近年來，水性涂料因?yàn)閲噎h(huán)保政策的促進(jìn)因素而得到快速發(fā)展。水性涂料成膜從機(jī)理上看就分為兩種，一是物理反應(yīng)，即基于溫度變化水的揮發(fā)而最終成膜；二是樹脂與各種化學(xué)介質(zhì)交聯(lián)形成三維狀結(jié)構(gòu)的涂膜。

 一、水性涂料物理反應(yīng)成膜。

       水性涂料物理反應(yīng)是指成膜過程中水性涂料中水分揮發(fā)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(tài)逸出從而促進(jìn)成膜。成膜進(jìn)入最后階段時聚合物鏈經(jīng)常出現(xiàn)纏繞，不規(guī)則的卷曲，甚至形成各式各樣的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。溫度與氣流的物理反應(yīng)在水性涂料成膜過程中至關(guān)重要。

       水分蒸發(fā)。在水性樹脂乳液成膜中，影響水分子擴(kuò)散的因素主要有兩個：1、空氣—水界面；2、空氣的擴(kuò)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(dāng)停留在水上的空氣處于靜止?fàn)顟B(tài)，乳化劑在空氣—水界面形成一層致密的連續(xù)層，水的蒸發(fā)速度較慢，空氣和乳化劑對水分的蒸發(fā)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(kuò)散的主要因素。在成膜中，隨著水分的蒸發(fā)，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(guān)于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。樹脂乳液能否形成連續(xù)的乳膠涂膜，主要是由分散相聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)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(xù)乳膠膜的形成與聚合物的MFFT密切相關(guān)。當(dāng)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(kuò)散能夠正常發(fā)生，形成連續(xù)、透明的乳膠涂膜；當(dāng)乳液在低于聚合物MFFT的溫度下成膜時，乳膠粒子不發(fā)生變形和融合，形成的涂膜易脆且不連續(xù)，甚至發(fā)脆成粉末。Tg值在水性涂料的研究中已被廣泛重視，關(guān)于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度應(yīng)該作為水性涂料成膜機(jī)理研究之一。

       二、水性涂料的化學(xué)成膜機(jī)理。

      水性樹脂與各種化學(xué)介質(zhì)交聯(lián)反應(yīng)形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)涂膜，使涂膜性能得到提高。要注意的是，物理成膜和化學(xué)成膜并不是孤立的、絕對分離的，而是常常交替重疊地進(jìn)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(tuán)或由外加交聯(lián)劑的活性基團(tuán)之間的交聯(lián)反應(yīng)形成不溶不融的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，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(xiàn)，在其成膜固化過程中，先是氨或胺的揮發(fā)，在加熱過程中形成胺的衍生物，也有用交聯(lián)劑來完成的。在交聯(lián)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(shù)量的反應(yīng)性官能團(tuán)，最終涂膜的性能與乳液成膜過程中聚合物鏈段的擴(kuò)散速率和交聯(lián)速率密切相關(guān)。如果交聯(lián)速率比聚合物鏈段的擴(kuò)散速率快得多，交聯(lián)反應(yīng)集中在乳膠顆粒內(nèi)部發(fā)生，樹脂乳膠顆粒之間幾乎沒有交聯(lián)反應(yīng)發(fā)生，導(dǎo)致涂膜性能并不理想。

      從化學(xué)成膜角度來看，乳液成膜是一種聚合物分子鏈凝聚現(xiàn)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(kuò)散的過程，這個過程與高分子鏈的初始構(gòu)象、分子運(yùn)動、成膜條件和擴(kuò)散動力學(xué)過程密切相關(guān)。聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、聚合物的結(jié)構(gòu)、乳化劑、成膜溫度、水分的蒸發(fā)等對成膜過程有極大的影響，并決定涂膜的性能。