第5章　水性環(huán)氧樹脂制備技術(shù)

5.1　水性環(huán)氧樹脂的發(fā)展簡史及現(xiàn)狀

水性環(huán)氧樹脂是指環(huán)氧樹脂以微粒或液滴的形式分散在以水為連續(xù)相的穩(wěn)定分散體系。從歐美開發(fā)水性環(huán)氧樹脂產(chǎn)品開始到現(xiàn)在，已過去半個(gè)世紀(jì)有余，而水性環(huán)氧樹脂經(jīng)過歲月的歷練和半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，不斷推陳出新，如今水性環(huán)氧樹脂已推出了5代。

其中第一代水性環(huán)氧樹脂體系是直接用乳化劑進(jìn)行乳化，在劇烈的機(jī)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(shí)會(huì)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(yīng)用。

第二代水性環(huán)氧樹脂體系出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代至80年代初（以Casmide360為標(biāo)志），主要是采用水溶性固化劑乳化油溶性環(huán)氧樹脂，通過固化劑的水性化技術(shù)實(shí)現(xiàn)環(huán)氧樹脂體系的水性化，使低分子量液體環(huán)氧樹脂（通常為雙酚A型液體樹脂，也可用部分雙酚F型環(huán)氧樹脂或全部取代雙酚A型環(huán)氧樹脂）與胺類化合物反應(yīng)來制備水性體系，胺類化合物同時(shí)起乳化劑和固化劑作用。但其缺點(diǎn)也比較明顯，主要表現(xiàn)在：①體系凝膠后不易發(fā)生相分離，體系中的水分難以揮發(fā)除去，導(dǎo)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(huán)氧樹脂相對(duì)分子質(zhì)量較低，涂膜耐腐蝕性差；④樹脂與固化劑交聯(lián)密度大，涂膜硬度大，質(zhì)脆，導(dǎo)致柔韌性不足和耐沖擊性較差。

第二代水性環(huán)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(huán)氧樹脂體系出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代初期，它基于固體環(huán)氧樹脂乳液，以Air-Products公司的“AncarezAR550”雙組分水性環(huán)氧樹脂為代表。該體系最主要的特點(diǎn)是：①體系中環(huán)氧官能團(tuán)含量相對(duì)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(shí)間也有所減少；③固化劑不要求具有水性、乳化功能。其缺點(diǎn)主要表現(xiàn)為：①環(huán)氧樹脂需先配制成乳液，且制得乳液粒徑較大，穩(wěn)定性不高；②固化反應(yīng)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(yīng)用范圍受到很大局限。

第四代水性環(huán)氧樹脂體系出現(xiàn)在21世紀(jì)初期，由美國Shell企業(yè)多年研究開發(fā)成功。該體系環(huán)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(yōu)點(diǎn)是增強(qiáng)了體系的穩(wěn)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(shù)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(lián)密度，使固化物具備更加優(yōu)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(shù)領(lǐng)域等國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)方面。

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

我國國內(nèi)研究起步于20世紀(jì)90年代后，對(duì)環(huán)氧樹脂體系的水性化研究主要集中在對(duì)環(huán)氧樹脂的改性上，通過化學(xué)或者物理改性，使親油性的環(huán)氧樹脂變成親水性的或者是環(huán)氧樹脂乳液，從而達(dá)到環(huán)氧樹脂水性化的目的。國內(nèi)的廠家大多數(shù)處在生產(chǎn)和開發(fā)第三、四、五代水性環(huán)氧樹脂產(chǎn)品。

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