清华大学 沈浩 水性涂料成膜机理
亲水 疏水 涂层 水系电池 负极
亲水疏水涂层水系电池负极一、引言水系电池作为一种新兴的能源存储技术，具有高能量密度、环境友好等优势，被广泛应用于电动汽车、可再生能源等领域。
而水系电池的负极材料在其中起着至关重要的作用。
本文将深入探讨亲水疏水涂层在水系电池负极中的应用，以及其对电池性能的影响。
二、亲水疏水涂层的概念与原理2.1 亲水涂层亲水涂层是指具有亲水性的表面涂层，能够吸附水分子并降低表面张力，使水在其上形成薄膜。
亲水涂层能够提高水系电池负极与水的接触面积，增强电池的离子传输效率，从而提高电池的性能。
2.2 疏水涂层疏水涂层是指具有疏水性的表面涂层，能够降低表面能，使水在其上呈现珠状滚动，减少与水的接触面积。
疏水涂层能够防止水系电池负极与水的直接接触，减少电池的电解液损耗，提高电池的循环寿命。
三、亲水疏水涂层在水系电池负极中的应用3.1 亲水涂层的应用3.1.1 提高电池的离子传输效率亲水涂层能够吸附水分子，并形成水膜，增加水系电池负极与水的接触面积，提高离子传输效率。
同时，亲水涂层的存在还可以减少电池负极表面的氧化反应，降低电池的内阻，提高电池的输出功率。
3.1.2 提高电池的循环寿命亲水涂层能够吸附水分子，形成水膜，从而减少电解液在电池负极表面的损耗。
这样可以减缓电池的衰减速度，延长电池的循环寿命。
3.2 疏水涂层的应用3.2.1 防止电池负极与水的直接接触疏水涂层能够降低电池负极表面的表面能，使水在其上呈现珠状滚动，减少与水的接触面积。
这样可以防止电池负极与水的直接接触，减少电解液的损耗，提高水系电池的循环寿命。
3.2.2 提高电池的耐久性疏水涂层能够防止水分子的渗透，减少电池负极的腐蚀和氧化反应，提高电池的耐久性。
疏水涂层还可以防止电池负极受到外界湿气的侵蚀，延长电池的使用寿命。
四、亲水疏水涂层对电池性能的影响4.1 亲水涂层对电池性能的影响4.1.1 提高电池的能量密度亲水涂层能够提高电池的离子传输效率，减少电池的内阻，提高电池的输出功率。
水性漆原理
水性漆原理
水性漆是一种以水为基础的涂料，其原理主要包括以下几点：
1. 水基胶体悬浮体系：水性漆是由多种颜料、填料和其他添加剂经过混合形成的胶体悬浮体系。
在水基介质中，颜料和填料会均匀地分散悬浮，形成稳定的颜料粒子。
2. 乳化剂的作用：水性漆中的乳化剂可以降低涂料中油质成分的表面张力，使其能够与水混合。
乳化剂能够将水基介质与有机颜料或填料之间形成分散体系，使其稳定地存在于涂料中。
3. 水的挥发性：水性漆中的水具有较低的挥发性，涂料涂在物体表面后，水会逐渐从漆膜中蒸发，使得漆膜得以干燥固化。
水性漆的挥发性较低，有助于降低环境污染和VOC（挥发性有机化合物）的生成。
4. 交联反应：水性漆中的聚合物基质在干燥过程中会发生交联反应，形成坚固的漆膜结构。
这些交联反应可以在涂膜表面产生一种具有良好耐久性和抗化学品侵蚀性能的层状结构。
总的来说，水性漆通过水基介质、乳化剂、水的挥发性和聚合物交联反应等机制实现了其涂装效果。
它与传统的有机溶剂型漆相比，具有无毒、无害、环保等优良特性，并被广泛应用于家居装饰和建筑行业。
聚合物水泥防水涂料的研制及其成膜机理
聚合物水泥防水涂料的研制及其成膜机理下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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涂料成膜物质的成膜机理
涂料成膜物质的成膜机理涂料成膜，是指将涂料用在特定表面上，使物体表面形成一层膜的过程。
涂料成膜的本质其实就是特定表面上的涂料被热蒸气加热和蒸发，使其产生一致的膜状，形成一层膜。
它可以给物体表面提供美观和保护作用。
涂料成膜机理，是指涂料在特定表面上形成膜的化学和物理过程，以及形成膜的各种物质的组成。
涂料成膜的机理主要由三个基本步骤组成：溶剂蒸发，涂料和表面之间的作用以及固化反应。
首先，涂料必须事先溶解在溶剂中，比如水，以形成溶液。
然后，将溶液喷涂在特定表面上，由于溶剂的蒸发，使涂料在表面上形成一层薄膜。
这时，涂料与表面之间发生作用，形成结合力，使涂料更牢固地粘附在表面上。
最后，涂料在温度和压力的作用下，发生固化反应，使涂料最终在特定表面上形成一层膜。
涂料成膜的过程有多种不同的物质组成，包括溶剂、填料、添加剂、增塑剂等。
其中，溶剂被用于将涂料分散成纳米尺度，以便在特定表面上形成一层膜。
填料是指用于形成膜的所有其它物质，可以分为金属涂料和有机涂料。
