一旦涂层表面材料被破坏，即形成了酸蚀。这种材料的破坏是由于涂层内化学键发生酸促水解所形成的。当大量聚合物分子链或分子的化学键发生断裂，就会发生涂层脱落。因为，在蒸发过程中酸在水滴边缘凝结，使材料发生严重的破坏，从而形成了类似“环状”或“水渍”图案的酸蚀斑纹。
提高汽车涂层抗酸蚀研究的主要目的是开发出一种新的配方，可以提高高分子链结构耐酸蚀性能。多数汽车涂层由高颜料组分的涂层(底漆)以及上面覆盖的一层透明的面漆组成。
1 布朗特岛曝露试验及加速酸蚀测试
1.1 布朗特岛暴露试验
佛罗里达州杰克逊威尔的布朗特岛在夏季一直是北美洲酸雨ZUI严重的地区之一。因此，该地成为多种汽车涂层抗酸蚀性能评估的户外测试场。每年都有汽车制造商及其供应商将大量的车篷、面板和仪表板放在杰克逊维尔进行测试。车篷、面板和仪表板的尺寸和形状各异，但ZUI常见的是黑色，用以得到ZUI严酷的酸蚀结果。选择的测试方法有多种，但通常是放置在与水平成0°～5°角进行测试。典型的测试周期大约是14个星期，在每年的6～9月进行。测试样品在这14个星期内的每个星期都进行酸蚀损失的评定，评定采用目测方法，即用一块标准面板作为对照。布朗特岛曝露是真实的户外实际测试，是准确可靠的。但对产品开发却存有明显的局限性。除了因测试的地理位置和时间的局限外，测试还会因每年气候条件的不同而得到不同的测试结果。
1.2 加速酸蚀测试
对汽车面漆抗酸蚀能力的实验室加速试验已经进行了许多研究。当前本行业所使用的方法有梯度棒测试、酸浸蚀测试等。没有一种测试能包含所有导致汽车面漆酸蚀的实际参数，如湿度、紫外线、样品朝向、酸液组成等。
2ZUI新测试方法的开发
BASF公司认识到开发更逼真的加速酸蚀测试方法的重要性，并开始对一些关键参数进行量化处理。现有的氙灯试验箱可以实现大多数的关键参数。
自1950年以来，氙灯试验箱已经用于测试涂料的耐老化性能，并得到广泛运用。氙灯试验箱的氙弧灯光源经过过滤后可真实地模拟太阳光光谱，因此得到广泛运用。传统的氙灯试验箱在其测试室的中心安装有氙灯，测试样品垂直放置在环绕氙灯的样品架上，同时样品架以一定的转速围绕氙灯旋转。这种机型通常被叫做旋转鼓”式氙灯试验箱。在这种垂直放置样品的系统中，喷洒在样品上的液体会很快地流失。 Q -Panel实验设备公司开发并推出的Q-Sun 氙灯试验箱，将氙灯放置在测试室的顶部，测试零件和样板以接近水平角度的方向安置在灯管下方。与传统“旋转鼓”式试验箱不同，任何喷洒到样品上的液体不会很快流走，可以在样品上停留较长的时间，并缓慢地在样品表面干燥。
BASF公司的科学家认识到这种样品平面排列的氙灯测试对于再现杰克逊维尔酸蚀性试验特别有用。基于Q-Panel公司在老化科学、相关性研究和测试试验箱领域的丰富经验，BASF公司决定与Q-Panel公司联合研究开发更逼真的加速酸蚀测试方法。
2.1 曝露参数的量化
BASF公司多年来一直在收集佛罗里达州杰克逊维尔曝露场的环境参数。基于这些数据，以下列出了BASF公司研究加速酸蚀试验方法应考虑的关键因素。
2.1.1温度
此前，BASF公司已意识到杰克逊维尔户外曝露结果中温度的重要性。温度参数参照曝露于杰克逊威尔的实际样品的实时测量，并进行了量化。在1993 年，实测得高达80℃的样品温度。在2002年，杰克逊威尔对在实际零件和测试样板的户外环境条件下的测量显示，ZUI高样品温度大约为72℃，见表1。
根据以上数据，采用80℃作为加速测试中氙灯光照循环的黑板温度。
