近些年來(lái)，涂料有向綠色環(huán)保方向邁進(jìn)的趨勢(shì)。其中水性環(huán)氧樹(shù)脂具有其突出的性能優(yōu)勢(shì)，使制備得到的水性環(huán)氧樹(shù)脂涂料同樣具有優(yōu)異的性能，從而在水性產(chǎn)品大家族里地位越來(lái)越重要，專(zhuān)家認(rèn)為水性環(huán)氧樹(shù)脂在環(huán)保化的今天，前景十分開(kāi)闊。水性環(huán)氧樹(shù)脂（waterborne epoxy resin，WER）是指以水為連續(xù)相，以環(huán)氧樹(shù)脂微粒或液滴為分散相的穩(wěn)定分散體系，其重要用途是用于水性環(huán)氧樹(shù)脂涂料。水性環(huán)氧樹(shù)脂涂料與溶劑型環(huán)氧樹(shù)脂涂料的使用原理是類(lèi)似的：涂覆前的環(huán)氧樹(shù)脂是線型結(jié)構(gòu)，在涂覆后發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成性能優(yōu)異的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)熱固性樹(shù)脂。因此，施工前需要加入能使水性環(huán)氧在室溫環(huán)境下發(fā)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)的固化劑。水性環(huán)氧樹(shù)脂涂料具有很多優(yōu)點(diǎn)：

     （1）適應(yīng)能力強(qiáng)，對(duì)眾多底材具有極高的附著力，固化后的涂膜收縮小、硬度高、耐磨性好、電氣絕緣性能好、耐腐蝕、耐化學(xué)藥品。

     （2）環(huán)保性能好，揮發(fā)性有機(jī)化合物含量較低，不會(huì)造成空氣污染。

     （3）真正水性化，以水作為分散介質(zhì)，價(jià)格低廉、無(wú)氣味、不燃，儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用過(guò)程中的安全性也大為提高。 

     （4）施工操作性佳，可在室溫和潮濕的環(huán)境中固化，有合理的固化時(shí)間，并保證有很高的交聯(lián)密度，施工工具可用水直接清洗。

       這是溶劑型環(huán)氧樹(shù)脂涂料和其它水性樹(shù)脂涂料所無(wú)法比擬的。因而，水性環(huán)氧樹(shù)脂涂料是環(huán)氧樹(shù)脂發(fā)展的重要方向之一，具有廣闊的應(yīng)用前景。環(huán)氧樹(shù)脂本身不溶于水，只溶于芳香烴及酮類(lèi)等有機(jī)溶劑。制備水性環(huán)氧樹(shù)脂就是使原本的溶劑型環(huán)氧水性化，采用的方法通常是在原環(huán)氧樹(shù)脂分子鏈中引入親水性的分子鏈段，或者引入具有乳化劑功能的組分，使環(huán)氧樹(shù)脂能夠在水中溶解或分散。根據(jù)水性化的方式不同，可以將制備的水性環(huán)氧樹(shù)脂涂料分為自乳化水性環(huán)氧樹(shù)脂、外加乳化劑乳化水性環(huán)氧樹(shù)脂和相反轉(zhuǎn)法乳化水性環(huán)氧樹(shù)脂。

1·自乳化水性環(huán)氧樹(shù)脂 

       自乳化法又稱(chēng)化學(xué)改性法。它是指通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，將極性基團(tuán)引入環(huán)氧樹(shù)脂分子中，使其具有親水的性質(zhì)。環(huán)氧樹(shù)脂分子中活性基團(tuán)較多，在環(huán)氧基、亞甲基、仲羥基上都可引入親水基團(tuán)，所以此方法還是有很大的開(kāi)發(fā)潛力的。

       自乳化法具有的特點(diǎn)是制得的乳液的粒徑小，可以達(dá)到納米級(jí)，而且比較穩(wěn)定，在儲(chǔ)存運(yùn)輸過(guò)程中不易沉降變質(zhì)。而且，因其不需要引入外加的乳化劑，所以可以避免外加物質(zhì)對(duì)成膜效果的不良影響。 