添加剂是指在涂料中添加的物质，如抗氧剂、稳定剂、着色剂等，以促进涂料的性能和固化反应。
增塑剂是指为了提高涂料的附着性和抗冲击性而添加的物质，如聚氨酯粒子、水溶性树脂、热塑性树脂等。
总的来说，涂料成膜的机理是一个综合性的过程，包括溶剂蒸发、涂料和表面之间的作用以及固化反应。
这些过程是由多种物质共同作用，最终使涂料在特定表面上形成一层膜，从而给物体表面提供美观和保护作用。
综上所述，涂料成膜的机理是一种复杂的过程，包括溶液的涂敷、溶剂的蒸发、涂料与表面之间的化学和物理作用以及固化反应。
这些过程是由许多不同的物质组成，如溶剂、填料、添加剂、增塑剂等，一起完成。
因此，要想实现优质的涂料成膜，这些物质必须协调运作，结合合理的温度和压力，共同起作用，使涂料在特定表面上形成一层优质的膜。
双组份水性聚氨酯成膜机理
双组份水性聚氨酯成膜机理多年前，很多人认为双组分水性聚氨酯涂料是难以实现的。
一个重要原因是人们认为多异氰酸酯中的NCO基团会与水反应生成聚脲，同时生成CO2，而难以得到致密的漆膜。
但Bayer的化学师在实践中发现某些多异氰酸酯在水中可以长时间稳定存在，在多异氰酸酯液滴与水的界面上会形成一层具有临时性保护作用的聚脲薄膜，这一薄膜的存在可以较长时间阻止多异氰酸酯与水的进一步反应，从而使双组分水性聚氨酯涂料技术可能得以实现。
进一步的研究表明，将某一亲水改性的HDI三聚体分散在水中，经过7h后，-NCO的保留率仍然大于90%。
双组分水性聚氨酯涂料的成膜机理与一般的聚合物乳液涂料如丙烯酸乳液的成膜有很大的区别，同时与溶剂型聚氨酯涂料的成膜机理也完全不同。
图1为双组分水性聚氨酯涂料的固化成膜示意图。
图1双组分水性聚氨酯成膜过程由图1可见，在双组分水性聚氨酯涂料的成膜过程中，多异氰酸酯在前期并没有过多的与多元醇或水发生化学交联反应，一直到大部分水分蒸发后，乳液与固化剂粒子相互接触并挤压，此时多元醇中的羟基以及残余的水开始大量地与固化剂中的-NCO基团发生化学反应。
由此可知，双组分水性聚氨酯涂料适用期的表现形式与双组分溶剂型聚氨酯涂料可能是完全不同的。
很多时候，双组分水性涂料体系的黏度变化会一直保持在远远低于初始黏度2倍的范围内，这就意味着，在溶剂型涂料中行之有效的通过黏度上升判断适用期的方法，在双组分水性聚氨酯体系中是不适用的。
实际上，我们需要通过测试漆膜某些性能（如光泽、雾影、硬度、耐化学品性等）的突变点来判断其适用期。
另一个需要注意的问题是：如何确定双组分水性聚氨酯涂料中-NCO与-OH的比值。
一般来说，多异氰酸酯与多元醇的反应速度比与水反应更快，但两者仍然具有竞争关系。
为了补偿多异氰酸酯和水的副反应而产生的损失，一般使用过量的多异氰酸酯，-NCO/-OH 比率会选择1.5~3.0。
通常-NCO/-OH比例越高，涂膜的耐化学性越好，但干燥时间越长，成本越高。
水性环氧树脂固化体系成膜机理
水性环氧树脂固化体系成膜机理水性环氧树脂涂料是一种乳液涂料，其成膜机理与一般的聚合物乳液涂料如丙烯酸乳液的成膜有很大的区别，同时与溶剂型环氧树脂涂料的成膜也不完全相同。
一般聚合物乳液涂料的固化成膜为一物理过程，分散相粒子的玻璃化温度较低,在水分挥发后就形成紧密堆积的结构，并在毛细管压力作用下凝结成膜。
在溶剂型环氧树脂涂料体系中，环氧树脂和固化剂均以分子形式溶解在有机溶剂中，形成的体系是均相的,固化反应在分子之间进行，因而固化反应进行得比较完全，所形成的涂膜也是均相的。
水性环氧树脂涂料为多相体系，环氧树脂以分散相形式分散在水相中，水性环氧固化剂则溶解在水中。
水性环氧树脂涂料的固化成膜示意图如图1所示，将两个组分混合后的体系涂布在基材上，在比较适宜的温度条件下，水分蒸发得很快。
当大部分水分蒸发后，环氧树脂乳胶粒子相互接触，形成紧密堆积的结构，残余的水分和固化剂分子则处在环氧树脂分散相粒子的间隙处。
随着水分的进一步蒸发，环氧树脂分散相粒子开始凝结，形成更为紧密的六边形排列结构。
与此同时，固化剂分子扩散到环氧树脂分散相粒子的界面及其内部发生固化反应。
该固化成膜机理也可解释为水性环氧树脂体系由水包油的状态向油包水转变，与用相反转法配制环氧树脂乳液的过程刚好相反。
图1水性环氧树脂涂料的固化成膜过程示意图假定用相反转法配制的水性环氧树脂乳液中分散相粒子的平均粒径为0.5μm，又设其密度为1.16g/mL，环氧树脂分子量为1000，并不考虑在水中的溶胀，则可计算出每个环氧树脂乳胶粒中含有4.6×l07个分子，所以水性环氧树脂体系的固化是由固化剂向环氧树脂分散相粒子的扩散速度所决定的，这与溶剂型环氧树脂体系相比其固化成膜过程更为复杂。
