环氧树脂水性化改性及其固化

A. 水性环氧树脂是什么 水性环氧树脂的优点如何

目前我们的工业行业发展是很可观的，其实现在很多时候都要用到水性环氧树脂的，但是读者朋友你对于水性环氧树脂熟悉吗?其实水性环氧树脂的作用是很不错的，很多消费者都很喜欢水性环氧树脂的，你对于水性环氧树脂一定是很好奇吧，接下来，跟着小编的介绍，我们一起来认识一下吧。那么，水性环氧树脂是什么?

水性环氧树脂是什么

水性环氧树脂通常是指环氧树脂以微粒、液滴或胶体形式分散于水相中所形成的乳液、水分散体或水溶液，三者之间的区别在于环氧树脂分散相的粒径不同。

水性环氧树脂的优点

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分散介质中而配得的稳定分散体系。由于环氧树脂是线型结构的热固性树脂，所以施工前必须加入水性环氧固化剂，在室温环境下发生化学交联反应，环氧树脂固化后就改变了原来可溶可熔的性质而变成不溶不熔的空间网状结构，显示出优异的性能。水性环氧树脂涂料除了具有溶剂型环氧树脂涂料的诸多优点：

一是适应能力强，对众多底材具有极高的附着力，固化后的涂膜耐腐蚀性和耐化学药品性能优异，并且涂膜收缩小、硬度高、耐磨性好、电气绝缘性能优异等;

二是环保性能好，还具有不含有机溶剂或挥发性有机化合物含量较低，不会造成空气污染，因而满足当前环境保护的要求;

三是真正水性化，以水作为分散介质，价格低廉、无气味、不燃，储存、运输和使用过程中的安全性也大为提高;

四是操作性佳，水性环氧树脂涂料的施工操作性能好，施工工具可用水直接清洗，可在室温和潮湿的环境中固化，有合理的固化时间，并保证有很高的交联密度。这是通常的水性丙烯酸涂料和水性聚氨酯涂料所无法比拟的。水性环氧树脂以其突出的性能优势，使制备得到的水性环氧树脂涂料同样具有优异的性能，从而在水性产品大家族里地位越来越重要，专家认为水性环氧树脂在环保化的今天，前景十分开阔。

以上就是关于水性环氧树脂的详细介绍了，看了上文我们知道了水性环氧树脂还是很不错的，很多朋友都很喜欢水性环氧树脂，现在水性环氧树脂的用途是有很多的，很多时候都是要用到水性环氧树脂的，水性环氧树脂在我们的工业领域运用是比较广泛的。通过上文的详细介绍，相信大家对于水性环氧树脂都已经比较熟悉了，希望我的介绍可以帮助到读者朋友。

B. 水性环氧树脂的性能特点有哪些

水性环氧树脂涂料有以下优势：
(1)以水作为分散介质，不含有机溶剂或挥发性有机化合物含量较低，无环境污染，没有失火隐患;满足当前环境保护的要求；
(2)操作性能好，施工工具可用水直接清洗，操作安全、方便；
(3)对大多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；
(4)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。
(5)能与其它水性聚合物体系混合使用，在性能上相互弥补。
水性环氧涂料的优点是显而易见的，但也存在以下一些缺点：
(1)与有机溶剂相比，水的蒸发热高，这就要求有另外的手段来帮助水的蒸发。在低温和高湿情况下，水的蒸发更侵，使表干时间延长；
(2)水的表面张力较高，这对基材和颜填料的润湿造成因难，尤其是除油不干净的底材更难润湿，需加入基材润湿剂来提高水性环氧树脂涂料对基材的润湿性；
(3)颜填料在水性环氧涂料中的分散稳定性较溶剂型涂料差，易于聚集沉淀；
(4)水的导电率高，易使金属腐蚀，在涂膜干燥过程中发生的闪蚀问题，但用闪蚀抑制剂和活性颜料配合使用，可解决此问题
能与其它水性聚合物体系混合使用，在性能上但也存在以下一些缺点：
(1)与有机溶剂相比，水的蒸发热高，这就要求有另外的手段来帮助水的蒸发。在低温和高湿情况下，水的蒸发更侵，使表干时间延长；
(2)水的表面张力较高，这对基材和颜填料的润湿造成因难，尤其是除油不干净的底材更难润湿，需加入基材润湿剂来提高水性环氧树脂涂料对基材的润湿性；
(3)颜填料在水性环氧涂料中的分散稳定性较溶剂型涂料差，易于聚集沉淀；
(4)水的导电率高，易使金属腐蚀，在涂膜干燥过程中发生的闪蚀问题，但用闪蚀抑制剂和活性颜料配合使用，可解决此问题。

C. 环氧树脂固化剂的几种改性方法

最常用的的环氧树脂是双酚A型环氧树脂，最常用的回是E44/E51两种牌号。另外环氧答树脂有双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、双酚H型环氧树脂、酚醛环氧树脂、多官能缩水甘油醚环氧树脂、多官能缩水甘油胺环氧树脂、卤化环氧树脂等等。
常用的固化剂也有很多种：脂肪胺/改性脂肪胺固化剂，脂环胺/改性脂环胺固化剂，低分子聚酰胺固化剂、芳香胺/改性芳香胺固化剂，酚醛胺固化剂，酸酐类固化剂，咪唑类固化剂，硫醇类固化剂等等。

D. 环氧树脂固化剂及其固化机理

环氧树脂是一种无定形黏稠液体,加热呈塑性,没有明显的熔点,受热变软,逐渐熔化回而发黏答,不溶于水,本身不会硬化,因此它几乎没有单独的使用价值，只有和固化剂反应生成三维网状结构的不溶不熔聚合物才有应用价值。当加入一定量固化剂后,就逐渐固化,形成性能各异的化学物质，因此，必须加入固化剂，组成配方树脂，并且在一定条件下进行固化反应，生成立体网状结构的产物，才会显现出各种优良的性能，成为具有真正使用价值的环氧材料。工程中常用胺类固化剂:乙二胺、二乙烯多胺、多乙烯多胺等。

E. 环氧树脂

环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，除个别外，它们的相对分子质量都不高。环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。

环氧树脂的性能和特性

1、 形式多样。各种树脂、固化剂、改性剂体系几乎可以适应各种应用对形式提出的要求，其范围可以从极低的粘度到高熔点固体。

2、 固化方便。选用各种不同的固化剂，环氧树脂体系几乎可以在0～180℃温度范围内固化。

3、 粘附力强。环氧树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存在，使其对各种物质具有很高的粘附力。环氧树脂固化时的收缩性低，产生的内应力小，这也有助于提高粘附强度。

4、 收缩性低。环氧树脂和所用的固化剂的反应是通过直接加成反应或树脂分子中环氧基的开环聚合反应来进行的，没有水或其它挥发性副产物放出。它们和不饱和聚酯树脂、酚醛树脂相比，在固化过程中显示出很低的收缩性（小于2%）。

5、 力学性能。固化后的环氧树脂体系具有优良的力学性能。

6、 电性能。固化后的环氧树脂体系是一种具有高介电性能、耐表面漏电、耐电弧的优良绝缘材料。

7、 化学稳定性。通常，固化后的环氧树脂体系具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性。像固化环氧体系的其它性能一样，化学稳定性也取决于所选用的树脂和固化剂。适当地选用环氧树脂和固化剂，可以使其具有特殊的化学稳定性能。