       根據(jù)化學(xué)改性方法的不同，自乳化法又可分為胺基反應(yīng)法、羧基反應(yīng)法和接枝法。

1.1 胺基反應(yīng)法自乳化 

       胺基反應(yīng)法是指由伯胺基、仲胺基等親核基團(tuán)與環(huán)氧樹(shù)脂中的環(huán)氧基反應(yīng)，然后以產(chǎn)物中的叔胺或以改性劑中的其他極性基團(tuán)為親水基中和成鹽，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)氧樹(shù)脂的水性化[6]。

       張肇英等[7]用對(duì)氨基苯甲酸改性二官能度的雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂，使其具有親水性，從而制得了穩(wěn)定的水性環(huán)氧樹(shù)脂乳液，并考察了乳液粒徑、粒子形態(tài)的影響因素和乳液涂膜固化物的物理化學(xué)性質(zhì)。Tsugukuni等[8]將對(duì)氨基苯甲酸與液體環(huán)氧樹(shù)脂反應(yīng)，通過(guò)醚化反應(yīng)在環(huán)氧樹(shù)脂分子結(jié)構(gòu)中引入了叔氨基、羧基兩個(gè)極性基團(tuán)，中和后成羧基鹽，提高了樹(shù)脂的親水性。

       唐敏鋒等[9]用二乙醇胺與酚醛環(huán)氧樹(shù)脂反應(yīng)，再與乙酸成鹽，制備了水性的環(huán)氧樹(shù)脂，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定了最佳反應(yīng)條件，并對(duì)制備的體系進(jìn)行了表征，驗(yàn)證了此體系的穩(wěn)定性。 

       胺基與環(huán)氧基很容易發(fā)生反應(yīng)，無(wú)需催化劑，且制備的水性環(huán)氧樹(shù)脂體系在酸堿環(huán)境下都很穩(wěn)定，這是胺基反應(yīng)法的優(yōu)勢(shì)所在。

1.2 羧基反應(yīng)法自乳化 

       羧基反應(yīng)法是指通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂上的環(huán)氧基或仲羥基與羧基化合物、無(wú)機(jī)酸或酸酐反應(yīng)，得到親水性較好的改性環(huán)氧樹(shù)脂。此酯化反應(yīng)是以氫離子極化環(huán)氧基，以酸根離子進(jìn)攻極化的環(huán)氧基。

       Barsotti等[10]報(bào)道了用環(huán)氧樹(shù)脂與含有2個(gè)酐基的酸酐的半酯反應(yīng)，制備了陰離子型水分散環(huán)氧樹(shù)脂，進(jìn)而制備具有耐候性能的高固含量(>60%)水性環(huán)氧涂料。李偉奇等[11]以環(huán)氧樹(shù)脂和干性油脂肪酸為主要原料，合成了常溫固化環(huán)氧酯樹(shù)脂，并經(jīng)乳化制得乳液。研究了此水性環(huán)氧樹(shù)脂涂料的性能，并考察了環(huán)氧樹(shù)脂、脂肪酸、酸值、乳化工藝等對(duì)乳液性能的影響。張力等[12]以乳酸和丁二酸酐對(duì)雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行水性化改性，并研究乳酸和丁二酸酐的用量對(duì)改性樹(shù)脂的水分散性、水穩(wěn)定性及水分散液粒徑的影響。表征了合成的水性環(huán)氧樹(shù)脂，證明其具有優(yōu)良的水分散性、穩(wěn)定性和較小水分散液粒徑。肖新顏等[13]等用馬來(lái)酸酐與由環(huán)氧樹(shù)脂和丙烯酸合成的溶劑型環(huán)氧樹(shù)脂上的羥基進(jìn)行反應(yīng)，制備了水性環(huán)氧丙烯酸樹(shù)脂。并表征了中間產(chǎn)物和產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，驗(yàn)證了酯化反應(yīng)發(fā)生，還研究了最佳反應(yīng)條件。與同樣發(fā)生在環(huán)氧基上的與胺基的反應(yīng)相比，與羧基的反應(yīng)活性較低，通常需要外加一定的催化劑。羧基反應(yīng)法的優(yōu)勢(shì)在于除了環(huán)氧基，仲羥基也能發(fā)生酯化反應(yīng)，這就能使環(huán)氧樹(shù)脂在引入親水基團(tuán)的同時(shí)又能更多的保留環(huán)氧基以利于以后的固化反應(yīng)[13]。