固化剂分子首先和环氧树脂分散相粒子的表面接触发生固化反应，随着固化反应的进行，环氧树脂分散相的分子量和玻璃化温度逐渐提高，使得固化剂分子向环氧树脂分散相粒子内部的扩散速度逐渐变慢，这就意味着环氧树脂分散相粒子内部进行的固化反应较其表面的少，内部交联密度也较低。
涂料的成膜机制与性能优化研究
涂料的成膜机制与性能优化研究在我们的日常生活和工业生产中，涂料无处不在。
从家居装修中的墙面漆，到汽车表面的防护漆，再到大型钢结构的防腐漆，涂料以其多样的功能和色彩，为我们的世界增添了丰富的色彩和保护。
然而，要想让涂料发挥出理想的效果，深入了解其成膜机制以及进行性能优化是至关重要的。
涂料的成膜机制，简单来说，就是涂料从液态转变为固态连续薄膜的过程。
这个过程并非简单的物理干燥，而是涉及一系列复杂的化学和物理变化。
在常见的溶剂型涂料中，成膜主要依靠溶剂的挥发。
涂料中的溶剂逐渐挥发，留下溶质形成连续的膜。
这个过程相对较快，但溶剂的挥发可能会对环境造成一定的污染。
水性涂料的成膜则有所不同。
水分的挥发只是第一步，之后还会发生乳胶粒子的融合和变形，从而形成连续的膜。
这种成膜方式相对环保，但成膜过程的控制较为复杂。
对于反应型涂料，如聚氨酯涂料和环氧涂料，成膜是通过化学反应实现的。
涂料中的组分在特定条件下发生交联反应，形成三维网状结构的膜。
这种成膜机制使得涂料具有优异的性能，但反应条件的控制要求较高。
了解了涂料的成膜机制，我们就可以有针对性地对其性能进行优化。
首先是涂料的附着力。
良好的附着力是涂料发挥作用的基础。
影响附着力的因素众多，包括涂料与基材表面的极性匹配、粗糙度以及界面的化学作用等。
为了提高附着力，可以对基材进行预处理，如打磨、清洁和化学处理，增加表面的粗糙度和活性。
同时，选择合适的涂料配方，使其与基材表面具有良好的相容性和化学亲和力。
其次是涂料的耐腐蚀性。
在许多应用场景中，如海洋环境或化工设施，涂料需要具备出色的耐腐蚀性能。
通过添加防锈颜料、缓蚀剂等助剂，可以有效地提高涂料的耐腐蚀能力。
优化涂料的成膜致密性，减少孔隙和缺陷，也能增强其阻挡腐蚀介质渗透的能力。
涂料的硬度和耐磨性也是重要的性能指标。
增加涂料中的固体含量、选择高硬度的树脂以及添加耐磨填料等方法，可以显著提高涂料的硬度和耐磨性。
这对于需要经常经受摩擦和磨损的表面，如地板和机械零件，具有重要意义。
涂料成膜机理及其影响因素研究进展
涂料成膜机理及其影响因素研究进展涂料是指涂布在物体表面而形成的具有保护和装饰作用的膜层材料。
最早的涂料因使用天然油和树脂被称为“油漆”。
随着高分子科学的发展，涂料原料范围扩大到合成的聚合物品种。
而随着人们环保意识的增强，涂料研制的重点已逐渐向水性涂料发展，一方面为满足更多环境下使用而要求的较低成膜温度，另一方面，为保证漆膜优异的机械、耐候、耐压痕性能，都要求乳胶粒子本身具有较高的玻璃化转变温度( Tg) ，这是矛盾的两个方面。
玻璃化转变温度对成膜过程有着重要影响，而成膜过程又对膜的性能有着重要影响，本文通过对涂料的成膜过程，以及其影响因素进行分析希望对读者有一定的帮助。
1 成膜过程在对涂料成膜过程的研究中，Dillon 提出了乳液成膜需要经过水份挥发以及体系中乳胶粒子变形的过程，Voyutskii 则认为其中存在大分子扩散的阶段，1966 年Bradford 等在对涂料成膜的研究中提出了玻璃化转变温度是乳液成膜的重要影响因素。
通过进一步的研究，水份蒸发、乳液粒子间相互吸引、聚集，相互扩散堆积，当T ＞ Tg 时最终成膜的成膜过程被正式提出。
同时也有学者从不同角度将膜过程其划分为粒子的无规运动、粒子的紧密堆积、粒子边界的融合、粒子边界消失最终成膜四个阶段，并提出了垂直干燥蒸发、平推干燥以及有序排列干燥3 种水分蒸发理论:在这一阶段国内外学者对随着水分蒸发驱动颗粒进行聚结的动力进行了大量研究，Dillion，巴顿和Brown，Eckersley，Visschers 等分别从表面张力，毛细管力，以及两力之间的相互协调作用对乳液成膜的主要动力进行了研究，并通过计算成膜干燥时各作用力的典型值对成膜过程中各作用力进行了研究。
对成膜过程中的胶粒聚结的研究，比较有代表性的理论是: ①熔结理论; ②毛细管作用理论; ③相互扩散理论。
前两种理论在仅有胶粒受力的前提下对涂料成膜的因素都做了不同程度的分析，忽视了涂料配方中的其他物质，而相互扩散理论中分析了分散剂以及聚合物性质对成膜的影响。
水性涂料的最新研究进展_张心亚
