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(jì)初的石灰水無(wú)機(jī)涂料作為最古老原始的水性涂料到20世紀(jì)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(jìn)乳液的防霉和使用壽命。對(duì)乳膠涂料成膜機(jī)理的研究屬21世紀(jì)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(dāng)前國(guó)際廣泛關(guān)注的低碳經(jīng)濟(jì)綠色環(huán)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(duì)濕度較高的南方進(jìn)行，基材表面的干燥度要求也不高。其主要缺點(diǎn)是靠水蒸發(fā)固化時(shí)間長(zhǎng)，烘烤要一定溫度耗費(fèi)能量。涂膜中常常有親水基團(tuán)使涂膜耐水性和防腐蝕性變壞，含酯類(lèi)樹(shù)脂易水解造成涂料難貯存并在使用過(guò)程中影響涂膜性能；由于水性樹(shù)脂對(duì)相當(dāng)部分顏填料的潤(rùn)濕度和分散性差，常常造成浮色和分層；
對(duì)于水性木器涂料講，由于世界上的木質(zhì)千變?nèi)f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(xiàn)實(shí)的。針對(duì)以上缺點(diǎn)人們花費(fèi)了不少心血，雖然有諸多成果報(bào)導(dǎo)，但是實(shí)際現(xiàn)實(shí)不容樂(lè)觀。水性涂料的發(fā)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(wèn)題必須從其成膜機(jī)理的研究中尋找答案。
也就是說(shuō)要從基礎(chǔ)理論的研究上下狠功夫，才能真正取得問(wèn)題的具有實(shí)質(zhì)性突破的結(jié)果。
一、 水性涂料的物理成膜機(jī)理
1953年Dillon等在Industrial Engineering Chemistry上發(fā)表了題為Plasticizing a synthetic latex的文章，提出了乳液成膜可分為水揮發(fā)和乳膠粒子變形兩個(gè)階段。1958年Voyutskii 在聚合物科學(xué)（Journal of Polymer Science）上發(fā)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(gè)聚合物分子相互擴(kuò)散的過(guò)程。
1966年Bradford等提出了成膜溫度必須大于聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）的概念。在上述工作的基礎(chǔ)上，成膜過(guò)程的三階段概念被明確提出。這三個(gè)階段分別是1）水蒸發(fā)；2）乳液顆�？拷冃尾②吿蠲埽�3）相互擴(kuò)散，當(dāng)T>Tg時(shí)最終成膜。
有共同的觀點(diǎn)是乳液成膜過(guò)程中存在一種動(dòng)力，它促使粒子流動(dòng)，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(chǎn)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(xì)管作用力，液橋毛細(xì)管作用力等。這些力的出現(xiàn)和作用使乳膠顆粒變形，完成第二階段的變化，并開(kāi)始顆粒的相互擴(kuò)散融合直到最后成膜。
有共同的觀點(diǎn)是乳液成膜過(guò)程中存在一種動(dòng)力，它促使粒子流動(dòng)，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(chǎn)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(xì)管作用力，液橋毛細(xì)管作用力等。這些力的出現(xiàn)和作用使乳膠顆粒變形，完成第二階段的變化，并開(kāi)始顆粒的相互擴(kuò)散融合直到最后成膜。
對(duì)于這第三階段主要有以下幾種理論可以提供參考：
相互擴(kuò)散理論：由于這一階段是成膜過(guò)程的最后一步，成膜后得到的涂膜性能又是最?lèi)?ài)到關(guān)注的，因此在膜表面愈合（或通俗講從液態(tài)變化到真正意義上的固態(tài)膜）過(guò)程所需時(shí)間，聚合物分子量，涂膜性能之間的關(guān)系是這部分研究的核心。
