第5章　水性環氧樹脂制備技術

5.1　水性環氧樹脂的發展簡史及現狀

水性環氧樹脂是指環氧樹脂以微粒或液滴的形式分散在以水為連續相的穩定分散體系。從歐美開發水性環氧樹脂產品開始到現在，已過去半個世紀有余，而水性環氧樹脂經過歲月的歷練和半個世紀的發展，不斷推陳出新，如今水性環氧樹脂已推出了5代。

其中第一代水性環氧樹脂體系是直接用乳化劑進行乳化，在劇烈的機械攪拌下，獲得乳液，這樣獲得的乳液粒徑較大，一般在5μm左右，由于乳液中存在著游離的乳化劑，在固化物遇水時會從涂膜中析出造成漆膜耐水性不好，而且粒徑較粗，造成成膜困難，因而制約了它的應用。

第二代水性環氧樹脂體系出現于20世紀70年代至80年代初（以Casmide360為標志），主要是采用水溶性固化劑乳化油溶性環氧樹脂，通過固化劑的水性化技術實現環氧樹脂體系的水性化，使低分子量液體環氧樹脂（通常為雙酚A型液體樹脂，也可用部分雙酚F型環氧樹脂或全部取代雙酚A型環氧樹脂）與胺類化合物反應來制備水性體系，胺類化合物同時起乳化劑和固化劑作用。但其缺點也比較明顯，主要表現在：①體系凝膠后不易發生相分離，體系中的水分難以揮發除去，導致體系固化速度慢；②體系初始黏度大，施工操作不便且期限較短；③所用的液體環氧樹脂相對分子質量較低，涂膜耐腐蝕性差；④樹脂與固化劑交聯密度大，涂膜硬度大，質脆，導致柔韌性不足和耐沖擊性較差。

第二代水性環氧樹脂體系的另一種形式是將樹脂制成水分散性乳液，以水溶性固化劑固化。不過由于兩組分親疏水差異太大，影響涂料成膜。

第三代水性環氧樹脂體系出現于20世紀80年代初期，它基于固體環氧樹脂乳液，以Air-Products公司的“AncarezAR550”雙組分水性環氧樹脂為代表。該體系最主要的特點是：①體系中環氧官能團含量相對較低，施工期限較長；②涂膜的耐水性、耐磨性和柔韌性均得到提高，涂膜干燥時間也有所減少；③固化劑不要求具有水性、乳化功能。其缺點主要表現為：①環氧樹脂需先配制成乳液，且制得乳液粒徑較大，穩定性不高；②固化反應較慢；③乳液中還存在著游離的乳化劑，造成漆膜耐水性不好；④需要添加共溶劑提高樹脂與固化劑的相容性以輔助成膜，增加體系的VOC。以上不足使其應用范圍受到很大局限。

第四代水性環氧樹脂體系出現在21世紀初期，由美國Shell企業多年研究開發成功。該體系環氧樹脂和固化劑都接上了非離子型表面活性劑，大大降低表面活性劑的用量，減少或消除了體系中游離的表面活性劑。其主要優點是增強了體系的穩定性，改善了樹脂與固化劑的匹配性，使得兩組分混合均勻后，溶度參數相近，匹配性良好，固化后得到均勻的漆膜，提高了樹脂與固化劑交聯密度，使固化物具備更加優異的耐腐蝕和耐磨損性能，從而以直接或間接使用的形式滲透到從日常生活用品到高新技術領域等國民經濟各個方面。

第五代水性環氧樹脂出現在2008年前后，采用自乳化這一新概念，即通過化學反應在環氧樹脂分子中引入親水基團，使其具有自乳化性能。通過反應，表面活性劑成為環氧樹脂中的一分子，整個反應過程，沒有破壞環氧基團。在環氧固化交聯成膜時，它參與了交聯，不會游離在漆膜中，這類水性環氧稱為自乳化環氧。它的機械性能在某些方面甚至優于溶劑型環氧^[1-4]。

我國國內研究起步于20世紀90年代后，對環氧樹脂體系的水性化研究主要集中在對環氧樹脂的改性上，通過化學或者物理改性，使親油性的環氧樹脂變成親水性的或者是環氧樹脂乳液，從而達到環氧樹脂水性化的目的。國內的廠家大多數處在生產和開發第三、四、五代水性環氧樹脂產品。

目前市面上在銷售的水性環氧樹脂主要是第四、第五代水性環氧樹脂產品，較大規模的國際廠家為：美國的HEXION、HUNTSMAN、AIRPRODUCT，比利時湛新樹脂等，國內的生產廠家為浙江安邦新材料發展有限公司、上海綠嘉、上海漢中、廣州邦和等廠家。