2.1.2 雨水
BASF公司的科学家认为，必须使用含有特殊的化学成分和pH值的酸性溶液模拟杰克逊维尔的酸雨。从户外观察发现，小于0.25 cm的急阵雨和薄云层ZUI容易形成杰克逊维尔酸蚀。研究确定，低PH 值降雨是产生酸蚀的ZUI主要原因 例如，1989年杰克逊威尔收集的酸雨其pH值为3.49)。
从杰克逊维尔的气象数据中可以得到，每年6～ 8月间，平均有10～15个这样的天气，见表2。
加速试验室方法中，酸性溶液的pH值和化学成 分是基于对杰克逊维尔雨水样本进行分析的结果。
2.1.3 湿度和潮湿时间
BASF公司研究发现，保持与杰克逊威尔的自 然曝露环境一致的相对湿度是必要的。这样可以更 好地模拟户外长时间的潮湿环境。杰克逊维尔气候 数据显示，夏季的平均相对湿度约为80% 6～8月)。
对佛罗里达州和其他地区潮湿时间 (TOW)的 研究显示，户外样品一半以上的时间处于潮湿状态， 造成测试样品潮湿的主要因素是露水Grossman， 1978年)。在杰克逊维尔的户外观察证实了这一观 点，发现多数夏季夜晚，露水在零件和样板上产生凝 露。一般来说，露水在第2天早晨依然存在。
因此.在试验室加速测试中，在黑暗循环中喷淋 纯水用于模拟夜晚凝露。同时，在测试中保持80%的 相对湿度以模拟杰克逊维尔的夏季环境。
2.1.4样品放置角度
在杰克逊维尔，当曝露于户外的样板和零件被 放置成水平或接近水平的角度时，可得到严重的酸 蚀效果。通常来讲，ZUI严重的酸蚀出现在与水平成 0°~5°角的条件下。
为模拟ZUI严酷的曝露条件，Q-Sun试验箱的样 品架改造成与水平成0°角放置 ( 普通Q-Sun试验 箱中的样品架为与水平成10°角放置)。
2.1.5 紫外线
根据Q-Panel公司的经验，要获得与户外结果 对比的ZUI佳相关性，实验室样品应曝露于与户外类 似的光谱能量分布SPD)和类似强度的紫外光照 下。Q-Panel公司对阳光光谱的研究显示，尽管日光 光谱在一天中时刻都在改变，在夏日中午阳光ZUI强 时340 nm处的紫外光强为0.68 W/m2 nm。Q-Panel 公司的测量结果与CIE 85中表格4见附录)以及 由ASTM的G03委员会所建议的新SMART 2光谱 的结果一致。
在一些旧版的汽车测试标准，例如SAE J1960 中，使用一个“延伸紫外线”光谱来提高降解速率。这种光谱的缺陷在于包含低于阳光截止点(295 nm) 的短波。经验告诉我们，这个光谱可能导致一些涂层在自然条件下不存在的老化现象。因此，新的测试标准，例如SAE J2527，指定如ASTM G151所述的日光过滤器以达到与自然条件更为接近的光谱这与IS0 4892-2和IS0 11341所指定的光谱相同)。BASF公司新的加速酸蚀测试步骤选择了日光过滤器光谱，因为它能更好地模拟自然阳光。Q-Sun 日光过滤器光谱与太阳光谱的比较见图1。
这样，我们基本确立了BASF/Q-Sun实验室测试的一些基本参数，见表3。
2.2试验步骤
基于对杰克逊维尔酸雨化学成分的检测， BASF公司开发了一种仿酸雨溶液。BASF公司还为 Q-Panel公司提供了一套4种面漆测试样品。
对Q-Sun标准氙灯进行试验箱改造以适应测试要求。增加了0°角的样品架和双重喷淋系统。双重喷淋系统可设定程序，且可分别喷淋纯净去离子水和仿酸雨溶液。
