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1、水性聚氨酯分散體干燥過(guò)程文章出處：原創(chuàng)網(wǎng)責(zé)任編輯：小莉作者：小莉人氣：1041發(fā)表時(shí)間：2014-04-1511:39:00終端用戶很少直接使用水性聚氨酯分散體，最終被用戶使用的是水性聚氨酯分散體干燥后的漆膜，涂層和被水性聚氨酯分散體粘合的材料。水性聚氨酯分散體轉(zhuǎn)化為最終被用戶使用的漆膜，涂層和粘合層必須經(jīng)過(guò)一個(gè)干燥成膜的過(guò)程。單一針對(duì)水性聚氨酯分散體的干燥和成膜過(guò)程研究不多，實(shí)際上水性聚氨酯分散體的干燥與成膜過(guò)程與其他乳膠和分散體并無(wú)太多不同，只是水性聚氨酯分散體的某些特征表現(xiàn)得更為突出。本文先解釋一點(diǎn)乳膠或分散體干燥和成膜的基本理論
2、，而后應(yīng)用這些基本理論解釋和論述水性聚氨酯分散體干燥和成膜的特性。由于干燥和成膜理論涉及太多模型和復(fù)雜的理論公式推導(dǎo)，而這些模型和理論過(guò)于復(fù)雜，我們這些化學(xué)研究者也不需要去研究這些模型和理論，需要的只是了解這些理論的基本知識(shí)和通過(guò)公式復(fù)雜計(jì)算獲得的最終結(jié)論，以及這些結(jié)論去指導(dǎo)和解決實(shí)踐中遇到的問(wèn)題。因此本文將省略所有公式推導(dǎo)，簡(jiǎn)單介紹理論的數(shù)學(xué)模型和結(jié)論，重點(diǎn)介紹怎樣用這些理論解決實(shí)踐中遇到的問(wèn)題。分散體干燥理論1.1純水揮發(fā)水的揮發(fā)可以說(shuō)是一個(gè)極為常見也極為簡(jiǎn)單的現(xiàn)象。但是這類簡(jiǎn)單的現(xiàn)象也會(huì)涉及到復(fù)雜的理論。關(guān)于水的揮發(fā)簡(jiǎn)單定義幾個(gè)概
3、念，首先所謂水揮發(fā)是指液體水轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的過(guò)程，在這里所說(shuō)的揮發(fā)是指非沸騰狀態(tài)下的水揮發(fā)，是一種表面揮發(fā)，是水分子從液體水表面逃逸進(jìn)入其外部空間環(huán)境的過(guò)程。此時(shí)還可以定義揮發(fā)速度E這個(gè)概念，水揮發(fā)速度指水分子在單位表面，單位時(shí)間揮發(fā)進(jìn)入空氣的量。我們也可采用另外一種方式定義水分揮發(fā)速度E′。E′指因水揮發(fā)而造成界面下降的速度。根據(jù)物理定義這兩個(gè)概念的關(guān)系是E′＝E/ρ，而對(duì)于純水，ρ＝1，因此對(duì)于純水，E＝E′。水分子從液體揮發(fā)進(jìn)入空氣需要能量，定義單位質(zhì)量水揮發(fā)進(jìn)入空氣需要的熱量為水揮發(fā)潛熱(Latentheatofvaporisati
4、onofwater)。水的揮發(fā)與其他液體如有機(jī)溶劑揮發(fā)本質(zhì)是相同的，但水揮發(fā)有2個(gè)特別之處，其一是水的揮發(fā)潛熱特別大，達(dá)到2260J/g。相比沸點(diǎn)相近的有機(jī)溶劑如甲苯，其揮發(fā)潛熱僅367J/g，水的揮發(fā)潛熱為甲苯的6倍多，即水揮發(fā)需要更多的熱量。由于水的揮發(fā)潛熱特別大，有人做過(guò)粗略計(jì)算，假設(shè)100g40%含固量的高分子分散體在絕熱環(huán)境中干燥，60g水完全揮發(fā)，剩余40g涂料需要下降350℃以提供水分揮發(fā)需要的熱量。當(dāng)然在現(xiàn)實(shí)中不可能觀測(cè)到如此大幅度降溫，環(huán)境可以補(bǔ)充水分揮發(fā)帶走的熱量，隨著水分揮發(fā)，涂層溫度略低于環(huán)境溫度，環(huán)境將熱量傳遞