8、 尺寸稳定性。上述的许多性能的综合，使环氧树脂体系具有突出的尺寸稳定性和耐久性。

9、 耐霉菌。固化的环氧树脂体系耐大多数霉菌，可以在苛刻的热带条件下使用。

环氧树脂及环氧树脂胶粘剂本身无毒，但由于在制备过程中添加了溶剂及其它有毒物，因此不少环氧树脂因此“有毒”，近年国内环氧树脂业正通过水性改性、避免添加等途径，保持环氧树脂“无毒”本色。目前绝大多数环氧树脂涂料为溶剂型涂料,含有大量的可挥发有机化合物(VOC),有毒、易燃,因而对环境和人体造成危害。

环氧树脂一般和添加物同时使用，以获得应用价值。添加物可按不同用途加以选择，常用添加物有以下几类：（1）固化剂；（2）改性剂；（3）填料；（4）稀释剂；（5）其它。
其中固化剂是必不可少的添加物，无论是作粘接剂、涂料、浇注料都需添加固化剂，否则环氧树脂不能固化。
由于用途性能要求各不相同，对环氧树脂及固化剂、改性剂、填料、稀释剂等添加物也有不同的要求。现将它们的选择方法简介于下：
（一）环氧树脂的选择
1、 从用途上选择
作粘接剂时最好选用中等环氧值（0.25-0.45）的树脂，如6101、634；作浇注料时最好选用高环氧值（>0.40）的树脂，如618、6101；作涂料用的一般选用低环氧值（<0.25）的树脂，如601、604、607、609等。
2、 从机械强度上选择
环氧值过高的树脂强度较大，但较脆；环氧值中等的高低温度时强度均好；环氧值低的则高温时强度差些。因为强度和交联度的大小有关，环氧值高固化后交联度也高，环氧值低固化后交联度也低，故引起强度上的差异。
3、 从操作要求上选择
不需耐高温，对强度要求不大，希望环氧树脂能快干，不易流失，可选择环氧值较低的树脂；如希望渗透性也，强度较好的，可选用环氧值较高的树脂。
（二）、固化剂的选择
1、固化剂种类：
常用环氧树脂固化剂有脂肪胺、脂环胺、芳香胺、聚酰胺、酸酐、树脂类、叔胺，另外在光引发剂的作用下紫外线或光也能使环氧树脂固化。常温或低温固化一般选用胺类固化剂，加温固化则常用酸酐、芳香类固化剂。
2、固化剂的用量
（1）胺类作交联剂时按下式计算：
胺类用量=MG/Hn
式中：
M=胺分子量
Hn=含活泼氢数目
G=环氧值（每100克环氧树脂中所含的环氧当量数）
改变的范围不多于10-20%，若用过量的胺固化时，会使树脂变脆。若用量过少则固化不完善。
（2）用酸酐类时按下式计算：
酸酐用量=MG（0.6~1）/100式中：
M=酸酐分子量
G=环氧值（0.6~1）为实验系数
3、 选择固化剂的原则：固化剂对环氧树脂的性能影响较大，一般按下列几点选择。
（1）、从性能要求上选择：有的要求耐高温，有的要求柔性好，有的要求耐腐蚀性好，则根据不同要求选用适当的固化剂。
（2）、从固化方法上选择：有的制品不能加热，则不能选用热固化的固化剂。
（3）、从适用期上选择：所谓适用期，就是指环氧树脂加入固化剂时起至不能使用时止的时间。要适用期长的，一般选用酸酐类或潜伏性固化剂。
（4）、从安全上选择：一般要求毒性小的为好，便于安全生产。
（5）、从成本上选择。
（三）、改性剂的选择
改性剂的作用是为了改善环氧树脂的鞣性、抗剪、抗弯、抗冲、提高绝缘性能等。常用改性剂有：
（1）、聚硫橡胶：可提高冲击强度和抗剥性能。
（2）、聚酰胺树脂：可改善脆性，提高粘接能力。
（3）、聚乙烯醇叔丁醛：提高抗冲击鞣性。
（4）、丁腈橡胶类：提高抗冲击鞣性。
（5）、酚醛树脂类：可改善耐温及耐腐蚀性能。
（6）、聚酯树脂：提高抗冲击鞣性。
（7）、尿醛三聚氰胺树脂：增加抗化学性能和强度。
（8）、糠醛树脂：改进静弯曲性能，提高耐酸性能。
（9）、乙烯树脂：提高抗剥性和抗冲强度。
（10）、异氰酸酯：降低潮气渗透性和增加抗水性。
（11）、硅树脂：提高耐热性。
聚硫橡胶等的用量可以在50-300%之间，需加固化剂；聚酰胺树脂、酚醛树脂用量一般为50-100%，聚酯树脂用量一般在20-30%，可以不再另外加固化剂，也可以少量加些固化剂促使反应快些。
一般说来改性剂用量越多，柔性就愈大，但树脂制品的热变形温度就相应下降。
为改善树脂的柔性，也常用增韧剂如：邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛酯。
（四）、填料的选择
填料的作用是改善制品的一些性能，并改善树脂固化时的散热条件，用了填料也可以减少环氧树脂的用量，降低成本。因用途不同可选用不同的填料。其大小最好小于100目，用量视用途而定。常用填料简介如下：
填料名称 作用
石棉纤维、玻璃纤维 增加韧性、耐冲击性
石英粉、瓷粉、铁粉、水泥、金刚砂 提高硬度
氧化铝、瓷粉 增加粘接力，增加机械强度
石棉粉、硅胶粉、高温水泥 提高耐热性
石棉粉、石英粉、石粉 降低收缩率
铝粉、铜粉、铁粉等金属粉末 增加导热、导电率
石墨粉、滑石粉、石英粉 提高抗磨性能及润滑性能
金刚砂及其它磨料 提高抗磨性能
云母粉、瓷粉、石英粉 增加绝缘性能
各种颜料、石墨 具有色彩
另外据资料报导适量（27-35%）P、AS、Sb、Bi、Ge、Sn、Pb的氧化物添加在树脂中能在高热度、压力下保持粘接性。
（五）、稀释剂的选择
其作用是降低粘度，改善树脂的渗透性。稀释剂可分惰性及活性二大类，用量一般不超过30%。常用稀释剂如下：
活性稀释剂
名称 牌号 用途 备注
二缩水甘油醚 600 ~30% 需多加计算量固化剂
多缩水甘油醚 630 同上 同上
环氧丙烷丁基醚 660 ~15% 同上
环氧丙烷苯基醚 690 同上 同上
二环氧丙烷乙基醚669 同上 同上
三环氧丙烷丙基醚662 同上 同上
惰性稀释剂
名称 用量 备注
二甲苯 ~15% 不需多加固化剂
甲苯 同上 同上
苯 同上 同上
丙酮 同上 同上
在加入固化剂之前，必须对所使用的树脂、固化剂、填料、改性剂、稀释剂等所有材料加以检查，应符合以下几点要求：
（1）、不含水份：含水的材料首先要烘干，含少量水的溶剂应尽量少用。
（2）、纯度：除水份以外的杂质含量最好在1%以下，若杂质在5-25%时虽也可使用权，但须增加配方的百分比。少量使用时用试剂级较好。
（3）、了解各材料是否失效。
在缺少验收条件的厂，使用前最好按配方做个小样试验。

