Roland Ramsch Giovanni Brambilla Mathias Fleury Pascal Bru Gérard Meunier

擴散波光譜(DWS)是可以詳細考察涂膜干燥階段的一種技術(shù)。在某案例中，發(fā)現(xiàn)涂在預涂層上的聚氨酯涂料的干燥速度遠低于直接涂在鋁板上的干燥速度。通過DWS檢測，發(fā)現(xiàn)最終硬度與DWS測得的初始干燥速度之間存在相關(guān)聯(lián)系。

擴散波光譜(DWS)是一種基于多重光散射的光學技術(shù)，可用于研究樣品的黏彈性[1-2]。根據(jù)樣品及應用目的，目前已有透射光散射裝置或反向散射光設備[1-2]。此外，單光子探測儀或攝像機可用作檢測器[1-3]。

本研究工作中使用 法國Formulaction公司的 “Horus”動態(tài)干燥度分析儀，該儀器是一種基于多重反向散射和電荷耦合攝像機[4]，作為探測儀。圖1顯示試驗裝置組成 。將激光發(fā)射到樣品上，樣品中的粒子 (液滴、固體粒子或纖維)對激光進行反復散射。

反向散射光可產(chǎn)生干涉圖像(稱為散斑圖像)，可以被攝像機捕捉到。由于使光發(fā)生散射的粒子會產(chǎn)生布朗運動，圖像會隨時變化。

DWS的原理不僅可用于本文所述的涂膜分析，還可用于集群分析。這里我們稱其為DWS被動微流變學法[1-2]。當量足夠大時，可用該技術(shù)來分析樣品的彈性和黏度。然而，在本研究中，膜厚只有幾微米，太薄而不能進行黏彈性分析來說太薄。盡管如此，DWS仍可提供樣品干燥動力學的相關(guān)信息。

如何使用DWS技術(shù)觀測干燥過程

通過數(shù)學處理，這些散斑圖像的變化可以用解相關(guān)函數(shù)來表達。解相關(guān)函數(shù)與粒子的運動情況有關(guān)。由于粒子運動取決于黏度，因此黏度越高，解函數(shù)值增加就越慢。

圖2顯示了干燥過程中解相關(guān)函數(shù)的典型演變過程。這些曲線為指數(shù)形狀。隨著干燥進行，涂膜內(nèi)粒子運動變慢，對應在函數(shù)中表現(xiàn)為解相關(guān)的時間越長。

為了量化上述關(guān)系，采用流動性因子(FF)對解相關(guān)函數(shù)進行分析。通過對解相關(guān)函數(shù)的指數(shù)擬合，得到一個特征解相關(guān)時間τc。流動因子是特征解相關(guān)時間τ c 的倒數(shù)，即 。

通過這種方式，可以獲得水性涂料或者溶劑型涂料的干燥動力學曲線，進而表征干燥的不同階段。圖3 顯示了水性涂料成膜過程中典型干燥動力學。可以分辨出干燥過程中的不同階段及所用時間，這些階段可表征不同狀態(tài)，如濕膜開放時間、表干時間或指觸干時間。

上述這些時間均由涂料本身的特性所決定，不同涂料類型這些時間有所不同。在圖2示例中，干燥動力學曲線眾所周知，且已通過其他方法[5-6]的二次驗證。在最初的較短時間內(nèi)通常由揮發(fā)主導。此時由于樣品黏度低，流動系數(shù)較高。樣品中每個粒子都是獨立的，可自由運動。

該階段結(jié)束的標志為表征時間T 1，經(jīng)常把它等同于濕膜開放時間。第二階段表示粒子堆壓過程，此時溶劑仍在揮發(fā)。粒子間的距離越來越靠近，直至達到最緊密堆積。該階段用表征時間T 2表示，即表干時間。該階段結(jié)束的標志為表征時間T 3，指的是指觸干時間。最終階段為相互擴散的成膜階段。只有當溫度高于最低成膜溫度時，才會進入該階段，不同涂料配方的最低成膜溫度都是特定的。該階段結(jié)束的標志為表征時間T 4，即實干(完全干燥)時間[5-6]。

在正常施工條件下對干燥過程進行研究采用“Horus”的DWS技術(shù)的優(yōu)點之一在于可以在實際工況條件下，用適當基材來分析干燥過程，如不同的金屬板、木板、玻璃乃至復合板材[5]。膜厚的范圍可調(diào)整為5～1 000 μm。在實際涂裝過程中，時間很寶貴，因此了解頭道涂層何時充分干燥，可以涂下一道(用同一種涂料或不同涂料)的時間至關(guān)重要。本研究闡釋了涂料行業(yè)中如何利用DWS進行涂膜分析。

第一個示例將告訴我們該方法是如何根據(jù)干燥時間評估連續(xù)涂裝過程中的不同涂層。第二個示例表明： DWS儀器測得的干燥時間與帕索茲擺桿硬度之間具有緊密相關(guān)性。