水性涂料的最新研究进展张心亚,魏 霞,陈焕钦 (华南理工大学化学与化工学院,广州510640) 摘 要:回顾了水性涂料的发展历史,介绍了现代水性涂料工业的发展现状,以及有关限制涂料中挥发性有机化合物(VOC )排放法规。
着重讨论了几类水性涂料(如水性聚氨酯涂料、水性丙烯酸酯涂料、水性环氧树脂涂料及水性紫外光固化涂料)的研究进展,并指出了水性涂料的研究方向。
关键词:水性涂料;挥发性有机化合物;水性聚氨酯涂料;水性丙烯酸酯涂料;水性环氧树脂涂料;水性紫外光固化涂料中图分类号:T Q 637 文献标识码:A 文章编号:0253-4312(2009)12-0017-08The La test Research Progress i n W a terborne Coa ti n gsZhang Xinya,W ei Xia,Chen Huanqin(School of Che m istry and Che m ical Engineering South China U niversity of Technology,Guangzhou 510640,China ) Abstract:The devel opment hist ory of waterborne coatings,the p resent status of modern industrial water 2borne coating,and the regulati ons related t o volatile organic compounds (VOC )released fr om s olventborne coatings were revie wed,focusing on discussi on of research p r ogress of several waterborne coatings,such as waterborne polyurethane coatings,waterborne acrylate coatings,waterborne epoxy resin coatings and water 2borne UV -curing coatings .And finally,the devel opment directi on of waterborne coatings is pointed out . Key W ords:waterborne coatings;v olatile organic co mpound (VOC );waterborne polyurethane coat 2ings;waterborne acrylate coatings;waterborne epoxy resin coatings;waterborne UV curing coatings作者简介:张心亚(1974—),男,博士,副教授,主要从事乳液聚合、环境友好涂料及相关精细化工产品的研究与开发。
涂料成膜技术概述
涂料成膜技术概述涂料涂覆于物体表面以后，由液体或疏松粉末状态转变成致密完整的固态薄膜的过程，称为涂料的干燥和固化。
根据涂料中高聚物成膜物质的性质，干燥成膜可以分为物理干燥和化学干燥。
物理干燥主要是靠溶剂的挥发和分子链缠结成膜或水的挥发和乳胶粒凝聚成膜。
化学干燥是在室温或高温下通过化学交联反应形成三维网状结构成膜，这些交联反应或是通过高聚物中不饱和基团的自动氧化或是活性基团之间进行缩聚反应来实现的。
因此，涂料成膜机理依其组成不同而有差别。
1.挥发型涂料挥发成膜型涂料中大部分为溶剂型涂料，这类涂料又称为自干型涂料。
挥发型涂料的成膜机理为：溶解或分散在溶剂或分散介质中的大分子成膜物质，因为溶剂或分散介质的挥发由液态向固态过渡，逐渐得到连续且致密的具有一定堆砌结构的完整的涂膜。
图1 热塑性乳胶涂料的成膜过程示意图这类涂膜的共同特征是：涂料中的主要成膜物质成膜时不起化学变化。
成膜后的涂膜能够再溶解（或热熔）和具有热塑性，因此挥发成膜型涂料又称为热塑性涂料。
这类涂料可自然干燥，且表干时间比较短，干燥过程实际上就是溶剂或分散介质的挥发过程。
属于这一类涂料的有硝基涂料、过氯乙烯涂料、丙烯酸涂料和乳胶涂料等。
热塑性乳胶涂料的成膜过程如图1所示。
乳胶涂料中，成膜助剂也是影响成膜的重要因素。
成膜助剂也称作凝集剂，它实际上就是加到乳胶涂料中去帮助高聚物成膜的高沸点溶剂。
常用成膜助剂的性能见表1。
表1 常用成膜助剂的性能①以醋酸正丁酯挥发速率为1.0计。
2.交联成膜型涂料交联成膜型涂料的成膜过程主要是缩合、聚合等化学作用。
其中绝大部分涂料在成膜过程中也包含了物理作用。