环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，除个别外，它们的相对分子质量都不高。环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。

★ 环氧树脂的性能和特性

1、 形式多样。各种树脂、固化剂、改性剂体系几乎可以适应各种应用对形式提出的要求，其范围可以从极低的粘度到高熔点固体。

2、 固化方便。选用各种不同的固化剂，环氧树脂体系几乎可以在0～180℃温度范围内固化。

3、 粘附力强。环氧树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存在，使其对各种物质具有很高的粘附力。环氧树脂固化时的收缩性低，产生的内应力小，这也有助于提高粘附强度。

4、 收缩性低。环氧树脂和所用的固化剂的反应是通过直接加成反应或树脂分子中环氧基的开环聚合反应来进行的，没有水或其它挥发性副产物放出。它们和不饱和聚酯树脂、酚醛树脂相比，在固化过程中显示出很低的收缩性（小于2%）。

5、 力学性能。固化后的环氧树脂体系具有优良的力学性能。

6、 电性能。固化后的环氧树脂体系是一种具有高介电性能、耐表面漏电、耐电弧的优良绝缘材料。

7、 化学稳定性。通常，固化后的环氧树脂体系具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性。像固化环氧体系的其它性能一样，化学稳定性也取决于所选用的树脂和固化剂。适当地选用环氧树脂和固化剂，可以使其具有特殊的化学稳定性能。

8、 尺寸稳定性。上述的许多性能的综合，使环氧树脂体系具有突出的尺寸稳定性和耐久性。

9、 耐霉菌。固化的环氧树脂体系耐大多数霉菌，可以在苛刻的热带条件下使用。

★ 分类

根据分子结构，环氧树脂大体上可分为五大类：

1、 缩水甘油醚类环氧树脂

2、 缩水甘油酯类环氧树脂

3、 缩水甘油胺类环氧树脂

4、 线型脂肪族类环氧树脂

5、 脂环族类环氧树脂

复合材料工业上使用量最大的环氧树脂品种是上述第一类缩水甘油醚类环氧树脂，而其中又以二酚基丙烷型环氧树脂（简称双酚A型环氧树脂）为主。其次是缩水甘油胺类环氧树脂。

1、 缩水甘油醚类环氧树脂

缩水甘油醚类环氧树脂是由含活泼氢的酚类或醇类与环氧氯丙烷缩聚而成的。

（1）二酚基丙烷型环氧树脂 二酚基丙烷型环氧树脂是由二酚基丙烷与环氧氯丙烷缩聚而成。

工业二酚基丙烷型环氧树脂实际上是含不同聚合度的分子的混合物。其中大多数的分子是含有两个环氧基端的线型结构。少数分子可能支化，极少数分子终止的基团是氯醇基团而不是环氧基。因此环氧树脂的环氧基含量、氯含量等对树脂的固化及固化物的性能有很大的影响。 工业上作为树脂的控制指标如下：

①环氧值。环氧值是鉴别环氧树脂性质的最主要的指标，工业环氧树脂型号就是按环氧值不同来区分的。环氧值是指每100g树脂中所含环氧基的物质的量数。环氧值的倒数乘以100就称之为环氧当量。环氧当量的含义是：含有1mol环氧基的环氧树脂的克数。

②无机氯含量。树脂中的氯离子能与胺类固化剂起络合作用而影响树脂的固化，同时也影响固化树脂的电性能，因此氯含量也环氧树脂的一项重要指标。

③有机氯含量。树脂中的有机氯含量标志着分子中未起闭环反应的那部分氯醇基团的含量，它含量应尽可能地降低，否则也要影响树脂的固化及固化物的性能。

④挥发分。

⑤粘度或软化点。

（2）酚醛多环氧树脂 酚醛多环氧树脂包括有苯酚甲醛型、邻甲酚甲醛型多环氧树脂，它与二酚基丙烷型环氧树脂相比，在线型分子中含有两个以上的环氧基，因此固化后产物的交联密度大，具有优良的热稳定性、力学性能、电绝缘性、耐水性和耐腐蚀性。它们是由线型酚醛树脂与环氧氯丙烷缩聚而成的。

（3）其它多羟基酚类缩水甘油醚型环氧树脂 这类树脂中具有实用性的代表有：间苯二酚型环氧树脂、间苯二酚-甲醛型环氧树脂、四酚基乙烷型环氧树脂和三羟苯基甲烷型环氧树脂，这些多官能缩水甘油醚树脂固化后具有高的热变形温度和刚性，可单独
或者与通用E型树脂共混，供作高性能复合材料（ACM）、印刷线路板等基体材料。

（4）脂族多元醇缩水甘油醚型环氧树脂 脂族多元醇缩水甘油醚分子中含有两个或两个以上的环氧基，这类树脂绝大多数粘度很低；大多数是长链线型分子，因此富有柔韧性。

2、其它类型环氧树脂

（1）缩水甘油酯类环氧树脂 缩水甘油酯类环氧树脂和二酚基丙烷环氧化树脂比较，它具有粘度低，使用工艺性好；反应活性高；粘合力比通用环氧树脂高，固化物力学性能好；电绝缘性好；耐气候性好，并且具有良好的耐超低温性，在超低温条件下，仍具有比其它类型环氧树脂高的粘结强度。有较好的表面光泽度，透光性、耐气候性好。

（2）缩水甘油胺类环氧树脂 这类树脂的优点是多官能度、环氧当量高，交联密度大，耐热性显著提高。上前国内外已利用缩水甘油胺环氧树脂优越的粘接性和耐热性，来制造碳纤维增强的复合材料（CFRP）用于飞机二次结构材料。

（3）脂环族环氧树脂 这类环氧树脂是由脂环族烯烃的双键经环氧化而制得的，它们的分子结构和二酚基丙烷型环氧树脂及其它环氧树脂有很大差异，前者环氧基都直接连接在脂环上，而后者的环氧基都是以环氧丙基醚连接在苯核或脂肪烃上。脂环族环氧树脂的固化物具有以下特点：①较高的压缩与拉伸强度；②长期暴置在高温条件下仍能保持良好的力学性能；③耐电弧性、耐紫外光老化性能及耐气候性较好。

（4）脂肪族环氧树脂 这类环氧树脂分子结构里不仅无苯核，也无脂环结构。仅有脂肪链，环氧基与脂肪链相连。环氧化聚丁二烯树脂固化后的强度、韧性、粘接性、耐正负温度性能都良好。

F. 水性环氧树脂与普通油性环氧的区别有哪些

一、组成方式不同

1、水性环氧树脂：环氧树脂是指分子中含有两个以上环氧基团的一类聚合物的总称。它是环氧氯丙烷与双酚A或多元醇的缩聚产物。

2、普通油性环氧：水性环氧树脂可分为阴离子型树脂和阳离子型树脂，阴离子型树脂用于阳极电沉积涂料，阳离子型树脂用于阴极电沉积涂料。

二、用途不同

1、水性环氧树脂：水性环氧树脂的主要特点是防腐性能优异，除用于汽车涂装外，还用于医疗器械、电器和轻工业产品等领域。

2、普通油性环氧：环氧树脂主要用于涂料行业和电子行业。复合材料成型用环氧（主要应用于电子行业的印刷电路板）占四分之一。

三、物理性质不同

1、水性环氧树脂：在环氧树脂链上引入亲水性聚氧乙烯基团，同时保证每个改性环氧树脂分子上有两个或两个以上环氧基，所得的改性环氧树脂不用外加乳化剂即能自分散于水中形成乳液。如先用聚氧乙烯二醇、聚氧丙烯二醇和环氧树脂反应，形成端基为环氧基的加成物。

