2.4　涂料的成膜过程

生产和使用涂料的目的是得到符合需要的涂膜，涂料形成涂膜的过程直接影响着涂料的使用效果以及涂膜的各种性能。涂料的成膜过程包括涂料施工在被涂物表面和形成固态连续漆膜两个过程。液态的涂料施工到被涂物表面后形成的液态薄层，称为湿膜；湿膜按照不同的机理，通过不同的方式变成固态连续的漆膜，称为干膜。涂料由湿膜形成干膜的过程就是涂料的干燥和固化成膜过程。

各种涂料由于采用的成膜树脂不同，其成膜机理也不相同。正确了解涂料的成膜机理，可以进一步理解涂料的性能，帮助我们正确地使用涂料。

涂料的成膜方式主要有两大类，物理干燥和化学固化。其中化学固化又可以分为氧气聚合、固化剂固化、水汽固化等。常见涂料的成膜分类如表2-7所示。

2.4.1　物理干燥

物理干燥有两种形式，溶剂的挥发和聚合物粒子凝聚成膜。

溶剂型的涂料，经涂装后，溶剂挥发到大气中，就完成漆膜干燥的过程。常见的涂料产品有沥青涂料、乙烯树脂涂料、氯化橡胶涂料和丙烯酸树脂涂料等。这一类涂料的共性如下。

①可逆性，涂膜在几个月后甚至几年后，还能被本身或更强的溶剂所溶解。溶剂分子会渗进黏结剂的分子间，迫使它们分离而后分解黏结剂；

②溶剂敏感性，作为可逆性的结果，这些涂料不耐本身的溶剂或更强的溶剂；

③漆膜成型不依赖于温度，这是因为漆膜成型中没有化学反应发生；

④热塑性，物理干燥的涂料在高温下会变软。

分散型涂料，如乳胶漆等，在水的挥发过程中，聚合物粒子彼此接触挤压成型，由粒子状聚集变为分子状态的聚集而形成连续的漆膜。这一类涂料的共性如下：

①在一定温度下的可逆性，其本身的或更强的接合剂或溶剂能够重新溶解漆膜；然而，只是加入水可则不可能重新分散漆膜；

②对溶剂的敏感性，相对于上面一点而言，相似或更强的溶剂会对漆膜有一定的攻击性；

③漆膜成型有温度依赖性，在软化点黏结剂粒子能融合在一起，通常是5℃或更高的温度，对施工温度来说，最好是在10℃以上；

④如同溶剂型涂料一样，具有热塑性；

⑤重涂性能比较好。

2.4.2　化学固化

化学固化的涂料，由转化型成膜物质组成，主要依靠化学反应方式成膜，成膜物质在施工时聚合为高聚物涂膜。

以天然油脂为成膜物的涂料，以及含有油脂成分的天然树脂涂料和以油料为原料合成的醇酸树脂涂料、酚醛树脂涂料和环氧酯涂料等都是依靠氧化聚合成膜的。这是一种自由基链式聚合反应。这些涂料中的不饱和脂肪酸通过氧化而使分子量增加，其氧化聚合速率与其所含亚甲基基团数量、位置和氧的传递速率有关。为了加快氧化干燥过程，可以使用催干剂。在大多数情况下，氧首先进攻CC键，或α-位的亚甲基基团。使用金属盐催干剂，如钴、锰和铅等，将有利于氧的进攻。因为多价金属盐可以为氧的载体，或与双键结合形成更易被氧进攻的新的化合物。

需要用固化剂反应成膜的涂料，通常为双组分包装，一组分为基料含树脂、溶剂、颜料和填料等，另一组分为固化剂。使用时，把固化剂倒入基料中搅拌均匀才能使用。常见的有环氧涂料、聚氨酯涂料和不饱和聚酯涂料等。

涂料的固化机理还有其他几种化学反应或聚合过程。

①湿气固化：基料的分子与水汽相反应，如无机硅酸锌漆和单组分的聚氨酯涂料。

②二氧化碳固化：基料的分子与空气中的二氧化碳反应，如硅酸钠/钾的无机富锌漆。

③高温触发固化反应：有机硅在200℃的温度下几个小时后才能达到固化程度。

化学固化的涂料具有以下一些基本性能。

①不可逆转性，固化后的漆膜是不可溶解的。

②耐溶剂性，不可逆转性的结果。

③成膜速率要依靠温度，比如说有些涂料对最低成膜温度有具体的要求，低于该温度漆膜将不会固化。

④非热塑性，黏结剂的分子在高交联状态下不会有移动，即使是在高温状态下也不会有变化，比如漆膜在高温下不会变软等。

⑤严格的重涂间隔。涂层间的重涂，必须是在固化完全结束之前进行。已经达到完全固化程度的涂层表面必须经过拉毛处理后才能涂下道漆。