隨著科學和技術的發展以及人們新的理念和法規意識,對環保提出了愈來愈高的要求。灌漿材料向高固體分和水性化方向發展已成為灌漿界的共識。其中環氧樹脂灌漿材料是處理混凝土裂縫和基礎防滲補強用得較多的灌漿材料之一, 眾所周知,與溶劑型環氧灌漿材料相比,水性環氧灌漿材料具有諸多優點,如低的揮發、較小的氣昧、使用安全、可用水清洗等。符合環保要求，環氧樹脂灌漿材料的水性化將有很大的發展前景，值得進行研究和應用。

1、環氧樹脂灌漿材料的水性化配方指導思想

環氧樹脂灌漿材料水性化是指將環氧樹脂以及稀釋體系以微粒、液滴或膠體形式分散在水中而配得穩定的分散體系。因此在配方設計中必須考慮如下幾點：

（1）所用環氧樹脂以及稀釋體系是水性的或水乳性的；

（2）固化劑是水性的或自乳化性的；

（3）可室溫或低溫固化；

（4）具有良好的可灌性

（5）力學性能滿足工程要求。

2、水性環氧樹脂灌漿材料的研究途徑

根據所用環氧樹脂物理狀態的不同可將水性環氧樹脂灌漿材料分成以下兩類 （可以往如下幾個方面進行研究）。

2.1 水性（或自乳化）環氧固化劑型環氧樹脂灌漿材料體系

該體系由低分子液體環氧樹脂及其稀釋劑、水性（或自乳化）環氧固化劑和水組成。低分子液體環氧樹脂通常為雙酚Ａ型液體樹脂，并采用各種活性稀釋劑來調節環氧樹脂的粘度和固化后涂膜的交聯密度。這類體系中的環氧樹脂一般預先不乳化，而由水性（或自乳化）環氧固化劑在使用前混合乳化，因而這類固化劑必須既是交聯劑又是乳化劑。水性（或自乳化）環氧固化劑合成時是以多胺為基礎，通過在其分子中引入具有表面活性作用的分子鏈段，使其成為兩親性分子，能夠很好地分散或溶解在水中，從而對低分子量的液體環氧樹脂具有良好的乳化作用。

該體系通常為零VOC體系。體系采用固化劑來乳化液體環氧樹脂，使用時可加水來調整粘度。

2.2 乳化環氧型環氧樹脂灌漿材料體系

該體系由低分子液體環氧樹脂乳液、環氧固化劑和水組成。制備環氧樹脂乳液必須要求特殊的高速分散設備，并且在加熱和添加少量溶劑的條件下才能制得粒徑較小、粒子分布較窄的乳液。同時要得到穩定的環氧樹脂乳液，需加入乳化劑，由于環氧樹脂已預先配成乳液，不需要固化劑再對環氧樹脂進行乳化，因而固化劑只需具有交聯劑的功能，但固化劑必須要與環氧樹脂乳液形成均勻的體系。該體系的粘度可以用水來調整。

2.3水性環氧型環氧樹脂灌漿材料體系

該體系由水性環氧樹脂、環氧交聯劑和水組成。環氧樹脂水性化就是在環氧樹脂的分子上引入各種強親水性基團，使之具有水溶性或自乳化功能。在引入這種鏈段后，交聯形成的網鏈分子量有所提高，交聯密度下降，并且親水鏈段多為含醚鍵的碳鏈，所以對固化后涂膜有一定的增韌作用。該體系的粘度也可以用水來調整。

3、環氧樹脂水性化的制備方法

大多數環氧樹脂都不溶于水，只溶于芳香烴及酮類等有機溶劑。有機溶劑易燃、易爆、有毒、污染環境等缺點給儲運和施工帶來諸多不便。隨著環保意識的增強，以水為溶劑或分散介質的水性環氧樹脂不僅是一種環保型材料，而且可在潮濕的或新澆注的水泥混凝土表面施工，有很好的附著力，可封閉混凝土毛細管水汽，可防止泛堿現象。可增加混凝土的柔性，提高抗折強度和抗滲性。對施工環境要求不高，清洗方便，儲運和使用安全，因而成為環氧樹脂應用的發展方向之一。

水性環氧樹脂可分為水乳型環氧樹脂膠液（環氧樹脂水乳液）和水溶型環氧樹脂膠液（環氧樹脂水溶液）兩類。其制備方法有三種，即非水溶性環氧樹脂借助于強烈的機械分散和乳化劑作用形成穩定的水乳液；對環氧樹脂改性，使它具有水溶性或水可分散性；合成水溶性環氧樹脂。

3.1水乳型環氧的制備

水乳型環氧樹脂是以水為溶劑，將現有的雙酚A型環氧樹脂和該性環氧樹脂，使用適當的表面活性劑，借助于超聲波振蕩、高速攪拌或均質機乳化等手段可使環氧樹脂以微粒狀態分散在水中，形成穩定的水乳液。表面活性劑是配制環氧樹脂水乳液的關鍵組分。主要有陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑、聚合物表面活性劑。用機械法制備水性環氧樹脂乳液的優點是工藝簡單，所需乳化劑用量較少，但乳液中環氧樹脂分散相微粒尺寸較大，粒子形狀不規則且尺寸分布較寬，所配得的乳液穩定性差，粒子之間容易相互碰撞而發生凝結現象。當然提高攪拌分散時的溫度可以促進乳化劑分子在環氧樹脂微粒表面更為有效地吸附，使得環氧樹脂微粒能較為穩定地分散在水相中。

