為了人類(lèi)的安全和全球的可持續發(fā)展，對環(huán)保型涂料的研究迫在眉睫。水性涂料以水作為分散介質(zhì)和稀釋劑。其突出的優(yōu)點(diǎn)是使用的水作為分散介質(zhì)無(wú)毒無(wú)害，在制造、儲存和運輸過(guò)程中無(wú)爆炸危險，解決了溶劑型涂料中VOC含量高的問(wèn)題。同時(shí)，水性涂料還具有價(jià)格低廉、不易白化、干燥快、施工方便等優(yōu)點(diǎn)。水性涂料在建筑、工業(yè)防腐、家具、家裝、汽車(chē)制造等領(lǐng)域的應用越來(lái)越廣泛，已成為世界涂料發(fā)展的重要方向之一。但水基涂料存在成膜溫度高，在寒冷的冬季難以成膜的問(wèn)題，給施工帶來(lái)不便。本文從水基涂料成膜機理的角度討論了影響成膜的幾個(gè)重要因素。

1. 水性涂料的成膜機理

水性涂料的成膜過(guò)程是在成膜助劑的作用下，經(jīng)過(guò)聚合物粒子的濃縮、聚集堆積、擠壓變形、熔合成膜的過(guò)程。水性涂料的成膜過(guò)程是多階段的，是非分子水平的。在任何階段都可能出現不完全，乳液顆粒在成膜助劑的幫助下形成均勻的連續相，使水性涂料成膜。

1966年，Bradford等人提出了成膜溫度須大于聚合物的玻璃化轉變溫度(Tg)的概念。成膜過(guò)程的三個(gè)階段是水蒸發(fā);乳狀液顆粒接近變形，趨于致密;相互擴散，當t> Tg時(shí)，薄膜形成。這就是水性涂料的物理成膜機理。

對于水溶性涂料，由于樹(shù)脂需要溶于水，所以其分子量不會(huì )太大。因此，它們大多是熱固性的。樹(shù)脂中的活性基團與外交聯(lián)劑的活性基團發(fā)生交聯(lián)反應，形成不溶不溶的網(wǎng)狀結構，提高了涂膜的性能。

2. 乳液結構和性能對成膜溫度的影響

乳化液的成膜溫度(MFT)是乳化液顆粒聚集在一起形成連續膜的溫度。它是表征聚合物乳液成膜特性的常用方法，也是單組分水基涂料的限值。當使用溫度超過(guò)MFT時(shí)，乳液形成連續的透明膜;反之，當應用溫度低于MFT時(shí)，則會(huì )形成白色粉狀裂紋膜。因此，為了滿(mǎn)足使用要求，單組份水性涂料的使用溫度應超過(guò)MFT。影響MFT的因素包括乳液中乳液顆粒的結構、乳液顆粒的尺寸、乳液合成中表面活性劑的選擇、合成工藝等。

2.1乳膠顆粒結構的影響

乳劑是由乳膠顆粒和水組成的。乳膠顆粒被高分子材料包裹，表面材料的性能直接影響到MFT的性能。乳膠顆?？梢跃哂芯鶆虻慕Y構或核-殼結構。具有軟殼硬核結構的核-殼結構乳液在較低溫度下可成膜。而軟核硬殼型核殼乳液的成膜溫度較高。含可交聯(lián)官能團的乳液的成膜溫度比不含可交聯(lián)官能團的乳液的成膜溫度高。

2.2顆粒大小

乳化液顆粒的大小影響漆膜的質(zhì)量。所制得的漆膜粒徑較細，漆膜均勻，漆膜光澤度高。隨著(zhù)乳液粒徑的增大，MFT趨向于Tg。隨著(zhù)乳膠粒子的粒徑變得更小,粘度增加,乳狀液的毛細管壓力對膜的形成和粒子的總表面面積增加,這有利于鏈末端的滲透表面的粒子,并促進(jìn)粒子的變形形成電影,從而減少分區。親水性單體往往停留在膠乳顆粒的外層，因此MFT的水平取決于親水性單體的性質(zhì)。

2.3表面活性劑

乳化劑的分子包括兩種不同類(lèi)型的部分。非離子乳化劑在水溶液中不會(huì )解離成離子，其作用效果與介質(zhì)的pH值無(wú)關(guān)。在聚合物表面形成吸附層，防止聚合物分子相互碰撞，從而提高聚合物粒子的分散穩定性;該型乳化劑水解時(shí)，會(huì )產(chǎn)生陰離子基團，使聚合物表面帶負電荷，使聚合物顆粒相互排斥，減小顆粒尺寸，從而降低成膜溫度。

2.4合成工藝

包括進(jìn)料順序、操作方法、溫度控制等。

3.成膜添加劑對MFT的影響

成膜助劑，又稱(chēng)凝結劑、聚結劑，通過(guò)降低聚合物的表面積、降低表面能、控制水分的蒸發(fā)來(lái)促進(jìn)聚合物成膜。乳化成膜過(guò)程完成后，成膜助劑從涂膜中揮發(fā)出來(lái)，使聚合物的玻璃化轉變溫度恢復到初始值。實(shí)驗證明，助膜劑的水溶性、配伍性和揮發(fā)性影響助膜劑在涂料中的狀態(tài)、運動(dòng)行為和使用效果。成膜助劑在乳狀液顆粒的聚變和成膜階段充當溶劑。在成膜助劑的作用下，乳液顆粒之間的界面消失，形成連續均勻的膜。低溫成膜可能性越大，成膜溫度隨助膜劑用量的增加而降低。但是，如果劑量增加到一定程度，效果并不明顯，但會(huì )增加成本。所以它的劑量應該控制在一定的范圍內。