第5章　水性环氧树脂制备技术

5.1　水性环氧树脂的发展简史及现状

水性环氧树脂是指环氧树脂以微粒或液滴的形式分散在以水为连续相的稳定分散体系。从欧美开发水性环氧树脂产品开始到现在，已过去半个世纪有余，而水性环氧树脂经过岁月的历练和半个世纪的发展，不断推陈出新，如今水性环氧树脂已推出了5代。

其中第一代水性环氧树脂体系是直接用乳化剂进行乳化，在剧烈的机械搅拌下，获得乳液，这样获得的乳液粒径较大，一般在5μm左右，由于乳液中存在着游离的乳化剂，在固化物遇水时会从涂膜中析出造成漆膜耐水性不好，而且粒径较粗，造成成膜困难，因而制约了它的应用。

第二代水性环氧树脂体系出现于20世纪70年代至80年代初（以Casmide360为标志），主要是采用水溶性固化剂乳化油溶性环氧树脂，通过固化剂的水性化技术实现环氧树脂体系的水性化，使低分子量液体环氧树脂（通常为双酚A型液体树脂，也可用部分双酚F型环氧树脂或全部取代双酚A型环氧树脂）与胺类化合物反应来制备水性体系，胺类化合物同时起乳化剂和固化剂作用。但其缺点也比较明显，主要表现在：①体系凝胶后不易发生相分离，体系中的水分难以挥发除去，导致体系固化速度慢；②体系初始黏度大，施工操作不便且期限较短；③所用的液体环氧树脂相对分子质量较低，涂膜耐腐蚀性差；④树脂与固化剂交联密度大，涂膜硬度大，质脆，导致柔韧性不足和耐冲击性较差。

第二代水性环氧树脂体系的另一种形式是将树脂制成水分散性乳液，以水溶性固化剂固化。不过由于两组分亲疏水差异太大，影响涂料成膜。

第三代水性环氧树脂体系出现于20世纪80年代初期，它基于固体环氧树脂乳液，以Air-Products公司的“AncarezAR550”双组分水性环氧树脂为代表。该体系最主要的特点是：①体系中环氧官能团含量相对较低，施工期限较长；②涂膜的耐水性、耐磨性和柔韧性均得到提高，涂膜干燥时间也有所减少；③固化剂不要求具有水性、乳化功能。其缺点主要表现为：①环氧树脂需先配制成乳液，且制得乳液粒径较大，稳定性不高；②固化反应较慢；③乳液中还存在着游离的乳化剂，造成漆膜耐水性不好；④需要添加共溶剂提高树脂与固化剂的相容性以辅助成膜，增加体系的VOC。以上不足使其应用范围受到很大局限。

第四代水性环氧树脂体系出现在21世纪初期，由美国Shell企业多年研究开发成功。该体系环氧树脂和固化剂都接上了非离子型表面活性剂，大大降低表面活性剂的用量，减少或消除了体系中游离的表面活性剂。其主要优点是增强了体系的稳定性，改善了树脂与固化剂的匹配性，使得两组分混合均匀后，溶度参数相近，匹配性良好，固化后得到均匀的漆膜，提高了树脂与固化剂交联密度，使固化物具备更加优异的耐腐蚀和耐磨损性能，从而以直接或间接使用的形式渗透到从日常生活用品到高新技术领域等国民经济各个方面。

第五代水性环氧树脂出现在2008年前后，采用自乳化这一新概念，即通过化学反应在环氧树脂分子中引入亲水基团，使其具有自乳化性能。通过反应，表面活性剂成为环氧树脂中的一分子，整个反应过程，没有破坏环氧基团。在环氧固化交联成膜时，它参与了交联，不会游离在漆膜中，这类水性环氧称为自乳化环氧。它的机械性能在某些方面甚至优于溶剂型环氧^[1-4]。

我国国内研究起步于20世纪90年代后，对环氧树脂体系的水性化研究主要集中在对环氧树脂的改性上，通过化学或者物理改性，使亲油性的环氧树脂变成亲水性的或者是环氧树脂乳液，从而达到环氧树脂水性化的目的。国内的厂家大多数处在生产和开发第三、四、五代水性环氧树脂产品。

目前市面上在销售的水性环氧树脂主要是第四、第五代水性环氧树脂产品，较大规模的国际厂家为：美国的HEXION、HUNTSMAN、AIRPRODUCT，比利时湛新树脂等，国内的生产厂家为浙江安邦新材料发展有限公司、上海绿嘉、上海汉中、广州邦和等厂家。