3.2水性化改性環氧樹脂

通過適當的方法在環氧樹脂分子鏈中引入羧酸、磺酸等功能性基團，中和成鹽后的環氧樹脂就具備了水可分散的性質。常用的改性方法有功能性單體擴鏈法和自由基接枝改性法。功能性單體擴鏈法是利用環氧基與一些低分子擴鏈劑如氨基酸、氨基苯甲酸、氨基苯磺酸等化合物上的胺基反應，在環氧樹脂分子鏈中引入羧酸、磺酸基團，中和成鹽后就可分散在水相中。自由基接枝改性法是利用雙酚A環氧樹脂分子鏈中的亞甲基活性較大，在過氧化物作用下易于形成自由基，能與乙烯基單體共聚，可將丙烯酸、馬來酸酐等單體接枝到環氧樹脂分子鏈中，再中和成鹽后就可制得能自乳化的環氧樹脂。

    　3.3水溶性環氧樹脂

    　要使環氧樹脂具有水溶性，必須在其分子中含有足夠的羥基、羧基、氨基、酰氨基、醚基等強親水性基團。所需親水基團的最低數量與親水基團的極性大小、樹脂的結構以及平均相對分子質量等有關。樹脂的相對分子質量小則水溶性好，因為相對分子質量高的分子在水中的擴散速度慢，同時也由于相對分子質量高的溶液粘度大，更增加了分子運動的阻力。相對分子質量分布寬時水溶性好，因為分子間的互溶效應常有利于水溶性的改善。但是平均相對分子質量小、分布寬的環氧樹脂固化物的性能相對要差，所以應在保證樹脂水溶性的前提下盡量使樹脂的相對分子質量大一些、分布窄一些，以提高固化物的性能。樹脂的結晶度高時水溶性差，這是由于晶體分子間的結合力強，使其難以溶解。氫鍵的存在會使樹脂與水分子發生締合，從而會改善其水溶性。因此在進行水溶性環氧樹脂的分子設計和工藝設計時，應綜合考慮以上影響水溶性的因素。

    　目前，自身具有水溶性的環氧樹脂多半是多元醇的縮水甘油醚。它們是由多元醇與環氧氯丙烷在堿的作用下合成的。其分子鏈上含有羥基、醚鍵等，因而具有水溶性。

    　其他類型水溶性環氧樹脂還有二羧酸二縮水甘油酯和海因環氧樹脂等。

    　3.4水性環氧固化劑的品種

    　水性環氧固化劑大多為多乙烯多胺，如二乙烯三胺、三乙烯四胺的改性產物.包括酰胺化多胺、聚酰胺和環氧-多胺加成物，通過在多乙烯多胺分子中引入非極性基團，改善了它們與環氧樹脂的相容性。酰胺化多胺用作水性環氧樹脂的固化劑，由于酰胺化的多胺具有乳化劑的功能，因而低分子量的液體環氧樹脂不需要預先乳化，而由酰胺化的多胺在施工前混合乳化，具有施工性能好、適用期長等優點。因此酰胺化的多胺及其該性固化劑在水性環氧中得到廣泛的應用。

    　4、開發水性環氧樹脂灌漿材料有得改善的問題

    　水性環氧樹脂灌漿材料具有對環境無污染，對許多基材包括潮濕基材都有良好的粘接力，操作安全方便等諸多優點，有很好的應用前景，但在開發和實際應用中還有不少問題有得改善。

    　灌漿過程中，水如何盡可能的排除，在低溫及潮濕和有水條件更需要解決好。

    　水的冰點為零攝氏度，在小于零攝氏度水性環氧樹脂灌漿材料的穩定性問題有待改善。

    　水性環氧樹脂灌漿材料的固化體系在低溫下固化非常緩慢，這也有待改善。

    　令人高興的是，目前我國許多科研單位已開始研究水性環氧樹脂灌漿材料，人們在水性環氧樹脂、以及與之配套的固化體系、該性助劑方面和灌漿工藝條件的合理選擇。已取得良好的改善效果。

    　　參考文獻：

    　　[1]李桂林.環氧樹脂與環氧涂料[M].北京：化學工業出版社，2003。

    　　[2]孫曼靈. 環氧樹脂應用原理與技術[M].北京：機械工業出版社，2002。

    　　[3]石紅菊，張亞峰，葛家良，等.一種新型水溶性環氧樹脂灌漿材料的制備及性能[J].湖南大學學報，2004，8。

    　　作者簡介：魏 濤（1964-），男，河南鄧縣人，長江科學院材料結構所新材料室高級工程師，從事新材料開發及混凝土的修補工作