5、給涂層，最終達(dá)到一種溫度平衡。水揮發(fā)第二個(gè)特別之處在于大氣環(huán)境中本身就有水蒸氣的存在，已經(jīng)存在一個(gè)水蒸氣壓，而大氣環(huán)境中一般不會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的溶劑蒸氣壓。水的蒸氣壓的存在會(huì)影響水分揮發(fā)，當(dāng)外界水的蒸氣壓達(dá)到飽和時(shí)，水的揮發(fā)甚至?xí)Ｖ埂?duì)于水的揮發(fā)理論，從不同角度觀察可以有不同的理論模型，如以從分子運(yùn)動(dòng)角度建立模型，考察水分子獲得能量從水界面逃逸的過(guò)程，不同模型理論可以適合解釋不同的現(xiàn)象。對(duì)于我們關(guān)心的水性分散體干燥過(guò)程，更愿意采用水分揮發(fā)界面層擴(kuò)散模型。水分揮發(fā)界面層擴(kuò)散模型(見圖1)認(rèn)為水分子揮發(fā)進(jìn)入空氣，其液氣界面的蒸汽壓達(dá)到水的飽和蒸
6、氣壓，水氣界面上方存在一個(gè)高度為L(zhǎng)b的邊界層，邊界層上部水的蒸氣壓與大氣環(huán)境水蒸氣壓相同，在邊界層內(nèi)，隨著高度增加從界面的飽和蒸氣壓線性降低到外部環(huán)境水的蒸氣壓。水的揮發(fā)速度決定于水分子擴(kuò)散通過(guò)此邊界層的速度。根據(jù)邊界層擴(kuò)散模型，通過(guò)復(fù)雜的擴(kuò)散理論可以計(jì)算出水的揮發(fā)速度，并可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出在完全靜止空氣中邊界層厚度一般在5mm左右。水的揮發(fā)速度與溫度有關(guān)，溫度越高，水分子擴(kuò)散通過(guò)邊界層速度越快。水的揮發(fā)速度與水的飽和蒸氣壓與大氣水的蒸氣壓差有關(guān)，水蒸氣壓差越大揮發(fā)速度越快，當(dāng)然水的飽和蒸氣壓又與溫度有關(guān)，提高溫度可以提高水的飽和蒸
7、氣壓，但環(huán)境大氣中水的蒸氣壓不會(huì)因溫度提高而提高，因此提高溫度可以提高水的飽和蒸氣壓與環(huán)境水蒸氣壓差的值。水的揮發(fā)速度還會(huì)受到空氣流動(dòng)的影響，空氣流動(dòng)可以干擾邊界層厚度，微小的空氣流動(dòng)都可以提高水揮發(fā)速度。有人發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室門的開關(guān)與否，對(duì)水的干燥速度都會(huì)產(chǎn)生極大的影響。1.2水性分散體的水分揮發(fā)早在20世紀(jì)70年代，Vanderhoff等(1973年)采用最簡(jiǎn)單的稱質(zhì)量方法測(cè)定乳膠水分揮發(fā)速度。發(fā)現(xiàn)乳膠水分揮發(fā)可以分為3個(gè)階段。首先是一個(gè)勻速揮發(fā)階段，而后緊跟一個(gè)減速揮發(fā)階段，最后是一個(gè)逐步漸進(jìn)到揮發(fā)速度為0的緩慢揮發(fā)階段。而后在20世紀(jì)
8、80年代后期，Croll等(1986～1987)發(fā)現(xiàn)有些乳膠干燥只存在2個(gè)階段，勻速階段和慢速階段。Vanderhoff發(fā)現(xiàn)的乳膠干燥過(guò)程3階段現(xiàn)象和Croll發(fā)現(xiàn)的2階段現(xiàn)象在分散體干燥過(guò)程中都是存在的，
