水溶性涂料的成膜固化機(jī)理與一般溶劑型涂料相同，但其成膜過(guò)程卻另有特點(diǎn)：

(1)水溶性樹(shù)脂由于需水溶，其分子量都不會(huì)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(guò)程中，通過(guò)樹(shù)脂系統(tǒng)中的活性基團(tuán)或外加交聯(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)，從而提供優(yōu)良的漆膜性能。當(dāng)然也有些白干型的水溶性涂料，例如水性自干型醇酸樹(shù)脂漆，美國(guó)SpencerKellag公司生產(chǎn)的Kelsol 3902、Kelsol 3907短油度醇酸樹(shù)脂，Kelsol 3922長(zhǎng)油度醇酸樹(shù)脂，Kelsol 3931亞麻油聚合物醇酸樹(shù)脂，Kelsol 3960、Kelsol 3961中油度醇酸樹(shù)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(guò)氧化交聯(lián)成膜固化的。

(2)為了增加水溶性樹(shù)脂的水溶性，多半水溶性樹(shù)脂都是以羧酸鹽或胺鹽的形式存在。因而在成膜固化過(guò)程中，首先是氨或胺的揮發(fā)。當(dāng)然在加熱過(guò)程中，也有可能形成胺的衍生物。也有使用氨/鋯絡(luò)合物作羧酸型高聚物的交聯(lián)劑，當(dāng)樹(shù)脂里的水和氨在常溫?fù)]發(fā)后，酸性高聚物與鋯離子可通過(guò)離子鍵進(jìn)行交聯(lián)成膜，常溫下可以干燥。

離子交聯(lián)方法簡(jiǎn)單，在其他水性系的常溫交聯(lián)中，也獲得應(yīng)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(dāng)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(guò)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(guò)程中必須有成分或結(jié)構(gòu)的變化，這種變化的實(shí)質(zhì)是使親水性官能團(tuán)消失或大大降低其極性，兩者必具其一，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為交聯(lián)固化。水溶性樹(shù)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(lèi)。前者只需加熱，有時(shí)需在微量催化劑存在下加熱到一定溫度，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，在脫水、脫氨(胺)的基礎(chǔ)上，樹(shù)脂本身的側(cè)鏈活性基團(tuán)之間發(fā)生反應(yīng)，形成高度交聯(lián)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。而后者樹(shù)脂本身不具備互相發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的能力，必須添加另一種化合物來(lái)與樹(shù)脂進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，這類(lèi)物質(zhì)稱(chēng)作交聯(lián)劑。交聯(lián)劑至少是兩官能團(tuán)的物質(zhì)。

不同的側(cè)鏈活性基團(tuán)具有不同的反應(yīng)方式，要求不同的反應(yīng)條件，固化后生成不同的化學(xué)結(jié)構(gòu)，因此也具有不同的反應(yīng)特點(diǎn)。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(duì)水溶性丙烯酸樹(shù)脂系統(tǒng)的交聯(lián)反應(yīng)列出的，但對(duì)其他的系統(tǒng)也有參考價(jià)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(shù)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(shù)脂、苯代三聚氰胺甲醛樹(shù)脂、脲醛樹(shù)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(shù)脂混合之后，有時(shí)可以加入強(qiáng)酸弱堿的鹽(如對(duì)甲基苯磺酸銨鹽、磷酸氫氨等)，以促進(jìn)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(guò)程中，揮發(fā)出氨，羧基就能發(fā)揮催化作用，雖然加人強(qiáng)酸弱堿鹽能加速固化，但對(duì)漆液的穩(wěn)定性不利。

加入氨基樹(shù)脂改性的水溶性漆用在電沉積涂裝時(shí)，其中的氨基樹(shù)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(shù)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(shù)脂與水溶性樹(shù)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。

如前所述，水溶性樹(shù)脂的親水性是來(lái)自自身含有的親水基團(tuán)。這些親水基團(tuán)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(rùn)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(yīng)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。現(xiàn)代涂料的理論及應(yīng)用技術(shù)正在不斷發(fā)展，電沉積涂料也從陽(yáng)極電沉積涂料及涂裝普遍地過(guò)渡到今天的陰極電沉積涂料及涂裝，并進(jìn)一步向更高水平的中厚膜陰極電沉積涂料過(guò)渡，大幅度提高了汽車(chē)專(zhuān)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(chē)專(zhuān)用水性聚酯中涂漆，這些產(chǎn)品已達(dá)到國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的水平 ^[2]