交联成膜型涂料的共同特征是：涂料中的主要成膜物质成膜时起化学变化，成膜后的涂膜不能够再被溶剂溶解，受热能融化，所以交联成膜型涂料又称为热固性涂料。
这类涂料根据成膜过程化学反应的不同，可分为以下3种：（1）缩合型涂料属于这一类的涂料有酚醛树脂漆、聚酯树脂漆、氨基醇酸树脂漆等。
涂料中成膜物质的成膜机理
涂料中成膜物质的成膜机理1涂料的製作流程涂料的製作流程是一个复杂的过程，其中最重要的就是成膜物质。
涂料的製作流程主要由收料到包装分为以下几个步骤：（1）首先收集原料：收集所需要的基础油和添加剂、色料及胺素等原料。
（2）混合原料：根据设计配方，计算每种原料用量，分类存放，按照比例混合物料，调合成涂料。
（3）成膜：将调合好的涂料放入胶槽进行热均质，然后借助搅拌机对涂料进行完善的混合，以保证质量的稳定性。
接下来将涂料进行加热并加压，使其形成稠厚的覆膜。
（4）冷却：将完成成膜的涂料进行冷却，使涂料冻结固化，同时使涂料中的溶剂挥发。
（5）包装：将涂料放入袋子或罐子中，密封包装，待使用时取出涂料使用。
2涂料中成膜物质的成膜机理成膜物质的成膜机理一般是指涂料中的有机物在高温和/或力学作用下，结合在表面上形成覆盖物，从而起到涂料的保护作用。
成膜物质的成膜机理主要有三种，即溶剂溶解法、有机共聚物溶胶法和溶溶剂混合物溶胶法。
一、溶剂溶解法溶剂溶解法是最常见的涂料成膜机理，也是最常见的涂料成膜法。
该机理是通过涂料中的有机物、溶剂及助溶剂结合而成的高分子聚集物，其中要借助温度、压力协同作用，使其能够完成结晶成膜而形成涂料膜层。
二、有机共聚物溶胶法有机共聚物溶胶法是一种成膜机理，是利用高分子聚合物的溶解性与溶剂的相容性，类似于水的表面张力，使高分子聚合物分子之间产生引力，将其溶解在溶剂中，并形成覆盖性涂层。
三、溶溶剂混合物溶胶法溶溶剂混合物溶胶法是指使用混合的溶剂生成涂料膜层，其原理为将有机物分子聚集成一定结构，形成溶胶，然后经过力学作用得到涂料膜。
通常，我们会在混合液中添加水以增加其粘度，以达到更好的涂料效果。
涂料颜料的分散和稳定化原理及配方设计
涂料颜料的分散和稳定化原理及配方设计沈浩清华大学(深圳)研究院深圳51805一、涂料的颜料研磨分散和稳定化原理1.颜料在树脂中的分散涂料是由树脂、颜料、溶剂和助剂组成的,有颜料的涂料叫色漆。
初看起来,只要将树脂、颜料、溶剂等混合成均匀体系,将其涂布于工件表面上,形成一层均匀薄膜就可以了。
但实际上要达到这一目的并非易事。
在涂料体系中,相界面非常多,各组成间的相互作用十分复杂,这种体系极不稳定,容易发生分离现象。
而色漆的生产就是要得到一个相对稳定的、分离现象被消除或大大延缓的液态体系。
这种液态体系仍是非均相的,但看上去是均匀的,施工后的漆膜是均匀的,各部分的性能也是一致的。
为此,色漆的生产必须通过有效的加工将颜料均匀地分散在树脂中,形成以颜料为分散相,以树脂为连续相的非均相分散体系。
保证颜料始终处于良好的分散状态,是色漆制造的首要问题,也是难点和涂料制造的精彩部分。
2.颜料的分散过程颜料在树脂中的分散过程比较复杂,它至少要经过三个过程,即润湿过程、解聚过程和稳定过程。
这三个过程不是截然分开的,而是同时发生、交替进行的。
三者的关系是:润湿是基础,解聚是为了更充分地润湿,而达到稳定状态是最终目的。
2.1 颜料的润湿过程颜料颗粒表面一般都吸附着一层空气和水分,颗粒间的空隙也被空气所填充。
颜料分散的首要前提是用树脂取代空气和水分,并在颜料的表面上形成一种新的色覆膜。
这种用树脂取代空气和水分并在颜料表面形成新的色覆膜的过程称作润湿过程。
不同的树脂种类对颜料的润湿不同,如醇酸树脂的润湿能力一般比丙烯酸树脂好。
颜料的种类不同,其被润湿的能力也不同。
在涂料中加入润湿分散剂助剂,能大大改善颜料的润湿。
将漆浆静置过夜(预浸泡)再进行研磨,也有利于润湿分散。
2.2 颜料的解聚过程涂料厂购入的颜料均以其原级粒子、附聚体和聚集体的混合体存在。
原级粒子是颜料制造过程中形成的单个晶体或缔合晶体,粒径是微细的附聚体是原级粒子间以边和角相连接结合而成的结构松散的大的颜料粒子团。
涂料的成膜过程与性能优化研究
涂料的成膜过程与性能优化研究在我们的日常生活和工业生产中，涂料无处不在。
从家居装饰中的墙面漆，到汽车表面的防护涂层，再到大型建筑物的防腐涂料，涂料的应用极为广泛。
而要深入理解涂料的性能和应用，就必须对其成膜过程有清晰的认识，并不断探索如何对其性能进行优化。
涂料的成膜过程是一个复杂而又关键的阶段。
简单来说，涂料从液态转变为固态连续薄膜的过程，主要包含了几个重要步骤。