2、普通油性环氧：环氧树脂具有仲羟基和环氧基，仲羟基可以与异氰酸酯反应。环氧树脂作为多元醇直接加入聚氨酯胶黏剂含羟基的组分中，使用此方法只有羟基参加反应，环氧基未能反应。

G. 环氧树脂的固化原理

原理：环氧树脂固化剂是与环氧树脂发生化学反应，形成网状立体聚合物，把复合材料骨材包络在网状体之中。 使线型树脂变成坚韧的体型固体的添加剂。

一般认为它通过四种途径的反应而成为热固性产物。

（1）环氧基之间开环连接；

（2）环氧基与带有活性氢官能团的硬化剂反应而交联；

（3）环氧基与硬化剂中芳香的或脂肪的羟基的反应而交联；

（4）环氧基或羟基与硬化剂所带基团发生反应而交联。

(7)环氧树脂水性化改性及其固化扩展阅读：

对环氧树脂胶黏剂的分类在行业中还有以下几种分法：

1、按其主要组成 分为纯环氧树脂胶黏剂和改性环氧树脂胶黏剂；

2、按其专业用途 分为机械用环氧树脂胶黏剂、建筑用环氧树脂胶黏剂、电子环氧树脂胶黏剂、修补用环氧树脂胶黏剂以及交通用胶、船舶用胶等；

3、按其施工条件 分为常温固化型胶、低温固化型胶和其他固化型胶；

4、按其包装形态 可分为单组分型胶、双组分胶和多组分型胶等；

还有其他的分法，如无溶剂型胶、有溶剂型胶及水基型胶等。但以组分分类应用较多。

其它类型

（1）缩水甘油酯类环氧树脂 缩水甘油酯类环氧树脂和二酚基丙烷环氧化树脂比较，它具有粘度低，使用工艺性好；反应活性高；粘合力比通用环氧树脂高，固化物力学性能好；电绝缘性好；耐气候性好，并且具有良好的耐超低温性。

在超低温条件下，仍具有比其它类型环氧树脂高的粘结强度。有较好的表面光泽度，透光性、耐气候性好。

（2）缩水甘油胺类环氧树脂 国内外已利用缩水甘油胺环氧树脂优越的粘接性和耐热性，来制造碳纤维增强的复合材料（CFRP）用于飞机二次结构材料。

（3）脂环族环氧树脂 这类环氧树脂是由脂环族烯烃的双键经环氧化而制得的，前者环氧基都直接连接在脂环上，而后者的环氧基都是以环氧丙基醚连接在苯核或脂肪烃上。脂环族环氧树脂的固化物具有以下特点：