改造后的Q-Sun氙灯试验箱可按不同的测试循环运行，包括连续光照及间断酸液喷淋。Q-Panel 公司确定了一个明暗交替的曝露环境，可以很好地模拟杰克逊维尔的户外酸蚀效果。酸液喷淋量和频率取决于对户外的模拟效果。
在经过若干次对比研究后，开发了一种优化的曝露循环。在测试循环确定后，测试样品被置于Q- Sun中，并在200 h后每过100 h对样品进行检查，见表4。
2.3酸蚀评估
对酸蚀损失进行目测，并按(0ZUI好～10ZUI差)来对测试样品评级。评级概括如下，见表5。
有些测试中，可对以上评级进行细化。
2.4结果比较
2.4.1 杰克逊维尔曝露场户外测试数据
比较2年的杰克逊维尔自然曝露数据以建立一条基线。如预期的一样，每年的一概数值都会有所不同。然而，每年各种不同样品的排列顺序都是完全一致的。参见表6和图2。
2.4.2 BASF公司的加速酸蚀测试效果
目200 h开始，每经过100 h对测试样品进行评级，结果见表7。在Q-Sun中曝露200 h后，样品性能的相对排列顺序基本确立，并在曝露试验过程中保持不变。
将BASF公司的加速酸蚀测试结果与实际的杰克逊维尔自然曝露数据进行比较。在Q-Sun中 200 h后，BASF公司的加速酸蚀测试结果与杰克逊维尔曝露的排列是相同的。在400 h后得到了很好的相关性(斯皮尔曼Spearman tho=l.0)，并观察到几乎与2001年杰克逊维尔曝露14周(图3和图4)时相同的酸蚀程度。在700 h后的结果与2002年杰克逊维尔数据(图5)基本一致。
2.5进一步试验
由于极佳的相关性，该加速测试方法被用于更多的已获得杰克逊维尔曝露数据的样品测试。为建立一套基准，使用皮尔森Pearson)和斯皮尔曼 (Spearman)相关系数对杰克逊维尔2001年、2002 年的数据进行对比。通过对比，我们认为皮尔森的方法更有效。从数据组中得到皮尔森相关系数为0.88，
图5 2002年杰克逊维尔与BASF/Q-Sun结果对比而斯皮尔曼排列顺序系数为0.72。
针对相同的系列样板，通过BASF公司加速酸蚀测试步骤曝露420 h。Q-Sun的测试效果与2001 年杰克逊维尔的效果相同，皮尔森相关系数为 0.90，而斯皮尔曼的相关系数为0.80。
当BASF公司加速酸蚀测试评级与2001年、 2002年杰克逊维尔的平均结果进行对比时，相关性甚至更好。皮尔森相关系数R2=0.93而斯皮尔曼相关系数tho=0.80。简而言之，BASF公司的加速酸蚀测试结果与杰克逊维尔的结果一致。
3 结论
BASF公司和Q-Panel实验室产品公司联合开发了新的加速酸蚀测试方法。该方法确认并包含了所有已知的关键测试参数。BASF公司开发出一种仿酸雨溶液、Q-Panel公司改造了Q-Sun氙灯试验箱用于这一试验。新测试方法的结果和杰克逊维尔自然曝晒的相关性等于或高于不同年份之间杰克逊维尔户外效果的相关性。新测试方法的开发给本行业带来若干显著的利益如下。
a.加快了抗酸蚀涂料的开发。在杰克逊维尔自然曝露，每年只能进行1次试验，利用加速试验方法测试次数可多达20次。
b.实验室相对简化的试验条件，使酸蚀性能的量化成为可能。而杰克逊维尔户外曝露样品因划痕、灰尘等原因而不能进行量化评级。
c.这种BASF公司的加速酸蚀测试将可以被用来模拟其它酸雨环境，但其雨水的化学成分可能不同于杰克逊维尔，因此需重新配制。
d.新方法使整车厂实现了对汽车酸蚀进行监控的“早期预警”。
总而言之，新的BASF公司的加速酸蚀测试步骤有助于提高产品的耐酸蚀研究水平。
