近年來水性涂料因為國家環保政策的促進因素而得到快速發展水性涂料成膜從機理上看就分為兩種一是物理反應即基于溫度變化水的揮發而最終成膜二是樹脂與各種化學介質交聯形成三維狀結構的涂膜

一水性涂料物理反應成膜

水性涂料物理反應是指成膜過程中水性涂料中水分揮發的過程涂料中的水和助溶劑會隨著空氣中的溫度和氣流變化形成氣態逸出從而促進成膜成膜進入最后階段時聚合物鏈經常出現纏繞不規則的卷曲甚至形成各式各樣的網狀結構溫度與氣流的物理反應在水性涂料成膜過程中至關重要

水分蒸發在水性樹脂乳液成膜中影響水分子擴散的因素主要有兩個1空氣水界面2空氣的擴散速度前者的影響主要通過界面電阻起作用影響相對較小當停留在水上的空氣處于靜止狀態乳化劑在空氣水界面形成一層致密的連續層水的蒸發速度較慢空氣和乳化劑對水分的蒸發都有較大的影響如果空氣處在流動之中乳化劑則成為影響水分子擴散的主要因素在成膜中隨著水分的蒸發吸附在聚合物水界面上的乳化劑增多從而使得水相中的乳化劑濃度保持相對恒定

關于玻璃化轉變溫度樹脂乳液能否形成連續的乳膠涂膜主要是由分散相聚合物的玻璃化轉變溫度（Tg）與成膜溫度決定的聚合物的Tg對聚合物乳液的最低成膜溫度（MFFT）起著決定作用而連續乳膠膜的形成與聚合物的MFFT密切相關當乳液在高于聚合物MFFT的溫度下成膜時乳膠粒變形融合和相互擴散能夠正常發生形成連續透明的乳膠涂膜當乳液在低于聚合物MFFT的溫度下成膜時乳膠粒子不發生變形和融合形成的涂膜易脆且不連續甚至發脆成粉末Tg值在水性涂料的研究中已被廣泛重視關于玻璃化轉變溫度應該作為水性涂料成膜機理研究之一

二水性涂料的化學成膜機理

水性樹脂與各種化學介質交聯反應形成三維網狀結構涂膜使涂膜性能得到提高要注意的是物理成膜和化學成膜并不是孤立的絕對分離的而是常常交替重疊地進行對于水性涂料來講由于其樹脂需水溶其分子量不會太大作為一種高分子材料來講水性樹脂大多具有熱固性其樹脂中的活性基團或由外加交聯劑的活性基團之間的交聯反應形成不溶不融的網狀結構從而使涂膜的性能得到提高

另一方面水性樹脂多以羧酸鹽或胺鹽的形式出現在其成膜固化過程中先是氨或胺的揮發在加熱過程中形成胺的衍生物也有用交聯劑來完成的在交聯固化的樹脂乳液體系中樹脂乳膠粒中的聚合物鏈段上含有一定數量的反應性官能團最終涂膜的性能與乳液成膜過程中聚合物鏈段的擴散速率和交聯速率密切相關如果交聯速率比聚合物鏈段的擴散速率快得多交聯反應集中在乳膠顆粒內部發生樹脂乳膠顆粒之間幾乎沒有交聯反應發生導致涂膜性能并不理想

從化學成膜角度來看乳液成膜是一種聚合物分子鏈凝聚現象是一個從乳膠顆粒相互接觸變形到分子鏈段相互貫穿擴散的過程這個過程與高分子鏈的初始構象分子運動成膜條件和擴散動力學過程密切相關聚合物的玻璃化轉變溫度聚合物的結構乳化劑成膜溫度水分的蒸發等對成膜過程有極大的影響并決定涂膜的性能

原標題水性涂料成膜的物理和化學機制