首先是涂料的涂布。
这就像是给一个物体“穿上新衣”的初始动作，将涂料均匀地涂抹在被涂物的表面。
在这个阶段，涂料的流动性、黏度等物理性质对于能否均匀涂布起着至关重要的作用。
如果涂料太稠，可能会导致涂布不均匀，出现厚薄不一的情况；如果太稀，则可能会流淌、滴落，影响施工效果。
接着是溶剂的挥发。
大多数涂料中都含有溶剂，其作用是帮助涂料在施工时具有良好的流动性和涂布性。
当涂料涂布完成后，溶剂开始逐渐挥发。
这个过程并非简单的“消失”，而是一个有规律的、受多种因素影响的过程。
例如，环境温度、湿度、通风情况等都会影响溶剂挥发的速度。
如果挥发速度过快，可能会导致涂料表面过早干燥，内部溶剂无法顺利逸出，从而产生气泡、针孔等缺陷；反之，如果挥发速度过慢，则会延长施工时间，增加成本。
在溶剂挥发的同时，涂料中的成膜物质也在发生着化学变化。
这可能包括聚合反应、交联反应等。
以聚合反应为例，原本小分子的单体通过化学键的连接逐渐形成大分子的聚合物。
这些大分子相互交织、缠绕，形成一个坚固的网络结构，从而赋予涂料膜一定的强度和韧性。
交联反应则进一步增强了这个网络结构的稳定性和耐久性。
成膜物质的化学变化对于涂料膜的最终性能有着决定性的影响。
反应的程度、速度以及反应条件的控制都需要精确把握。
如果反应不完全，涂料膜的性能可能无法达到预期，例如硬度不够、耐腐蚀性差等；而如果反应过度，则可能会导致涂料膜变脆、开裂。
当溶剂挥发基本完成，成膜物质的化学变化也达到一定程度后，涂料膜逐渐固化。
水性涂料助剂 成膜助剂成膜原理
水性涂料助剂，成膜助剂成膜原理
水性漆的成膜过程较复杂, 要经历一个从分散的聚合物颗粒到相互聚结成为整体的过程。
其施工后, 水分挥发, 球状颗粒必须相互融合才能形成连续的涂膜。
水性漆成膜分以下几个过程:
1.颗粒逐渐靠拢填充过程
球状颗粒在乳胶漆中以双电层和屏蔽稳定的作用保持着分散状态, 在水性涂料施工后,水分逐渐挥发,原先以静电斥力和空间位阻稳定作用而保持分散状态的聚合物颗粒和颜料、填料颗粒逐渐靠拢，但仍可以自由运动。
在该阶段，水份的挥发与单纯水的挥发相似，为恒速挥发。
2.颗粒融合过程
随着水分的进一步挥发，聚合物微粒表面吸附的保护层破坏，裸露的微粒相互接触，其间隙愈来愈小，漆膜的体积收缩，当水份挥发将尽时, 其推动力也将消失，至毛细管经大小时，由于毛细管效能作用，其毛细管压力高于聚合物微粒的抗变形力，颗粒稳定性破坏并变形，最后凝集、融合成连续的涂膜。
这一过程是水性漆能否成膜的关键，若乳液聚合物的玻璃化温度(Tg)较高(为了使涂膜具有良好的机械性能，耐候性和沾污性，Tg值一般不能太低)，在较低环境温度下，就很难变形，从而会使融合过程受阻，导致不能成膜，这时需要用成膜助剂协助成膜。
成膜助剂可以使乳胶粒子溶胀变软，因此，很容易使他们融合在一起形成连续的膜。
3.聚合物链段相互扩散渗透交联成膜过程
随着时间的推移, 残留在水中的助剂逐渐向涂膜扩散, 并使聚合物分子长链段相互渗透、扩散，缠绕形成具有良好性能的均匀涂膜，随着成膜助剂从漆膜中逐渐挥发，最后形成理想的性能优异的涂膜。
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清华大学沈浩水性涂料成膜机理问题水性涂料（Waterborne Coatings）的研讨是有多年的历史了。
水性涂料从最早的出土文物中的矿物粉加水着色，到以蛋清为成膜物加矿物颜料以水为溶剂的水性涂料和上世纪初的石灰水无机涂料作为最古老原始的水性涂料到20世纪50年代顺（反）丁烯二酸二丁酯与醋酸乙烯酯共聚，制得较低玻璃化温度的乳液。
到60年代的阴极电泳漆，70年代不断改进乳液的防霉和使用寿命。
对乳胶涂料成膜机理的研究属21世纪的课题，并取得不少成果。
水性涂料以水为分散剂或溶剂，由于符合当前国际广泛关注的低碳经济绿色环保要求，避免了溶剂性涂料易燃易爆的危害，施工条件可以在相对湿度较高的南方进行，基材表面的干燥度要求也不高。
其主要缺点是靠水蒸发固化时间长，烘烤要一定温度耗费能量。
涂膜中常常有亲水基团使涂膜耐水性和防腐蚀性变坏，含酯类树脂易水解造成涂料难贮存并在使用过程中影响涂膜性能；由于水性树脂对相当部分颜填料的润湿度和分散性差，常常造成浮色和分层；对于水性木器涂料讲，由于世界上的木质千变万化，其热胀冷缩性能、孔隙率、吸水性各不相同，因此要想制造一种水性木器涂料而适用于各种木材是十分困难，甚至是不现实的。
针对以上缺点人们花费了不少心血，虽然有诸多成果报导，但是实际现实不容乐观。
水性涂料的发展依然比较缓慢，其总体比例总是在5%左右升降。
