2.4　涂料的成膜過程

生產和使用涂料的目的是得到符合需要的涂膜，涂料形成涂膜的過程直接影響著涂料的使用效果以及涂膜的各種性能。涂料的成膜過程包括涂料施工在被涂物表面和形成固態連續漆膜兩個過程。液態的涂料施工到被涂物表面后形成的液態薄層，稱為濕膜；濕膜按照不同的機理，通過不同的方式變成固態連續的漆膜，稱為干膜。涂料由濕膜形成干膜的過程就是涂料的干燥和固化成膜過程。

各種涂料由于采用的成膜樹脂不同，其成膜機理也不相同。正確了解涂料的成膜機理，可以進一步理解涂料的性能，幫助我們正確地使用涂料。

涂料的成膜方式主要有兩大類，物理干燥和化學固化。其中化學固化又可以分為氧氣聚合、固化劑固化、水汽固化等。常見涂料的成膜分類如表2-7所示。

2.4.1　物理干燥

物理干燥有兩種形式，溶劑的揮發和聚合物粒子凝聚成膜。

溶劑型的涂料，經涂裝后，溶劑揮發到大氣中，就完成漆膜干燥的過程。常見的涂料產品有瀝青涂料、乙烯樹脂涂料、氯化橡膠涂料和丙烯酸樹脂涂料等。這一類涂料的共性如下。

①可逆性，涂膜在幾個月后甚至幾年后，還能被本身或更強的溶劑所溶解。溶劑分子會滲進黏結劑的分子間，迫使它們分離而后分解黏結劑；

②溶劑敏感性，作為可逆性的結果，這些涂料不耐本身的溶劑或更強的溶劑；

③漆膜成型不依賴于溫度，這是因為漆膜成型中沒有化學反應發生；

④熱塑性，物理干燥的涂料在高溫下會變軟。

分散型涂料，如乳膠漆等，在水的揮發過程中，聚合物粒子彼此接觸擠壓成型，由粒子狀聚集變為分子狀態的聚集而形成連續的漆膜。這一類涂料的共性如下：

①在一定溫度下的可逆性，其本身的或更強的接合劑或溶劑能夠重新溶解漆膜；然而，只是加入水可則不可能重新分散漆膜；

②對溶劑的敏感性，相對于上面一點而言，相似或更強的溶劑會對漆膜有一定的攻擊性；

③漆膜成型有溫度依賴性，在軟化點黏結劑粒子能融合在一起，通常是5℃或更高的溫度，對施工溫度來說，最好是在10℃以上；

④如同溶劑型涂料一樣，具有熱塑性；

⑤重涂性能比較好。

2.4.2　化學固化

化學固化的涂料，由轉化型成膜物質組成，主要依靠化學反應方式成膜，成膜物質在施工時聚合為高聚物涂膜。

以天然油脂為成膜物的涂料，以及含有油脂成分的天然樹脂涂料和以油料為原料合成的醇酸樹脂涂料、酚醛樹脂涂料和環氧酯涂料等都是依靠氧化聚合成膜的。這是一種自由基鏈式聚合反應。這些涂料中的不飽和脂肪酸通過氧化而使分子量增加，其氧化聚合速率與其所含亞甲基基團數量、位置和氧的傳遞速率有關。為了加快氧化干燥過程，可以使用催干劑。在大多數情況下，氧首先進攻CC鍵，或α-位的亞甲基基團。使用金屬鹽催干劑，如鈷、錳和鉛等，將有利于氧的進攻。因為多價金屬鹽可以為氧的載體，或與雙鍵結合形成更易被氧進攻的新的化合物。

需要用固化劑反應成膜的涂料，通常為雙組分包裝，一組分為基料含樹脂、溶劑、顏料和填料等，另一組分為固化劑。使用時，把固化劑倒入基料中攪拌均勻才能使用。常見的有環氧涂料、聚氨酯涂料和不飽和聚酯涂料等。

涂料的固化機理還有其他幾種化學反應或聚合過程。

①濕氣固化：基料的分子與水汽相反應，如無機硅酸鋅漆和單組分的聚氨酯涂料。

②二氧化碳固化：基料的分子與空氣中的二氧化碳反應，如硅酸鈉/鉀的無機富鋅漆。

③高溫觸發固化反應：有機硅在200℃的溫度下幾個小時后才能達到固化程度。

化學固化的涂料具有以下一些基本性能。

①不可逆轉性，固化后的漆膜是不可溶解的。

②耐溶劑性，不可逆轉性的結果。

③成膜速率要依靠溫度，比如說有些涂料對最低成膜溫度有具體的要求，低于該溫度漆膜將不會固化。

④非熱塑性，黏結劑的分子在高交聯狀態下不會有移動，即使是在高溫狀態下也不會有變化，比如漆膜在高溫下不會變軟等。

⑤嚴格的重涂間隔。涂層間的重涂，必須是在固化完全結束之前進行。已經達到完全固化程度的涂層表面必須經過拉毛處理后才能涂下道漆。