①较高的压缩与拉伸强度；

②长期暴置在高温条件下仍能保持良好的力学性能；

③耐电弧性、耐紫外光老化性能及耐气候性较好。

（4）脂肪族环氧树脂

H. 水性环氧的生产工艺，以及配方，注意事项

环氧树脂具有优良的物理、机械、电绝缘性能及对各种材料的粘接性能，广泛应用于涂料、复合材料、浇铸料、胶粘剂、模压材料和注射成型材料等领域¨ 。随着工业的发展及社会的进步，人们的环保意识逐渐增强，不含挥发性有机化合物(VOC)或少含VOC、以及不含有害空气污染物(HAP)的体系已成为新型材料的研究方向 。近年来，以水为溶剂或分散介质的水性环氧树脂越来越受到重视。水性环氧树脂通常是指以微粒或液滴形式分散在以水为连续相的分散介质中而配制的稳定分散体系。一般可分为水乳型环氧树脂胶液(环氧树脂水乳液)以及水溶性环氧树脂胶液(环氧树脂水溶液)两类，既保持了溶剂型环氧树脂的优点，还具有合理的固化时间并
有着很高的交联度和很大的粘度可调范围，操作性能好，施工工具可直接用水清洗，可与其它水性聚合物体系混合使用，以及价廉、无气味、VOC含量低、不燃，储存、运输和使用过程中安全性高等特点 。
随着生产技术的不断成熟和发展，水性环氧树脂的应用前景良好。国内外已研究和开发了很多新的品种，并将其不断地推广到各个相关领域 l。
1 水性环氧树脂的制备
水性环氧树脂制备方法主要有以下几种：
1．1 直接乳化法
直接乳化法又称机械法、直接法，通过球磨机、胶体磨、超声波振荡、高速搅拌，均质机乳化等手段将环氧树脂磨碎，在乳化剂水溶液的作用下，再通过机械搅拌将粒子分散于水中；或将环氧树脂和乳化剂混合，加热到适当的温度，在激烈的搅拌下逐渐加入水而形成乳液。可采用的乳化剂有聚氧乙烯烷芳基醚(HLB=10 9～19、5)、聚氧乙烯烷基醚(HLB=10．8～16 5)、聚氧乙烯烷基酯(HLB=9 0～16 5)等，另外也可自制活性乳化剂 】。
机械法制备水性环氧树脂乳液的优点是工艺简单，所需乳化剂的用量较少，但乳液中环氧树脂分散相微粒的尺寸较大，约50／tm左右，粒子形状不规则且粒度分布较宽，所配得的乳液稳定性差，时间一长乳液就会分层，并且乳液的成膜性能也不是很好。
1．2 相反转法
相反转原指多组分体系中的连续相在一定条件下相互转化的过程，如在油／水／乳化剂体系中，当连续相由水相向油相(或从油相向水相)转变时，在连续相转变区，体系的界面张力最低，因而分散相的尺寸最小。通过相反转法将高分子树脂乳化为乳液，其分散相的平均粒径一般为1～2 ILm。
相反转法是一种制备高分子树脂乳液较为有效的方法，几乎可将所有的高分子树脂借助于外加乳化剂的作用并通过物理乳化的方法制得相应的乳液。用相反转法制备水性环氧树脂乳液的具体过程是在高速剪切作用下先将乳化剂和环氧树脂混合均匀，随后在一定的剪切条件下缓慢地向体系中加入蒸馏水，随着加水量的增加，整个体系逐步由油包水向水包油转变，形成均匀稳定的水可稀释体系。在这一过程中，水性环氧树脂乳液的许多性质会发生突变，如体系的粘度、导电性和表面张力等，通过测定体系乳化过程中的电导率和粘度的变化就可判断相反转是否完全。该乳化过程可在室温环境下进行，对于固体环氧树脂，则需要借助于少量有机溶剂或进行加热来降低环氧树脂的本体粘度，然后再进行乳化 -8l。
有研究按一定比例将环氧树脂和表面活性剂通过加热及过硫酸钾溶液催化，制得反应型环氧树脂乳化剂溶液，大大改善了乳化剂与环氧树脂的相容性。然后将双酚A型环氧树脂的乙二醇单乙醚溶液和反应型环氧树脂乳化剂按一定比例搅拌混合均匀，滴加蒸馏水至体系的粘度突然下降，此时体系的连续相由环氧树脂溶液相转变为水相，发生了相反转，继续高速搅拌一段U?I司后加入适量蒸馏水稀释到一定的浓度，制得水性环氧树脂乳液 l。
1．3 自乳化法
自乳化法，又称化学法，或化学改性法。在环氧树脂中，环氧基的存在使其具有较好的反应活性，因为环氧环为三元环，张力大，C、0电负性的不同使该三元环具有极性，容易受到亲核试剂或亲电试剂进攻而发生开环反应；分子骨架上所悬挂的羟基虽然具有一定反应活性，但由于空间位阻，其反应程度较差 。。。因此可在环氧树脂分子骨架中引入一定量的强亲水性基团，如磺酸基、羧酸基等酸性基团；胺基等碱性基团，聚醚等非离子基团。这些亲水性基团能帮助环氧树脂在水中分散，使改性树脂具有亲水亲油的两亲性能，当这种改性聚合物加水进行乳化时，疏水性高聚物分子链就会聚集成微粒，离子基团或极性基团分布在这些微粒的表面，由于带有同种电荷而相互排斥，只要满足一定的动力学条件，就可形成稳定的水性环氧树脂乳液，从而使所得的改性环氧树脂不用外加乳化剂即可自分散于水中形成乳液。所需亲水基团的最低数量与亲水基团的极性大小，树脂的结构以及平均相对分子质量有关。树脂的相对分子质量小，相对分子质量分布宽时，其水溶性较好。因为高相对分子质量的分子在水中的扩散速度慢，且其溶液的粘度也大，增加了分子运动的阻力。而分子间的互溶效应则可使相对分子质量分布宽时的溶液的水溶性得到改善。
如用相对分子质量为4 000～20 000的双环氧端基乳化剂与环氧当量为190的双酚A环氧树脂和双酚A混合，以三苯基膦化氢为催化剂进行反应，可制得含亲水性聚氧乙烯、聚氧丙烯链段的环氧树脂，该树脂不用#F；bu-~L化剂便可溶于水，且耐水性强⋯ 。
根据反应类型的不同，可将自乳化法分为以下几类：
1．3．1 醚化反应型
由亲核试剂直接进攻环氧环上的C原子即为醚化反应型。可用的方法有：将环氧树脂和对位羟基苯甲酸甲酯反应，而后水解、中和；将环氧树脂与巯基乙酸反应，而后水解、中和；将对位氨基苯甲酸与环氧树脂反应，产物可稳定分散于合适的胺／水}昆合溶剂中[12l~
1．3．2 酯化反应型
酯化反应型与醚化反应型不同的是氢离子先将环氧环极化，酸根离子再进攻环氧环，使其开环。可行的方法有：用不饱和脂肪酸酯化环氧树脂，再将所得产物与马来酸酐反应，引入极性基；或者将不饱和脂肪酸先与马来酸酐反应，所得中间产物与环氧树脂发生酯化反应，然后中和产物上未反应的羧基。
在较激烈反应条件下，环氧树脂可以和羧酸发生酯化反应，按化学计量加入二酸，可得到含一游离羧基的环氧酯，用有机胺中和即得稳定分散体：磷酸与环氧树脂反应生成环氧磷酸酯，由于溶液有利于放热反应进行，用环氧树脂溶液反应可得最好结果，磷酸最好与水和醇一起逐步加入溶液中，反应极易制得二酯，二酯在醇作用下易解离成单磷酯，用胺中和，可得不易水解的较稳定水分散体。环氧树脂与丙烯酸树脂发生酯基转移反应，或环氧树脂与丙烯酸单体溶液反应，丙烯酸通过酯键接枝于环氧树脂上，这两种改性方法所得的水乳体系，大量用作罐头内壁涂料。目前，环氧树脂磺化水性化的报道较少，低相对分子质量的含环氧基有机物，在亚硫酸氢钠作用下可以磺化，通过这种方法有可能将低相对分子质量的环氧树脂改性，使其水性化。
酯化法的缺点是酯化产物的酯键会随U?I司增加而水解，导致体系不稳定。为避免这一缺点，可将含羧基单体通过形成碳碳键接枝于高相对分子质量的环氧树脂上 。
1．3．3 接枝型
James．T．K．Woo等人利用甲基丙烯酸单体与环氧树脂在自由基引发剂(BPO)存在的条件下进行接枝聚合，将羧基引入环氧树脂骨架中，制得水性环氧树脂。并研究发现接枝位置为环氧分子链上的脂肪0HjC原子一O—CH：一CH—CH 一O一，接枝效率低于100％ ，最后产物为未接枝的环氧树脂、接枝的环氧树脂和聚丙烯酸的混合物， 由于没有酯键，用碱中和，可得稳定的水乳液。引发剂用量至少为单体量的3％， 在自由基引发剂为单体量的3％ ～15％范围内，接枝率与引发剂用量呈线性关系，但过多的引发剂导致单体的自聚，或为链终止所消耗，接枝率不能保持原来的增加趋势；用所得产物制得的乳液粒子的粒径随制备时引发剂用量的增加而变小。最后产物中未反应的环氧树脂比原来的环氧树脂平均相对分子质量要低，这是因为高相对分子质量的环氧树脂有更
佳的接枝率，在高相对分子质量的环氧树脂中(数均
相对分子质量约为10 000)，大约有34个重复单元O H
l一(卜一CH厂CI{-_一CH厂0一， 则有34 x 5=170个氢原
子可被自由基离解而成为单体反应的起点，而如果使用的是低相对分子质量的环氧树脂，如数均相对分子质量为1 000左右， 则在环氧骨架上约有2个0H一0一CH厂Cl_卜CH厂一0一单元，那么只有1O个氢原子可作反应起点。由于这种接枝与通过酯键接枝于环氧骨架上不同，无需形成酯键，环氧官能基对其无影响，可用苯酚或苯甲酸将环氧官能基封端 。
1．3．4 开环接枝型
选羟基含量较高的环氧树脂作骨架材料，用不饱和脂肪酸进行酯化制成环氧酯，再以不饱和二元羧酸(酐)与环氧酯的脂肪酸上的双键进行自由基引发加成反应，以引进羧基。然后加碱中和，直接加水稀释即得水性环氧乳液。如可用亚麻油酸与环氧树脂制成环氧酯后，与马来酸酐进行自由基反应制备水性环氧树脂 。
这种方法制得的粒子较细，通常为纳米级，相反转法以及直接乳化法制得的粒子较大，通常为微米级。从此意义上讲，化学法虽然制备步骤多，不易操控，且成本高，但在某些方面仍具有实际意义。
1．4 固化剂乳化法
将多元胺固化剂进行扩链、接枝、成盐，使其成为具有亲环氧树脂分子结构的水分散型固化剂，同时它作为阳离子型乳化剂对环氧树脂进行乳化，两组分混合后可制成稳定的乳液。双酚A环氧树脂和过量的二乙烯三胺反应，形成胺封端的环氧树脂加成物，真空蒸馏除去多余的二乙烯三胺，再加入单环氧基化合物将氨基上的伯氢反应掉，最后加入乙酸中和，制成酸中和的环氧树脂固化剂。此固化剂可分散于水中，向其水溶液中直接加入环氧树脂或环氧树脂乳液，均可形成稳定的水乳化环氧一胺组合物，可配制水性常温固化清漆 。
2 水性环氧树脂体系的几个重要参数“
2．1 粒子大小及其分布
粒子大小及其分布对分散体系的性质及涂层的性质是非常关键的。涂层的干燥时间、涂层的透气性等参量随粒径增大而提高；涂层的光泽、耐水性、硬度、乳液与颜料的结合力、乳液的粘度及稳定性等参量随粒径增大而减小。而粒子大小及分布主要取决于制备方法、设备、乳化剂类型及用量等因素。粒子越小，膜的硬化过程越慢，膜的最终硬度越大；相反，较大粒子会加速涂层的硬化过程，但最终硬度较小。所以，若调节体系的粒子大小，使其具有一定分布，不仅可以保证膜快速硬化，又能保证膜的最终硬度。由水性化体系的固化过程可知：粒子大，其表面的固化剂浓度高，导致快速固化；然而，随着固化的进行，固化剂向微粒内部扩散的速度变慢，使粒子的内层来不及固化，导致固化不完全，降低了膜的最终硬度。相反，小粒子表面的固化剂浓度适中，固化速度慢，使固化剂有充分时间扩散到整个微粒，使之固化完全，形成均一的完全化的硬膜。
2．2 乳化剂浓度
乳化剂浓度对环氧树脂微粒化水基化体系性质的影响也是非常显著的，不仅影响粒子大小，而且也影响涂膜的性质，如膜的硬度。随着乳化剂浓度的增加，粒子平均尺寸变小，但当乳化剂浓度较大时(如15PHR)，进一步增加乳化剂浓度，平均粒子尺寸减小得不明显。此外，乳化剂含量增加，涂层的硬度显著降低。因为乳液成膜是一个由O／W变为W／0的相反转过程，过多的乳化剂分散于涂膜中，导致膜的不均匀性；同时，乳化剂分散相起着增塑作用。
但可以想象，适量的乳化剂可以作为无机填料的表面处理剂，使无机填料与树脂具有良好的相容性，从而提高涂膜性质。
2．3 其它重要参数 ¨
水性环氧树脂乳液的稳定性也是一个重要参数。无论是外加乳化剂，还是自乳化环氧树Ji~?L液，都处于热力学不稳定状态，尤其是外加乳化剂型乳液(包括外加反应性乳化剂所得的自乳化乳液)，仅有一定的贮存期。首先，环氧分子能被水解成a一二醇，它不与胺固化剂反应；其次，大多用非离子表面活性剂乳化环氧树脂，而由于非离子表面活性剂的浊点问题，一旦温度升高，聚醚和水的吸附量减少，即水化层厚度降低，液滴趋向于聚结成较大粒子，最终导致两相分离。通常环氧乳液在20℃时可贮存1年；而在40℃ ，3个月即发生相分离；6o℃时贮存，稳定期不到1个月。用固体或半固体状环氧树脂制
得的环氧乳液比用液体环氧树脂制得的乳液稳定性要好，这是因为固体环氧树脂可以制得粒径较小的乳液。对于自乳化环氧树脂乳液，温度上升，乳液也会沉淀，但一旦温度下降，经搅拌又可恢复原样，稳定性较好。确保乳液长期贮存稳定的最好方法是选择适宜的乳化剂(复合型乳化剂)，避免极端温度(如低于0℃ ，或高于40℃)。乳液液滴的粒径和分布对乳液的稳定性也极为重要，小粒径和窄分布会大大增加乳液的稳定性。
此外，乳液流变特性的研究有助于指导施工过程。比较水基体系与有机溶剂体系的粘度与固含量的关系可见：水基体系的粘度更大，尤其是在高固含量时更是如此。这是因为水基体系中微粒表层的乳化剂与水形成强相互作用，导致体系的粘弹性增加所致。