到底是什么原因呢？追根探源，要想解决水性涂料的问题必须从其成膜机理的研究中寻找答案。
也就是说要从基础理论的研究上下狠功夫，才能真正取得问题的具有实质性突破的结果。
一、水性涂料的物理成膜机理1953年Dillon等在Industrial Engineering Chemistry上发表了题为Plasticizing a synthetic latex的文章，提出了乳液成膜可分为水挥发和乳胶粒子变形两个阶段。
1958年Voyutskii 在聚合物科学（Journal of Polymer Science）上发表了题为《Concerning wechanism of film formatiou from high polymer dispesion》一文，提出了乳液成膜有一个聚合物分子相互扩散的过程。
1966年Bradford等提出了成膜温度必须大于聚合物玻璃化转变温度（Tg）的概念。
在上述工作的基础上，成膜过程的三阶段概念被明确提出。
这三个阶段分别是1）水蒸发；2）乳液颗粒靠近变形并趋填密；3）相互扩散，当T>T g时最终成膜。
有共同的观点是乳液成膜过程中存在一种动力，它促使粒子流动，但是又是造成膜的厚度不均匀的原因。
那么这种力，到底是什么力呢？这种力产生的根源是什么呢？研究表明：这种作用力有悬浮体系的作用力，范德华尔力，双电层重叠排斥力，水—空气界面的毛细管作用力，液桥毛细管作用力等。
这些力的出现和作用使乳胶颗粒变形，完成第二阶段的变化，并开始颗粒的相互扩散融合直到最后成膜。
有共同的观点是乳液成膜过程中存在一种动力，它促使粒子流动，但是又是造成膜的厚度不均匀的原因。
那么这种力，到底是什么力呢？这种力产生的根源是什么呢？研究表明：这种作用力有悬浮体系的作用力，范德华尔力，双电层重叠排斥力，水—空气界面的毛细管作用力，液桥毛细管作用力等。
这些力的出现和作用使乳胶颗粒变形，完成第二阶段的变化，并开始颗粒的相互扩散融合直到最后成膜。
对于这第三阶段主要有以下几种理论可以提供参考：相互扩散理论：由于这一阶段是成膜过程的最后一步，成膜后得到的涂膜性能又是最爱到关注的，因此在膜表面愈合（或通俗讲从液态变化到真正意义上的固态膜）过程所需时间，聚合物分子量，涂膜性能之间的关系是这部分研究的核心。
根据De Gennes理论，Prager—Tinrell理论，Jud-Kausch-William理论均认为聚合物链在沿表面缠绕及相互扩散对膜的成型以及膜的强度有重要影响。
而Kim-Wool的理论中假设体系中，聚合物分子链的分布是均匀的，并在此假设基础上，计算出聚合物分子链的平均渗透距离等。
本文作者认为对其聚合物分子链均匀分布的假设前提缺乏根据，因此其理论的部分结论只能作为参考方式进行思考。
根据De Gennes理论，Prager—Tinrell理论，Jud-Kausch-William理论均认为聚合物链在沿表面缠绕及相互扩散对膜的成型以及膜的强度有重要影响。
而Kim-Wool的理论中假设体系中，聚合物分子链的分布是均匀的，并在此假设基础上，计算出聚合物分子链的平均渗透距离等。
本文作者认为对其聚合物分子链均匀分布的假设前提缺乏根据，因此其理论的部分结论只能作为参考方式进行思考。
当然还有一些其它理论从不同角度进行分析，推测并提出各种数学模型，但总的讲均不够完美，在此不再多述讲解，参阅相关文献（1-5）。
以上理论均完成于上世纪七十年代末至八十年代初，由于受到实际测定观察记录条件的限制，因此都局限于理论的推导和综合分析阶段。
对第一阶段人们提出了三种关于水分蒸发的理论如下：（一）：由表及里的垂直干燥蒸发理论；（二）：平推干燥理论；（三）：有序排列干燥理论。
上述三种理论从不同角度揭示了水性涂料中水分的蒸发的过程，从不同的实际观察中得出不同的理论，有的还用比较通俗易懂的图形表达水分的流动趋向和变化过程。
至八十年代末，随着科技发展，微观检测方法的更加精密和完备，特别是小角度中子散射技术（SANS技术）（Small-angle neutron scattering）的应用，使建立在扩散理论上的研究及表面蠕动理论（De Gennes）取得了进一步的发展。
为了取得扩散系数，人们建立了多种数学模型。
例如：Guinier和Summerfield模型；Winuik模型；和Goh模型。
但是这些数学模型在建立和推算过程中都需要作一系列的简化和假设。
例如要符合扩散方程；聚合物链被假设为均匀的分布等。
而实际成膜进入最后阶段时聚合物链经常出现缠绕，不规则的卷曲，甚至形成各式各样的网状结构，而且乳胶颗粒大小不等，最终计算出的扩散系数不正确甚至和实际值相差较远。
