中國新型涂料網訊：
    水性涂料（Waterborne Coatings）的研討是有多年的歷史了。水性涂料從最早的出土文物中的礦物粉加水著色，到以蛋清為成膜物加礦物顏料以水為溶劑的水性涂料和上世紀初的石灰水無機涂料作為最古老原始的水性涂料到20世紀50年代順（反）丁烯二酸二丁酯與醋酸乙烯酯共聚，制得較低玻璃化溫度的乳液。到60年代的陰極電泳漆，70年代不斷改進乳液的防霉和使用壽命。對乳膠涂料成膜機理的研究屬21世紀的課題，并取得不少成果。

    水性涂料以水為分散劑或溶劑，由于符合當前國際廣泛關注的低碳經濟綠色環保要求，避免了溶劑性涂料易燃易爆的危害，施工條件可以在相對濕度較高的南方進行，基材表面的干燥度要求也不高。其主要缺點是靠水蒸發固化時間長，烘烤要一定溫度耗費能量。涂膜中常常有親水基團使涂膜耐水性和防腐蝕性變壞，含酯類樹脂易水解造成涂料難貯存并在使用過程中影響涂膜性能；由于水性樹脂對相當部分顏填料的潤濕度和分散性差，常常造成浮色和分層；

    對于水性木器涂料講，由于世界上的木質千變萬化，其熱脹冷縮性能、孔隙率、吸水性各不相同，因此要想制造一種水性木器涂料而適用于各種木材是十分困難，甚至是不現實的。針對以上缺點人們花費了不少心血，雖然有諸多成果報導，但是實際現實不容樂觀。水性涂料的發展依然比較緩慢，其總體比例總是在5%左右升降。到底是什么原因呢？追根探源，要想解決水性涂料的問題必須從其成膜機理的研究中尋找答案。

    也就是說要從基礎理論的研究上下狠功夫，才能真正取得問題的具有實質性突破的結果。

    一、水性涂料的物理成膜機理
    1953年Dillon等在Industrial Engineering Chemistry上發表了題為Plasticizing a synthetic latex的文章，提出了乳液成膜可分為水揮發和乳膠粒子變形兩個階段。1958年Voyutskii 在聚合物科學（Journal of Polymer Science）上發表了題為《Concerning wechanism of film formatiou from high polymer dispesion》一文，提出了乳液成膜有一個聚合物分子相互擴散的過程。

    1966年Bradford等提出了成膜溫度必須大于聚合物玻璃化轉變溫度（T_g）的概念。在上述工作的基礎上，成膜過程的三階段概念被明確提出。這三個階段分別是1）水蒸發；2）乳液顆粒靠近變形并趨填密；3）相互擴散，當T>T_g時最終成膜。

    有共同的觀點是乳液成膜過程中存在一種動力，它促使粒子流動，但是又是造成膜的厚度不均勻的原因。那么這種力，到底是什么力呢？這種力產生的根源是什么呢？研究表明：這種作用力有懸浮體系的作用力，范德華爾力，雙電層重疊排斥力，水—空氣界面的毛細管作用力，液橋毛細管作用力等。這些力的出現和作用使乳膠顆粒變形，完成第二階段的變化，并開始顆粒的相互擴散融合直到最后成膜。

有共同的觀點是乳液成膜過程中存在一種動力，它促使粒子流動，但是又是造成膜的厚度不均勻的原因。那么這種力，到底是什么力呢？這種力產生的根源是什么呢？研究表明：這種作用力有懸浮體系的作用力，范德華爾力，雙電層重疊排斥力，水—空氣界面的毛細管作用力，液橋毛細管作用力等。這些力的出現和作用使乳膠顆粒變形，完成第二階段的變化，并開始顆粒的相互擴散融合直到最后成膜。

    對于這第三階段主要有以下幾種理論可以提供參考：

    相互擴散理論：由于這一階段是成膜過程的最后一步，成膜后得到的涂膜性能又是最愛到關注的，因此在膜表面愈合（或通俗講從液態變化到真正意義上的固態膜）過程所需時間，聚合物分子量，涂膜性能之間的關系是這部分研究的核心。

    根據De Gennes理論，Prager—Tinrell理論，Jud-Kausch-William理論均認為聚合物鏈在沿表面纏繞及相互擴散對膜的成型以及膜的強度有重要影響。而Kim-Wool的理論中假設體系中，聚合物分子鏈的分布是均勻的，并在此假設基礎上，計算出聚合物分子鏈的平均滲透距離等。本文作者認為對其聚合物分子鏈均勻分布的假設前提缺乏根據，因此其理論的部分結論只能作為參考方式進行思考。

    根據De Gennes理論，Prager—Tinrell理論，Jud-Kausch-William理論均認為聚合物鏈在沿表面纏繞及相互擴散對膜的成型以及膜的強度有重要影響。而Kim-Wool的理論中假設體系中，聚合物分子鏈的分布是均勻的，并在此假設基礎上，計算出聚合物分子鏈的平均滲透距離等。本文作者認為對其聚合物分子鏈均勻分布的假設前提缺乏根據，因此其理論的部分結論只能作為參考方式進行思考。

    當然還有一些其它理論從不同角度進行分析，推測并提出各種數學模型，但總的講均不夠完美，在此不再多述講解�！　�

　以上理論均完成于上世紀七十年代末至八十年代初，由于受到實際測定觀察記錄條件的限制，因此都局限于理論的推導和綜合分析階段。

    對第一階段人們提出了三種關于水分蒸發的理論如下：

    （一）由表及里的垂直干燥蒸發理論；

    （二）平推干燥理論；

    （三）有序排列干燥理論。

    上述三種理論從不同角度揭示了水性涂料中水分的蒸發的過程，從不同的實際觀察中得出不同的理論，有的還用比較通俗易懂的圖形表達水分的流動趨向和變化過程。

    至八十年代末，隨著科技發展，微觀檢測方法的更加精密和完備，特別是小角度中子散射技術（SANS技術）（Small-angle neutron scattering）的應用，使建立在擴散理論上的研究及表面蠕動理論（De Gennes）取得了進一步的發展。
    為了取得擴散系數，人們建立了多種數學模型。例如：Guinier和Summerfield模型；Winuik模型和Goh模型。

    但是這些數學模型在建立和推算過程中都需要作一系列的簡化和假設。例如要符合擴散方程；聚合物鏈被假設為均勻的分布等。而實際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，而且乳膠顆粒大小不等，最終計算出的擴散系數不正確甚至和實際值相差較遠。

    這樣表面上給我們研究成膜機理帶來了極大的困難，幾乎有點不知下一步路該怎么走？研究的方向在何處？等一系列難題，但是科學總是要發展的，水性涂料的成膜機理不研究清楚，就難以取得突破性的進展。而前人的這一系列工作，雖然沒能給出理想的結果和結論，甚至也不統一。但是本人認為這些工作是原始的，是必要的，是經驗的結果，是給我們有啟發的，我們可以借鑒之，可以少走彎路。

    設計出一條自己要走的創新的研究之路，這就是水性涂料研發的真正可行的科學之路。

    上述均屬物理成膜概念，屬熱塑性范疇，而成膜后的物理力學性能、耐溶劑性能等都不夠理想，下邊介紹化學成膜概念。

    設計出一條自己要走的創新的研究之路，這就是水性涂料研發的真正可行的科學之路。