Roland Ramsch Giovanni Brambilla Mathias Fleury Pascal Bru Gérard Meunier

扩散波光谱(DWS)是可以详细考察涂膜干燥阶段的一种技术。在某案例中，发现涂在预涂层上的聚氨酯涂料的干燥速度远低于直接涂在铝板上的干燥速度。通过DWS检测，发现最终硬度与DWS测得的初始干燥速度之间存在相关联系。

扩散波光谱(DWS)是一种基于多重光散射的光学技术，可用于研究样品的黏弹性[1-2]。根据样品及应用目的，目前已有透射光散射装置或反向散射光设备[1-2]。此外，单光子探测仪或摄像机可用作检测器[1-3]。

本研究工作中使用 法国Formulaction公司的 “Horus”动态干燥度分析仪，该仪器是一种基于多重反向散射和电荷耦合摄像机[4]，作为探测仪。图1显示试验装置组成 。将激光发射到样品上，样品中的粒子 (液滴、固体粒子或纤维)对激光进行反复散射。

反向散射光可产生干涉图像(称为散斑图像)，可以被摄像机捕捉到。由于使光发生散射的粒子会产生布朗运动，图像会随时变化。

DWS的原理不仅可用于本文所述的涂膜分析，还可用于集群分析。这里我们称其为DWS被动微流变学法[1-2]。当量足够大时，可用该技术来分析样品的弹性和黏度。然而，在本研究中，膜厚只有几微米，太薄而不能进行黏弹性分析来说太薄。尽管如此，DWS仍可提供样品干燥动力学的相关信息。

如何使用DWS技术观测干燥过程

通过数学处理，这些散斑图像的变化可以用解相关函数来表达。解相关函数与粒子的运动情况有关。由于粒子运动取决于黏度，因此黏度越高，解函数值增加就越慢。

图2显示了干燥过程中解相关函数的典型演变过程。这些曲线为指数形状。随着干燥进行，涂膜内粒子运动变慢，对应在函数中表现为解相关的时间越长。

为了量化上述关系，采用流动性因子(FF)对解相关函数进行分析。通过对解相关函数的指数拟合，得到一个特征解相关时间τc。流动因子是特征解相关时间τ c 的倒数，即 。

通过这种方式，可以获得水性涂料或者溶剂型涂料的干燥动力学曲线，进而表征干燥的不同阶段。图3 显示了水性涂料成膜过程中典型干燥动力学。可以分辨出干燥过程中的不同阶段及所用时间，这些阶段可表征不同状态，如湿膜开放时间、表干时间或指触干时间。

上述这些时间均由涂料本身的特性所决定，不同涂料类型这些时间有所不同。在图2示例中，干燥动力学曲线众所周知，且已通过其他方法[5-6]的二次验证。在最初的较短时间内通常由挥发主导。此时由于样品黏度低，流动系数较高。样品中每个粒子都是独立的，可自由运动。

该阶段结束的标志为表征时间T 1，经常把它等同于湿膜开放时间。第二阶段表示粒子堆压过程，此时溶剂仍在挥发。粒子间的距离越来越靠近，直至达到最紧密堆积。该阶段用表征时间T 2表示，即表干时间。该阶段结束的标志为表征时间T 3，指的是指触干时间。最终阶段为相互扩散的成膜阶段。只有当温度高于最低成膜温度时，才会进入该阶段，不同涂料配方的最低成膜温度都是特定的。该阶段结束的标志为表征时间T 4，即实干(完全干燥)时间[5-6]。

在正常施工条件下对干燥过程进行研究采用“Horus”的DWS技术的优点之一在于可以在实际工况条件下，用适当基材来分析干燥过程，如不同的金属板、木板、玻璃乃至复合板材[5]。膜厚的范围可调整为5～1 000 μm。在实际涂装过程中，时间很宝贵，因此了解头道涂层何时充分干燥，可以涂下一道(用同一种涂料或不同涂料)的时间至关重要。本研究阐释了涂料行业中如何利用DWS进行涂膜分析。

第一个示例将告诉我们该方法是如何根据干燥时间评估连续涂装过程中的不同涂层。第二个示例表明： DWS仪器测得的干燥时间与帕索兹摆杆硬度之间具有紧密相关性。