水性环氧树脂

摘  要：本文简要地介绍了水性环氧树脂的原理和特点，系统地介绍了当前国内外水性环氧树脂的制备方法和研究现状,，并对其研究前景进行了展望，指出了今后研究的方向。　

关键词：水性；环氧树脂；研究

Progress in research on waterborne epoxy resin

Abstract: This paper firstly introduced the mechanism and characteristic of waterborne epoxy resin, thenmainly introduced the p resent p reparation methods and investigation status at home and abroad,And its research prospect, points out the future direction of the research.

Key words: :water - borne ;epoxy；research 

0 　前言

环氧树脂分子结构中含有独特的环氧基、羟基、醚键等活性基团和极性基团，使其固化物具有附着力高、电绝缘性好、耐化学品腐蚀等特点，广泛应用于金属防腐蚀涂料、建筑工程中的防水堵漏材料、灌缝材料、胶粘剂等工业领域。常用的环氧树脂难溶于水，易溶于有机溶剂，而有机溶剂往往价格较高，且具有挥发性，容易对环境造成污染。

与溶剂型涂料相比，水性环氧涂料的VOC 含量低、气味较小、使用安全、并可用水清洗[1] ,同时它还兼有溶剂型环氧涂料良好的耐化学品性、附着性、机械物理性、电器绝缘性以及低污染、施工简便、价格便宜等优点[2 ] 。因此以水为分散介质或溶剂的水性环氧树脂不仅是环境友好型材料，而且符合可持续发展战略。

随着世界各国对环境保护的日益重视，开发不含有挥发性有机化合物，制备出环保型的水性环氧树脂涂料已经成为涂料工业新的发展趋势[ 3， 4]

1　 水性环氧树脂的原理和特点

    水性环氧树脂,是指环氧树脂以微粒、液滴或胶体的形式，分散在以水为连续相的介质中，配制成稳定的分散体系[ 5 ] 。由于环氧树脂本身不溶于水，其水性化实际上是在环氧树脂的分子链中引入亲水性的分子链段，或者加入亲水性组分，使环氧树脂能够在水中溶解

或分散的过程。与有机溶剂型环氧树脂相比，使用水性环氧树脂配制的水性环氧涂料具有许多优点[ 6，7 ] ：

    ⑴以水作为分散介质，不含有机溶剂，或挥发性有机化合物的含量较低，无环境污染；

    ⑵操作性能好,施工工具可以用水直接清洗，操作安全、方便；

    ⑶对大多数基材具有良好的附着力，并可以与水泥或水泥砂浆配合使用；

    ⑷可在室温和潮湿的环境中固化，有合理的固化时间，并保证有较高的交联密度。

 与此同时,水性环氧涂料也存在部分缺点[ 8 ] ：

    ⑴与有机溶剂相比，水的蒸发热高，在低温和高湿的情况下，水的蒸发更慢，使表干时间延长；

⑵水的表面张力较高，对基材的润湿性较差，尤其是除油不干净的底材更难润湿；

⑶水的导电率高，在涂膜干燥过程中易使金属腐蚀；

⑷水的冰点比大多数有机溶剂高，因此，水性涂料的冻融稳定性较差。

2　水性环氧树脂的主要制备方法

2. 1　直接乳化法

    直接乳化法又称机械法。是指环氧树脂在球磨机中磨碎后，加入乳化剂的水溶液，通过机械搅拌将粒子均匀分散在水中；也可以将环氧树脂和乳化剂直接混合，加热到适当的温度后进行机械搅拌，搅拌过程中逐渐加水，形成乳液。美国专利中也有采用聚乙二酸和双酚A型环氧树脂，在路易斯酸的催化作用下，制得水性环氧树脂的方法[ 9 ] 。直接乳化法的特点是成本低廉、制备工艺简单。不足之处是制备的水性环氧树脂分散体系稳定性较差，且分散相颗粒的尺寸较大( > 10μm) 。

2. 2　相反转法

   相反转法是通过改变水相的体积,将聚合物从油包水状态转变成水包油状态，是一种有效的制备高分子水基化体系的方法[ 10，11 ] 。相反转法的优点是，能将大部分的高分子树脂，过物理乳化的方法制成相应的水基化体系，极大的拓宽了其制备范围。

