一、分散体干燥基本理论

1. 纯水挥发

   • 水挥发是指液体水转化为气态的过程，是非沸腾状态下的水挥发，是一种表面挥发，是水分子从液体水表面逃逸进入其外部空间环境的过程。
   • 水挥发潜热：水分子从液体挥发进入空气需要的能量被定义为水挥发潜热（J/g）。
   • 水挥发有 2 个特点：
     • 水的挥发潜热特别大，达到 2260 J/g。相比沸点相近的有机溶剂如甲苯，其挥发潜热仅 367 J/g，水的挥发潜热为甲苯的 6 倍多，即水挥发需要更多的热量。
     • 水挥发时，大气环境中本身就有水蒸气的存在，已经存在一个水蒸气压，会影响水分挥发。当外界水的蒸气压饱和时，水的挥发会停止。

2. 水性分散体的水分挥发

   Vanderhoff 等(1973 年)发现乳胶水分挥发可以分为 3 个阶段：首先是一个匀速挥发阶段；而后紧跟一个减速挥发阶段；最后是一个逐步渐进到挥发速度为0的缓慢挥发阶段。有结皮现象。 Croll 等(1986年)发现有些乳胶干燥只存在 2 个阶段：匀速阶段、慢速阶段。无结皮现象。

   3阶段干燥和2阶段干燥的现象在分散体干燥过程中都是存在的，其中关键差别是干燥过程中表面是否存在“结皮”现象。

3. 垂直干燥和水平干燥

   在分散体干燥过程中，由于水分仅能从其表面挥发，挥发结果一定会造成某些区域浓缩而形成浓度不均现象。 乳胶干燥实验发现，干燥过程中粒子产生不均匀分布，既可出现在垂直方向，也可以出现在水平方向。 出现在垂直方向上的不均匀现象称为垂直干燥。 出现在水平方向上的不均匀现象称为水平干燥。

4. 垂直干燥和水平干燥的影响

   垂直干燥是乳胶干燥中必定存在的一种现象：

   • 随着水分从表面挥发，粒子在乳胶表面会产生浓缩现象。
   • 伴随粒子在表面浓缩，随之产生了粒子从高浓度向低浓度扩散的趋势，因此在干燥过程中出现两个竞争的时间尺度：湿态膜厚为 H 的乳胶干燥时间 tevap，表面粒子扩散到基材需要的时间 tdiff。
   • 如果粒子倾向于停留在表面浓缩(tevap< tdiff)，则出现结皮现象——干燥3阶段现象；
   • 如果粒子倾向于扩散到基材(tdiff

5. 干燥过程影响因素

   增加黏度μ，增加乳胶粒径R，增加膜厚H和加快干燥速度E，都会使得 Pe值提高，加重干燥过程中表面“结皮”现象。

二、分散体干燥时产生的应力及应力造成的涂层开裂

分散体干燥过程中产生应力、应力造成开裂的现象是普遍存在的。应力的产生原因有两个：

1. 毛细压：毛细压形成的应力出现在粒子形变阶段。
2. 体积收缩：体积收缩在水相聚氨酯分散体中较为严重，一般出现在粒子形变后期。

三、水性聚氨酯分散体干燥过程的特殊性

水性聚氨酯分散体与其他分散体或乳胶在结构上最大区别是：PUD粒子内存在大量结合水。

四、PUD中结合水对干燥开裂的影响

1. 水性聚氨酯分散体粒子内结合水对毛细管压力引起的开裂的影响
2. 结合水挥发造成的体积收缩造成应力引起薄膜开裂

分级开裂的特征：裂纹是先后产生的，裂纹形成后沿着一定方向发展，后形成的裂纹发展遇到先形成的裂纹后被终止，其结果是形成一系列空间分割图案，并出现等级特性。