1 水性环氧树脂乳液的制备
众所周知，环氧树脂的亲水亲油平衡值(HI B)在3左右，是一种不溶于水也难于乳化的亲油性聚合物。为使其乳
化形成稳定乳液，目前国内外最常用的方法可归结为外加乳化剂法及自乳化法。
1 1 外加乳化剂法
这是一种藉外加乳化剂使环氧树脂乳化而形成水包油型(O／W)乳液的方法。其最主要的实施方法包括直接乳化
法及相反转法。
(1)直接乳化法Ⅲ 又称机械法 可用球磨机、胶体磨或均
化器等先将环氧树脂磨碎成粉末，然后加入乳化剂水溶液，继而再通过强烈机械搅拌将树脂粒子分散于水中而成。也可将环氧树脂和乳化剂混合后加热到适当温度，在施以激烈机械搅拌后逐渐加入水而形成乳液。乳化剂通常采用较多的有聚氧化乙烯烷基醚(HI B值为10．8-16．5)及聚氧化乙烯烷基酯(HLB值为9．0-16．5)。目前国内外陆续有许多新的乳化剂被开拓应用，如利用双酚A环氧树脂在路易斯酸催化下与聚乙二醇的反应产物，环氧树脂，聚乙二醇与多元胺作用的加成产物等。直接乳化法最大特点就是工艺简单，乳化剂用量也较少，但所得乳液中作为分散相的环氧树脂微粒粒径较大(约50 m)且粒径分布较宽，形状也不规则，乳液稳定性及成膜性相对较差。影响这～ 方法的因素颇多，除乳化剂的选择外，高效搅拌及分散时温度控制都是十分重要的。
(2)相反转法 这是一种有效制备高聚物水乳液的方法，包括从油包水(W／O)到水包油(O／W )的相转变过程，
在此过程中乳液的黏度、导电性及表面张力等诸多性质均会发生突变。在室温高速剪切作用下先将液态环氧树脂与乳化剂均匀混合，然后继续在一定剪切作用下缓慢地逐步向其中加入蒸馏水，增加到一定水量后，即出现整个体系逐步由油包水型向水包油型的转变，而形成均匀稳定并可由水稀释的乳液。若选用高分子质量固体环氧树脂，则需要加少量有机溶剂并加热以降低其本黏度，继而再行转换和乳化。这一方法的影响因素也较多，除必须有高效的高速剪切分散的设备外，乳化剂的类型、分子质量大小、使用浓度及操作温度等，实际上都对相反转过程、粒径控制及分散乳化效果有着直接影响。近来有人 对其相反转过程流变行为及相态发展进行了研究，在相反转点附近，体系油水相的界面张力最
小，此时产生的乳液具有最小分散相尺寸。
1．2 自乳化法
又称化学修饰法，这是利用环氧树脂活性基团的反应活
性将亲水性基团或链段引入到环氧树脂分子上而进行化学修饰改性的方法。这种具有疏水及亲水两性的环氧树脂，有着良好的表面活性，无需添加乳化剂而具有自乳化作用，自行分散于水中形成稳定乳液。亲水性基团及链段的引入主要是充分利用了环氧树脂分子中活性环氧基及活泼的次甲基上氢原子进行的。当然对高分子质量环氧树脂而言，还有仲羟基，但其反应活性相对要低得多。
(1)与环氧基的反应_8 因环氧基有较大张力及极性，很易与亲核试剂及亲电试剂作用而开环，方便地引入亲
水性基团及链段。例如选用氨基酸、氨基苯甲酸、氨基苯璜酸等小分子化合物与环氧树脂反应，则氨基使环氧基开环得到相应含羧基、磺酸基的环氧树脂，再经与氨水等碱性化合行分散于水中，也可用此产物使纯环氧
树脂进行乳化。也有用羟基苯甲酸甲酯、巯基乙酸酯等小分子化合与环氧基反应，然后再进行酯基水解和中和而引入亲水基团的。有人将丙烯酸齐聚物与环氧树脂作用，藉羧基使环氧基开环而引入含多羧基基团的环氧树脂再继而用氨水中和成盐，分散于水中形成稳定乳液。这类反应因使环氧基消失，一般需加入三聚氰胺或氮基树脂等以利固化成膜。也有人选用端环氧基聚氧化乙烯或端环氧基聚氧化丙烯乳化剂及双酚A与双酚A环氧树脂在三苯基膦化氢催化下反应．巧妙得到分别含亲水性聚氧化乙烯及聚氧化丙烯链段并含有环氧基的改性环氧树脂，不仅具有很好水分散性，且成膜后具有良好耐水性。也有以端羟基聚氧化乙烯或端羟基聚氧化丙烯代替上述双环氧乳化剂与之反应的报道。
(2)与次甲基上氢的反应 ” 有人将环氧树脂溶于溶剂，加入引发剂及亲水性单体如丙烯酸或甲基丙烯酸，加
热使引发剂分解产生初级游离基，并进攻环氧树脂次甲基使其活化而产生碳游离基成为新的活性中心，它引发单体进行聚合而使环氧树脂成为含多羧基基团亲水链的产物，用氨水中和得到了良好分散于水的稳定乳液。在游离基反应中一般对环氧基影响不大，但也有人将环氧基先用苯酚或苯甲酸或磷酸等予以保护，反应完后再予以还原。当然保护基的选择应符合易于引入，形成的中间结构能经受所处后继反应条件，并能在反应结束后不损及分子其他结构的条件下除去。
研究表明，这类接枝环氧树脂中丙烯酸链段含量对乳液稳定性影响很大。
(3)与羟基的反应 对于分子质量较大的环氧树脂中的仲羟基，虽然反应活性不及前者，但仍可以通过其反应而引入亲水基团或链段。如有人使用磷酸与其反应形成单、双或三磷酸酯环氧，用氨水中和成盐而具亲水性。也有酸酐与之反应形脂肪酸环氧，也有将不饱和脂肪酸与之反应形成不饱和脂肪酸环氧酯，再通过双键作用与顺丁烯二酸酐反应而制成水性脂肪酸环氧的报道。
1 3 改性固化剂乳化法[． ]
除上述方法外还可采用改性固化剂乳化法，它不需要先
将环氧树脂改性和乳化，而在配制使用前与改性固化剂混合乳化，这种固化剂一般由多元胺固化剂进行加成扩链、接枝、成盐而制得，非极性及具有表面活性的基团和链段的引入，不仅改善了与其环氧树脂的相容性，而且对低分子质量液体树脂有良好乳化作用，因而同时兼有乳化及交联固化功能。
如将多乙烯多胺与单环氧或多环氧化物加成使大部分伯胺氢封闭，再用双酚A环氧树脂与之加成，达适当亲水亲油平衡值后与甲醛作用使伯胺氢羟甲基化。或将过量的多烯多胺与环氧树脂加成后，用脂肪族或芳香族单环氧化合物封闭其伯胺氢，以水(或水溶性有机溶剂)稀释后，以醋酸中和部分伯胺氢。封端的作用主要在于制约伯胺基上的氢的活性。
制备中控制好HLB值可保证其良好水分散性。
2 水性环氧树脂的固化机理[18,1 9j 1 、 、
水性环氧树脂乳液在配制时根据组成及成膜后性质的
不同要求，需调节环氧与固化剂 的摩尔比，当使用分子质量较大的固体环氧时，尚需加入乙二醇醚一类的成膜助剂。颜填料则可分别添加在环氧及固化剂内，最好质量相近。由于这是一种以溶有固化剂的水为连续相，环氧树脂为分散相的多相体系，涂装后水分在适当蒸汽压条件下会逐渐挥发。有人认为随水分大部分挥发，环氧颗粒相互接触形成球体紧密堆积而聚结，而含固化剂的剩余水分则填充于其间，继而固化剂不断扩散人环氧，二者相互作用而交联固化成膜，残余水分及其他添加助剂则扩散到膜表面挥发。但随着交联固化的进行，环氧颗粒内质量增大，黏度及玻璃化转变温度升高，会大大影响固化剂向内部扩散的速度，但速度过快并不利于成膜过程的进行，透射电镜测试也显示了其相应的两相
结构，初步成膜后其固化反应实际上继续进行，到完全固化需要持续一定时间。
由水的挥发，颗粒聚结，固化剂。扩散及交联固化成膜的反应机制充分说明，水分的挥发及固化剂扩散速度是极重要的技术关键，环氧分散相的粒径愈小，固化剂与环氧的相容性愈好，少量成膜助剂的使用及合适的水蒸发的控制手段都将直接影响成膜的过程及性质。陈声锐指出 水分的蒸发分2个阶段，先是流体状态时其蒸发速率恒定，二是成膜后水分需从内部扩散到表面蒸发速率较慢，并指出固化成膜时的温度、膜厚度及环境相对湿度皆制约着水分的蒸发。
3 有待改善的问题
以水性环氧树脂为基础的水性涂料具有环境污染小，对
许多基材包括潮湿基材都有良好附着力 可与水 泥砂浆或水性聚合物配合使用，操作方便，有很好的应用前景，但实践中还是有不少问题需要予以改善。
(1)由于水的蒸汽压及蒸发潜热皆比有机溶剂高，作为
涂料涂装后水的蒸发较慢，在低温及潮湿环境下更甚，微量水分的残留常造成涂膜表干时间延长，涂膜起泡或凹陷。
(2)由于水的冰点低，作为水性涂料，其冻融稳定性较溶
剂型为差。
(3)由于水的表面张力较大，作为水性涂料大大影响了
其对基材及添加的颜填料的润湿及附着。
(4)由于水的电导率高及乳化剂存在，易使涂装金属受
到一定腐蚀。