2. 3　化学改性法

    化学改性法又称自乳化法。它是通过化学反应，将极性基团引入环氧树脂分子骨架上，使其具有亲水亲油两亲性质，从而具有类似于表面活性剂的作用。化学改性法的特点是制得的乳液稳定，粒子尺寸小，多为纳米级，但其制备过程复杂，难以控制，且成本较高。

2. 4　固化剂乳化法

     剂乳化法是将多元胺固化剂扩链、接枝、成盐，使其成为水分散型固化剂。这种固化剂具有亲环氧树脂的分子结构，可以作为阳离子型乳化剂对环氧树脂进行乳化，得到稳定的乳液[ 12 ] 。

3　水性环氧树脂体系的研究现状

    传统的环氧树脂含有有机挥发物(VOC) ，不仅对环境造成严重污染，对人类的健康也危害极大，因此，开发具有环保功能的水性环氧树脂成为各国的研究热点。第一代水性环氧树( 1975 - 1977)直接用乳化剂进行乳化，主要以聚乙烯醇为乳化剂，同时开始探究使用多酰多胺与环氧化合物的加成物、聚乙氧撑醚等作为乳化剂。第二代水性环氧树脂体系(1982 - 1984)采用水溶性固化剂，乳化油溶性环氧树脂。安邦公司开发了第三代水分散型自乳化环氧树脂体系。自乳化的方法是将环氧树脂与带有表面活性基团的化合物反应，生成带有表面活性的环氧树脂。

4  结束语

    目前国内外对环氧树脂的水性化研究已趋于成熟，尤其是对反应型乳化剂和接枝反应型的研究进展令人欣喜。寻找新型的固化剂或采用光固化技术，改善交联度，改变涂层的硬度或柔韧性，缩短固化时间，提高涂层的光泽度、物理力学性能，防止闪锈，将是今后研究的主要内容。

参　考　文　献

[ 1 ] 　马洪芳,赵文俊,于泉德. 环氧树脂水性化技术的研究[ J ].山东化工, 2002, 31 (4) : 10 - 11.

[ 2 ] 　施雪珍,陈铤,顾国芳. 水性环氧树脂乳液的研制[ J ]. 功能高分子学报, 2002, (9) : 306 - 310.

[ 3 ] 　童身毅,王虎彪. 室温固化水性环氧涂料新进展. 中国涂料,2001 , (2) :39

[ 4 ] 　Hideaki Kawahara , Tokio Goto , Kiyoshi Ohnishi , et al.Preparation of epoxy resin/ acrylic composite latexes byminiemulsion polymerization method. J Appl Polym Sci ,2001 ,81 (1) :128

[ 5] 　施雪珍,陈铤. 相反转法制备水性环氧乳液[ J ]. 涂料工业,2002, 7: 18 - 20.

[ 6] 　Mario Del Grosso Destreria, JoèrgVogelsang et al. Water up - take evaluation of new waterborne and high solid epoxy coatings. Part I:measurements bymeans of gravimetrical methods[ J ]. Progress in Organic Coatings, 1999, 37: 57 - 67.

[ 7 ] 　Mario Del Grosso Destreria, Joèrg Vogelsang et al . Water up -take evaluation of new waterborne and high solid epoxy coatings.Part II: electrochemical impedance spectroscopy[ J ]. Progress in Organic Coatings, 1999, 37: 69 - 81.

[ 8 ] 　朱方,赵宝华,等. 环氧树脂水性化体系研究进展[ J ]. 高分子通报, 2006, (1) : 53 - 57.

[ 9 ] 　美国专利(42461481) .

[ 10 ] 　Shunji kojima, YoshikiWatanabe. Poly. Eng. Sci. , 1993, 33:253.

[ 11 ] 　YANG Zhen2Zhong, Xu Yuan2Ze, etal. Chinese J Polym.Sci. , 1997, 15 (1) : 92.

[ 12 ] 　张黎,舒武炳. 水性环氧树脂体系的研究进展[ J ]. 涂料工业,2002, (8) : 28 - 30.