水溶性涂料的成膜固化機理及固化劑
水溶性樹脂成膜過程的特點
水溶性涂料的成膜固化機理與一般溶劑型涂料相同，但其成膜過程卻另有特點：
(1)水溶性樹脂由于需水溶，其分子量都不會太大，否則水溶困難，因此，作為一種高分子材料使用多半是制成熱固型的。在涂膜加熱固化過程中，通過樹脂系統(tǒng)中的活性基團或外加交聯(lián)劑的活性基團之間的交聯(lián)反應形成不溶不融的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而提供優(yōu)良的漆膜性能。當然也有些白干型的水溶性涂料，例如水性自干型醇酸樹脂漆，美國SpencerKellag公司生產(chǎn)的Kelsol 3902、Kelsol 3907短油度醇酸樹脂，Kelsol 3922長油度醇酸樹脂，Kelsol 3931亞麻油聚合物醇酸樹脂，Kelsol 3960、Kelsol 3961中油度醇酸樹脂均屬于白干型水溶性涂料。但這些是在催干劑的存在下通過氧化交聯(lián)成膜固化的。
(2)為了增加水溶性樹脂的水溶性，多半水溶性樹脂都是以羧酸鹽或胺鹽的形式存在。因而在成膜固化過程中，首先是氨或胺的揮發(fā)。當然在加熱過程中，也有可能形成胺的衍生物。也有使用氨/鋯絡合物作羧酸型高聚物的交聯(lián)劑，當樹脂里的水和氨在常溫揮發(fā)后，酸性高聚物與鋯離子可通過離子鍵進行交聯(lián)成膜，常溫下可以干燥。
離子交聯(lián)方法簡單，在其他水性系的常溫交聯(lián)中，也獲得應用。
(3)水溶性涂料除采用刷、噴、輥、浸等一般涂裝外，更重要的是用于電沉積涂裝。當然作為電沉積涂裝的涂料在制造上另有要求。在電沉積涂漆過程中，帶雙鍵的分子一部分吸收了水電解產(chǎn)生的氧，因而使干燥成膜速度加快 [1]? 。
水溶性涂料用固化劑
水溶性涂料在漆膜形成之前成膜物質(zhì)自然是溶于水的，一旦成膜后又必須不溶于水。因此，在成膜過程中必須有成分或結(jié)構(gòu)的變化，這種變化的實質(zhì)是使親水性官能團消失或大大降低其極性，兩者必具其一，這個過程稱為交聯(lián)固化。水溶性樹脂按交聯(lián)的方式可分為自交聯(lián)和外加交聯(lián)劑交聯(lián)兩類。前者只需加熱，有時需在微量催化劑存在下加熱到一定溫度，經(jīng)過一定時間，在脫水、脫氨(胺)的基礎(chǔ)上，樹脂本身的側(cè)鏈活性基團之間發(fā)生反應，形成高度交聯(lián)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。而后者樹脂本身不具備互相發(fā)生交聯(lián)反應的能力，必須添加另一種化合物來與樹脂進行交聯(lián)反應，這類物質(zhì)稱作交聯(lián)劑。交聯(lián)劑至少是兩官能團的物質(zhì)。
不同的側(cè)鏈活性基團具有不同的反應方式，要求不同的反應條件，固化后生成不同的化學結(jié)構(gòu)，因此也具有不同的反應特點。圖1是一些經(jīng)常出現(xiàn)的交聯(lián)側(cè)基及交聯(lián)劑。
圖1主要是針對水溶性丙烯酸樹脂系統(tǒng)的交聯(lián)反應列出的，但對其他的系統(tǒng)也有參考價值。從圖1可以看出，含烯丙基醚、環(huán)氧基、羥甲基或烷氧基甲基側(cè)鏈的水溶性丙烯酸樹脂都可以自交聯(lián)，而含羧、羥基或氨基側(cè)鏈的，則必須加入交聯(lián)劑才能交聯(lián)。
一般而言，常用的固化劑有水溶性三聚氰胺甲醛樹脂、代三聚氰胺甲醛樹脂、脲醛樹脂等，其中以水溶性六甲氧甲基三聚氰胺用得比較普遍。它與羧酸型水溶性樹脂混合之后，有時可以加入強酸弱堿的鹽(如對甲基磺酸銨鹽、磷酸氫氨等)，以促進其固化。但是，大多數(shù)水溶性聚合物都有潛催化作用，羧酸銨鹽受熱過程中，揮發(fā)出氨，羧基就能發(fā)揮催化作用，雖然加人強酸弱堿鹽能加速固化，但對漆液的穩(wěn)定性不利。
加入氨基樹脂改性的水溶性漆用在電沉積涂裝時，其中的氨基樹脂往往不按配比量沉積，多數(shù)情況下，沉積上的漆膜內(nèi)氨基樹脂量比配方量低。為了克服這種不按配比沉積的現(xiàn)象，可采取將氨基樹脂與水溶性樹脂(未中和)加熱縮合，使之部分交聯(lián)，然后中和，制成水溶性漆。采取這種處理方法，可改善上述現(xiàn)象。
水溶性樹脂的用途
如前所述，水溶性樹脂的親水性是來自自身含有的親水基團。這些親水基團不但聚合物具有親水性，而且使其具有許多寶貴的性能，如粘合性、成膜性、潤滑性、成膠性、螯合性、分散性、絮凝性、減磨性及增稠性等。由于具有這些性能，因而能在許多工業(yè)領(lǐng)域獲得廣泛的應用。僅就涂料而言也與上述許多性能的作用有著密切的關(guān)系?，F(xiàn)代涂料的理論及應用技術(shù)正在不斷發(fā)展，電沉積涂料也從陽極電沉積涂料及涂裝普遍地過渡到今天的陰極電沉積涂料及涂裝，并進一步向更高水平的中厚膜陰極電沉積涂料過渡，大幅度提高了汽車專用中厚膜陰極電沉積涂料的平整度和泳透率。采用控制酯鍵水解技術(shù)，研制了VOC含量低、施工性能好的汽車專用水性聚酯中涂漆，這些產(chǎn)品已達到國外同類產(chǎn)品的水平 [2]