I. 什么是水性环氧树脂

水性环氧树脂可分为阴离子型树脂和阳离子型树脂，阴离子型树脂用于阳极电沉积涂料，阳离子型树脂用于阴极电沉积涂料。水性环氧树脂的主要特点是防腐性能优异，除用于汽车涂装外，还用于医疗器械、电器和轻工业产品等领域。[1]

• 中文名

• 水性环氧树脂

• 水性化方法

• 机械法、化学改性法等

• 优点

• 适应能力强，环保性能好等

• 分类

• 乳液、水分散体或水溶液

目录

• 1环氧树脂水性化方法

• 2水性环氧树脂涂料优点

环氧树脂水性化方法

编辑

根据制备方法的不同，环氧树脂水性化有以下四种方法：机械法、化学改性法、相反转法和固化剂乳化法等。

1）机械法

机械法即直接乳化法，可用球磨机、胶体磨、均氏器等将固体环氧树脂预先磨成微米级的环氧树脂粉末，然后加入乳化剂水溶液，再通过机械搅拌将粒子分散于水中; 或将环氧树脂和乳化剂混合，加热到适当的温度，在激烈的搅拌下逐渐加入水而形成乳液。用机械法制备水性环氧树脂乳液的优点是工艺简单，所需乳化剂用量较少，但乳液中环氧树脂分散相微粒尺寸较大，粒子形状不规则且尺寸分布较宽，所配得的乳液稳定性差，粒子之间容易相互碰撞而发生凝结现象，并且该乳液的成膜性能也欠佳。当然提高搅拌分散时的温度可以促进乳化剂分子在环氧树脂微粒表面更为有效地吸附，使得环氧树脂微粒能较为稳定地分散在水相中。