这样表面上给我们研究成膜机理带来了极大的困难，几乎有点不知下一步路该怎么走？研究的方向在何处？等一系列难题，但是科学总是要发展的，水性涂料的成膜机理不研究清楚，就难以取得突破性的进展。
而前人的这一系列工作，虽然没能给出理想的结果和结论，甚至也不统一。
但是本人认为这些工作是原始的，是必要的，是经验的结果，是给我们有启发的，我们可以借鉴之，可以少走弯路。
设计出一条自己要走的创新的研究之路，这就是水性涂料研发的真正可行的科学之路。
上述均属物理成膜概念，属热塑性范畴，而成膜后的物理力学性能、耐溶剂性能等都不够理想，下边介绍化学成膜概念。
设计出一条自己要走的创新的研究之路，这就是水性涂料研发的真正可行的科学之路。
上述均属物理成膜概念，属热塑性范畴，而成膜后的物理力学性能、耐溶剂性能等都不够理想，下边介绍化学成膜概念。
二、水性涂料的化学成膜机理这里主要是讨论交联固化聚合物，交联反应形成三维网状结构涂膜，使涂膜性能取得提高。
要注意的是物理成膜和化学成膜并不是孤立的，绝对分离的，而是常常交替重叠的进行。
对于水溶性涂料来讲，由于其树脂需水溶，其分子量不会太大。
因此，作为一种高分子材料来讲，大多是由热固型制成，其树脂中的活性基团或由外加交联剂的活性基团之间的交联反应形成不溶不融的网状结构，从而使涂膜的性能得到提高。
另一方面水溶性树脂多以羧酸盐或胺盐的形式出现，在其成膜固化过程中，先是氨或胺的挥发，在加热过程中形成胺的衍生物，也有用交联剂来完成的。
酸性高聚物与锆离子通过离子链进行交联成膜，并在常温下干燥。
在交联固化的乳液体系中，乳胶粒中的聚合物链段上含有一定数量的反应性官能团，最终涂膜的性能与乳液成膜过程中聚合物链段的扩散速率和交联速率密切相关。
如果交联速率比聚合物链段的扩散速率快得多，交联反应集中在乳胶颗粒内部发生，乳胶颗粒之间几乎没有交联反应发生，导致涂膜性能并不理想。
1.关于玻璃化转变温度：乳液能否形成连续的乳胶涂膜，主要是由分散相聚合物的玻璃化转变温度（Tg）与成膜温度决定的，聚合物的T g对聚合物乳液的最低成膜温度（MFFT）起着决定作用，而连续乳胶膜的形成与聚合物的MFFT密切相关。
当乳液在高于聚合物MFFT的温度下成膜时，乳胶粒变形、融合和相互扩散能够正常发生，形成连续、透明的乳胶涂膜；当乳液在低于聚合物MFFT的温度下成膜时，乳胶粒子不发生变形和融合，形成的涂膜易脆且不连续，甚至发脆成粉末。
Tg值在水性涂料的研究中已被广泛重视，应作为机理研究的一个重要的参数进行精确测定、分类和讨论。
2.聚合物的结构问题：为保持乳胶颗粒粒径分布均匀，便于控制乳液性能，人们常常将乳液制备成具有核壳结构形式。
具有核壳结构的乳胶粒的成膜行为与常规结构的具有一定的差异，Chevalier等研究了核、壳分别由憎水、亲水物质聚合而成的乳液，利用中子衍射技术可观察到相对应的峰，当聚合物的壳层破裂，这些峰才会消失，聚合物分子链段也就会进行相互扩散，他们认为壳层只有在运动充分时才能破裂，而核层运动得不够充分也不能使壳层破裂。
实际上，成膜后壳层并不都会破裂，壳层的存在也并不意味着聚合物分子链就没有相互扩散，Kim等利用DET技术研究以PBMA为核、壳层含有一定量MAA的乳液，在90℃下退火发现聚合物链段的扩散仅仅减慢，随着壳层厚度的减薄，扩散系数增大。
本人认为：对聚合物结构的研究还需作进一步细化的实验，对核壳结构也应进行精确测定和分类，并连续观察成膜过程中的结构变化及与最终涂膜性能的关系。
3.乳化剂问题：常有同仁来电询问乳化剂问题，实际上乳化剂的选择是要根据不同的乳液及其在成膜过程中的变化来考虑的，一般应考虑以下三方面的问题。
①水分蒸发：在乳液成膜中，影响水分子扩散的因素主要有两个：空气—水界面和空气的扩散速度，研究发现，前者的影响主要通过界面电阻起作用，影响相对较小；当停留在水上的空气处于静止状态，乳化剂在空气—水界面形成一层致密的连续层，水的蒸发速度较慢，空气和乳化剂对水分的蒸发都有较大的影响，如果空气处在流动之中，乳化剂则成为影响水分子扩散的主要因素。
在成膜中，随着水分的蒸发，吸附在聚合物—水界面上的乳化剂增多，从而使得水相中的乳化剂浓度保持相对恒定。
不过，现在还没有测试仪器能表征吸附在聚合物—水界面上的乳化剂的数量。
②乳胶颗粒的排列组合问题，对使用乳化剂前后的涂膜用AFM进行观察可以明确看到其涂膜表面排列堆积的差异。
非离子乳化剂对乳液成膜的研究表明，乳胶颗粒表面全部被乳化剂覆盖，涂膜表面的乳胶颗粒排列最整齐、堆积最密集，这被认为是静电稳定和絮凝减少的缘故。