒的质量浓度的至少1%具有至多约2.5µm的质量中值空气动力学粒径。
15.根据权利要求13所述的设备，其中所述烟雾化装置迫使所述气溶胶流以至多约50m/s的速度通过所述管腔。
16.根据权利要求13所述的设备，其中所述烟雾化装置包括通向室的进气口，其中所述室在一个或多个端口处连接到所述颗粒分散单元，从而允许所述气体接触所述固体颗粒。
17.根据权利要求13所述的设备，其中所述至少一个固体基板为聚合物、木材、木材层合物、纸层合物或具有涂层的固体表面，其中所述涂层为聚合物涂层、非聚合物有机涂层或无机涂层。
18.根据权利要求13所述的设备，所述设备还包括位于所述外壳内部的偏流器，其中所述偏流器被定位在离开所述气溶胶装置的所述气溶胶流的路径中，以将所述气溶胶流偏转远离所述至少一个固体基板。
19.根据权利要求13所述的设备，其中所述烟雾化装置的所述出口延伸到所述外壳中。
20.根据权利要求13所述的设备，所述设备还包括位于所述外壳上的一个或多个开口，所述一个或多个开口将所述外壳的内容物连接到大气压、真空、加压区域或用于再循环固体材料的装置。
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Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1121677A (ja) * 1997-06-30 1999-01-26 Agency Of Ind Science & Technol 超微粒子の成膜，成形方法及びその装置
WO2002059574A1 (en) * 2001-01-24 2002-08-01 Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus Method and apparatus for studying aerosol sources
JP2004089955A (ja) * 2002-09-04 2004-03-25 National Institute Of Advanced Industrial & Technology エアロゾル粒子の発生分散方法及びその装置
CN1695771A (zh) * 2005-03-25 2005-11-16 清华大学 一种气溶胶细粒子采样器
CN1726076A (zh) * 2002-12-19 2006-01-25 阿库斯菲尔公司 使用喷雾干燥器和内连气流粉碎机制备粒子的方法和设备
JP2009028709A (ja) * 2007-06-29 2009-02-12 Brother Ind Ltd エアロゾル生成装置およびエアロゾル生成方法
CN101883663A (zh) * 2007-10-16 2010-11-10 Hkpb科技有限公司 表面涂布方法和其用途
US20110033631A1 (en) * 2006-10-19 2011-02-10 Malshe Ajay P Methods and Apparatus for Making Coatings Using Electrostatic Spray
US20120091223A1 (en) * 2010-10-19 2012-04-19 Jinghai Yi Nanoparticle Aerosol Generator
WO2014143731A2 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Kettering University Method and apparatus for surface chemical functionalization of powders and nanoparticles
CN203944365U (zh) * 2014-07-07 2014-11-19 清华大学 一种碰撞解聚式颗粒发生装置
CN104458395A (zh) * 2014-12-01 2015-03-25 中国建材检验认证集团股份有限公司 涂层耐沾污性能的污染源、试验方法以及自动沾污设备
KR20190016840A (ko) * 2017-08-09 2019-02-19 한국세라믹기술원 미세먼지 안티폴루션 기능성 평가장치

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3657152B1 (de) * 2018-11-26 2023-10-04 OHB System AG Probe zur partikelmessung, probenbehälter und verfahren zur partikelmessung

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1121677A (ja) * 1997-06-30 1999-01-26 Agency Of Ind Science & Technol 超微粒子の成膜，成形方法及びその装置
WO2002059574A1 (en) * 2001-01-24 2002-08-01 Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus Method and apparatus for studying aerosol sources
JP2004089955A (ja) * 2002-09-04 2004-03-25 National Institute Of Advanced Industrial & Technology エアロゾル粒子の発生分散方法及びその装置
CN1726076A (zh) * 2002-12-19 2006-01-25 阿库斯菲尔公司 使用喷雾干燥器和内连气流粉碎机制备粒子的方法和设备
CN1695771A (zh) * 2005-03-25 2005-11-16 清华大学 一种气溶胶细粒子采样器
US20110033631A1 (en) * 2006-10-19 2011-02-10 Malshe Ajay P Methods and Apparatus for Making Coatings Using Electrostatic Spray
JP2009028709A (ja) * 2007-06-29 2009-02-12 Brother Ind Ltd エアロゾル生成装置およびエアロゾル生成方法
CN101883663A (zh) * 2007-10-16 2010-11-10 Hkpb科技有限公司 表面涂布方法和其用途
US20120091223A1 (en) * 2010-10-19 2012-04-19 Jinghai Yi Nanoparticle Aerosol Generator
WO2014143731A2 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Kettering University Method and apparatus for surface chemical functionalization of powders and nanoparticles
CN203944365U (zh) * 2014-07-07 2014-11-19 清华大学 一种碰撞解聚式颗粒发生装置
CN104458395A (zh) * 2014-12-01 2015-03-25 中国建材检验认证集团股份有限公司 涂层耐沾污性能的污染源、试验方法以及自动沾污设备
KR20190016840A (ko) * 2017-08-09 2019-02-19 한국세라믹기술원 미세먼지 안티폴루션 기능성 평가장치

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SHUXUE ZHOU ET AL.: "A novel adsorption method to simulate the dirt pickup performance of organic coatings", JOURNAL OF COATINGS TECHNOLOGY AND RESEARCH, vol. 15, no. 1, pages 175 - 184, XP036410342, DOI: 10.1007/s11998-017-9971-0 *

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