根據(jù)De Gennes理論，Prager—Tinrell理論，Jud-Kausch-William理論均認(rèn)為聚合物鏈在沿表面纏繞及相互擴(kuò)散對(duì)膜的成型以及膜的強(qiáng)度有重要影響。而Kim-Wool的理論中假設(shè)體系中，聚合物分子鏈的分布是均勻的，并在此假設(shè)基礎(chǔ)上，計(jì)算出聚合物分子鏈的平均滲透距離等。本文作者認(rèn)為對(duì)其聚合物分子鏈均勻分布的假設(shè)前提缺乏根據(jù)，因此其理論的部分結(jié)論只能作為參考方式進(jìn)行思考。
根據(jù)De Gennes理論，Prager—Tinrell理論，Jud-Kausch-William理論均認(rèn)為聚合物鏈在沿表面纏繞及相互擴(kuò)散對(duì)膜的成型以及膜的強(qiáng)度有重要影響。而Kim-Wool的理論中假設(shè)體系中，聚合物分子鏈的分布是均勻的，并在此假設(shè)基礎(chǔ)上，計(jì)算出聚合物分子鏈的平均滲透距離等。本文作者認(rèn)為對(duì)其聚合物分子鏈均勻分布的假設(shè)前提缺乏根據(jù)，因此其理論的部分結(jié)論只能作為參考方式進(jìn)行思考。
當(dāng)然還有一些其它理論從不同角度進(jìn)行分析，推測(cè)并提出各種數(shù)學(xué)模型，但總的講均不夠完美，在此不再多述講解，參閱相關(guān)文獻(xiàn)（1-5）�！ �
以上理論均完成于上世紀(jì)七十年代末至八十年代初，由于受到實(shí)際測(cè)定觀察記錄條件的限制，因此都局限于理論的推導(dǎo)和綜合分析階段。
對(duì)第一階段人們提出了三種關(guān)于水分蒸發(fā)的理論如下：
（一）由表及里的垂直干燥蒸發(fā)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(fā)的過(guò)程，從不同的實(shí)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(dá)水分的流動(dòng)趨向和變化過(guò)程。
至八十年代末，隨著科技發(fā)展，微觀檢測(cè)方法的更加精密和完備，特別是小角度中子散射技術(shù)（SANS技術(shù)）（Small-angle neutron scattering）的應(yīng)用，使建立在擴(kuò)散理論上的研究及表面蠕動(dòng)理論（De Gennes）取得了進(jìn)一步的發(fā)展。
為了取得擴(kuò)散系數(shù)，人們建立了多種數(shù)學(xué)模型。例如：Guinier和Summerfield模型；Winuik模型和Goh模型。
但是這些數(shù)學(xué)模型在建立和推算過(guò)程中都需要作一系列的簡(jiǎn)化和假設(shè)。例如要符合擴(kuò)散方程；聚合物鏈被假設(shè)為均勻的分布等。而實(shí)際成膜進(jìn)入最后階段時(shí)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)，而且乳膠顆粒大小不等，最終計(jì)算出的擴(kuò)散系數(shù)不正確甚至和實(shí)際值相差較遠(yuǎn)。
這樣表面上給我們研究成膜機(jī)理帶來(lái)了極大的困難，幾乎有點(diǎn)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(xué)總是要發(fā)展的，水性涂料的成膜機(jī)理不研究清楚，就難以取得突破性的進(jìn)展。而前人的這一系列工作，雖然沒(méi)能給出理想的結(jié)果和結(jié)論，甚至也不統(tǒng)一。但是本人認(rèn)為這些工作是原始的，是必要的，是經(jīng)驗(yàn)的結(jié)果，是給我們有啟發(fā)的，我們可以借鑒之，可以少走彎路。
設(shè)計(jì)出一條自己要走的創(chuàng)新的研究之路，這就是水性涂料研發(fā)的真正可行的科學(xué)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(xué)性能、耐溶劑性能等都不夠理想，下邊介紹化學(xué)成膜概念。
設(shè)計(jì)出一條自己要走的創(chuàng)新的研究之路，這就是水性涂料研發(fā)的真正可行的科學(xué)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(xué)性能、耐溶劑性能等都不夠理想，下邊介紹化學(xué)成膜概念。