2）化学改性法

化学改性法又称自乳化法，即将一些亲水性的基团引入到环氧树脂分子链上，或嵌段或接枝，使环氧树脂获得自乳化的性质， 当这种改性聚合物加水进行乳化时，疏水性高聚物分子链就会聚集成微粒，离子基团或极性基团分布在这些微粒的表面，由于带有同种电荷而相互排斥，只要满足一定的动力学条件，就可形成稳定的水性环氧树脂乳液，这是化学改性法制备水性环氧树脂的基本原理。根据引入的具有表面活性作用的亲水基团性质的不同，化学改性法制备的水性环氧树脂乳液可分为阴离子型、阳离子型和非离子型三种。

a、阴离子型

通过适当的方法在环氧树脂分子链中引入羧酸、磺酸等功能性基团，中和成盐后的环氧树脂就具备了水可分散的性质。常用的改性方法有功能性单体扩链法和自由基接枝改性法。功能性单体扩链法是利用环氧基与一些低分子扩链剂如氨基酸、氨基苯甲酸、氨基苯磺酸等化合物上的胺基反应，在环氧树脂分子链中引入羧酸、磺酸基团，中和成盐后就可分散在水相中。自由基接枝改性法是利用双酚A环氧树脂分子链中的亚甲基活性较大，在过氧化物作用下易于形成自由基，能与乙烯基单体共聚，可将丙烯酸、马来酸酐等单体接枝到环氧树脂分子链中，再中和成盐后就可制得能自乳化的环氧树脂。

b、阳离子型

含胺基的化合物与环氧树脂反应生成含叔胺或季胺碱的环氧树脂，再加入挥发性有机一元弱酸如醋酸中和得到阳离子型的水性环氧树脂。这类改性后的环氧树脂在实际中应用较少，这是因为水性环氧固化剂通常是含有胺基的碱性化合物，两个组分混合后，体系容易出现破乳和分层现象而影响该体系的使用性能。

c、非离子型

一般多在环氧树脂链上引入亲水性聚氧乙烯基团，同时保证每个改性环氧树脂分子中有两个或两个以上环氧基，所得的改性环氧树脂不用外加乳化剂即能自分散于水中形成乳液。如用分子量为4000～20000的双环氧端基乳化剂与环氧当量为190的双酚A环氧树脂和双酚A混合，以三苯基膦化氢为催化剂进行反应，可制得含亲水性聚氧乙烯、聚氧丙烯链端的环氧树脂，该树脂不用外加乳化剂便可溶于水，且耐水性增强。另外，这种方法制得的粒子较细，通常为纳米级，前面两种方法制得的粒子较大，通常为微米级。从此意义上讲，化学法虽然制备步骤多，成本高，但在某些方面具有实际意义。

在环氧树脂链上引入亲水性聚氧乙烯基团，同时保证每个改性环氧树脂分子上有两个或两个以上环氧基，所得的改性环氧树脂不用外加乳化剂即能自分散于水中形成乳液。如先用聚氧乙烯二醇、聚氧丙烯二醇和环氧树脂反应，形成端基为环氧基的加成物，利用此加成物和环氧当量为190的双酚A环氧树脂和双酚A混合，以三苯基磷为催化剂进行反应，可得到含有亲水性聚氧乙烯、聚氧丙烯链段的环氧树脂。这种环氧树脂不用外加乳化剂即可溶于水中，且由于亲水链段包含在环氧树脂分子中，因而增强了涂膜的耐水性。并且在引入聚氧化乙烯、氧化丙烯链段后，交联固化的网链分子量有所提高，交联密度下降，形成的涂膜有一定的增韧作用。

3) 相反转法

相反转是一种制备高分子量环氧树脂乳液较为有效的方法，II型水性环氧树脂涂料体系所用的乳液通常采用相反转方法制备。相反转原指多组分体系（如油/水/乳化剂）中的连续相在一定条件下相互转化的过程，如在油/水/乳化剂体系中，其连续相由水相向油相（或从油相向水相）的转变，在连续相转变区，体系的界面张力最低，因而分散相的尺寸最小。通常的制备方法是在高剪切力条件下先将乳化剂与环氧树脂均匀混合，随后在一定的剪切条件下缓慢地向体系中加入水，随着加水量的增加，整个体系逐步由油包水型转变为水包油型，形成均匀稳定的水可稀释体系。乳化过程通常在常温下进行，对于固态环氧树脂，往往需要借助于少量溶剂和加热使环氧树脂粘度降低后再进行乳化。

4)固化剂乳化法

水性环氧树脂体系通常采用固化剂乳化法来制备水性环氧树脂乳液。这类体系中的环氧树脂一般预先不乳化，而由水性环氧固化剂在使用前混合乳化，因而这类固化剂必须既是交联剂又是乳化剂。水性环氧固化剂是以多胺为基础，对多胺固化剂进行加成、接枝、扩链和封端，在其分子中引入具有表面活性作用的非离子型表面活性链段，对低分子量的液体环氧树脂具有良好的乳化作用。用固化剂乳化法制备水性环氧树脂体系的优势是在使用前由固化剂直接乳化环氧树脂，不需考虑环氧树脂乳液的储存稳定性和冻融稳定性；缺点是配得的乳液适用期短。

目前，水性环氧的发展迎来春天！大家一起努力！共谱水性环氧新乐章！

水性环氧树脂涂料优点

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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分散介质中而配得的稳定分散体系。由于环氧树脂是线型结构的热固性树脂，所以施工前必须加入水性环氧固化剂，在室温环境下发生化学交联反应，环氧树脂固化后就改变了原来可溶可熔的性质而变成不溶不熔的空间网状结构，显示出优异的性能。水性环氧树脂涂料除了具有溶剂型环氧树脂涂料的诸多优点：

一是适应能力强，对众多底材具有极高的附着力，固化后的涂膜耐腐蚀性和耐化学药品性能优异，并且涂膜收缩小、硬度高、耐磨性好、电气绝缘性能优异等；

二是环保性能好，还具有不含有机溶剂或挥发性有机化合物含量较低，不会造成空气污染，因而满足当前环境保护的要求；

三是真正水性化，以水作为分散介质，价格低廉、无气味、不燃，储存、运输和使用过程中的安全性也大为提高；

四是操作性佳，水性环氧树脂涂料的施工操作性能好，施工工具可用水直接清洗，可在室温和潮湿的环境中固化，有合理的固化时间，并保证有很高的交联密度。这是通常的水性丙烯酸涂料和水性聚氨酯涂料所无法比拟的。水性环氧树脂以其突出的性能优势，使制备得到的水性环氧树脂涂料同样具有优异的性能，从而在水性产品大家族里地位越来越重要，专家认为水性环氧树脂在环保化的今天，前景十分开阔。[2]

J. 什么叫水性环氧树脂非离子固化剂

水性环氧固化剂K系列产品是一种非离子型的水溶性改性环氧多胺加成物固化剂内。该固化剂完全以水为容稀释剂，不含醇醚类溶剂或助溶剂，不含醋酸类中和剂。既能乳化普通低分子量的液体环氧树脂，又能与高分子量的环氧树脂乳液配合使用。通过配方设计，可制成品质优异的水性环氧涂料，满足日益增长的对环保型涂料的要求。