1.3 接枝法自乳化 

       接枝法自乳化是指通過(guò)接枝共聚合的方法引入親水單體，從而使環(huán)氧樹(shù)脂獲得親水性。此方法的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行改性的過(guò)程中，是通過(guò)引發(fā)劑在環(huán)氧樹(shù)脂分子上的仲碳和叔碳上產(chǎn)生活性自由基，不會(huì)損失活性的環(huán)氧基，所以不會(huì)影響之后的固化過(guò)程。

       方茹等[14]以過(guò)氧化苯甲酰為引發(fā)劑，以甲基丙烯酸為接枝聚合的單體，采用溶液聚合的方法，在環(huán)氧樹(shù)脂上接枝了丙烯酸基團(tuán)，達(dá)到了環(huán)氧樹(shù)脂水性化的目的。表征了制得的水性環(huán)氧樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)和性能，研究了此方法制備水性環(huán)氧樹(shù)脂的工藝條件。

       范一波等[15]用馬來(lái)酸酐與雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂主鏈上的仲羥基進(jìn)行醇解反應(yīng)，在環(huán)氧樹(shù)脂主鏈上引入親水性-COOH基團(tuán)，制得具有良好的水分散性和優(yōu)異的固化性能的水性環(huán)氧樹(shù)脂。馬承銀等[16]以反應(yīng)性乳化劑2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)為改性劑，在過(guò)氧化苯甲酰引發(fā)劑的作用下，與環(huán)氧樹(shù)脂接枝共聚，得到了穩(wěn)定的乳液體系。

       Georgalas[17]報(bào)道了用環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂和丙烯酸類(lèi)單體改性，再以胺基樹(shù)脂中和羧基，制備了具有親水基的改性環(huán)氧樹(shù)脂產(chǎn)品，經(jīng)測(cè)試，此產(chǎn)物水分散穩(wěn)定性良好。趙倩等[18]用幾種不同的丙烯酸類(lèi)單體分別于環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行接枝反應(yīng)，在環(huán)氧樹(shù)脂中引入了羧基，制備了水性環(huán)氧樹(shù)脂乳液。并研究了反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)物穩(wěn)定性、粒徑和涂膜性能等的影響。佩特森等[19]以山梨酸酯化了含有2個(gè)環(huán)氧基的環(huán)氧樹(shù)脂，得到了山梨酸環(huán)氧酯。再在引發(fā)劑作用下使該環(huán)氧酯與丙烯酸接枝，最后中和羧基。制備得到了穩(wěn)定的環(huán)氧樹(shù)脂水分散體。

2·相反轉(zhuǎn)法乳化水性環(huán)氧樹(shù)脂 

       相反轉(zhuǎn)法通過(guò)改變水相的體積，將聚合物從油包水狀態(tài)轉(zhuǎn)變成水包油狀態(tài)，是一種有效的制備高分子水基化體系的方法。采用該方法制備的高分子乳液具有膠粒粒徑小、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)[20,21]。

       施雪珍等[22]采用非離子型表面活性劑與環(huán)氧樹(shù)脂反應(yīng)，將具有表面活性的分子鏈段引入環(huán)氧樹(shù)脂分子鏈中，合成反應(yīng)型水性環(huán)氧乳化劑，借助相反轉(zhuǎn)技術(shù)進(jìn)一步制備出穩(wěn)定的水性環(huán)氧乳液。申欣等[23]通過(guò)相轉(zhuǎn)化法，用H3PO4和丙烯酸及其酯類(lèi)單體對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行改性，得到了一種性能優(yōu)良的自乳化水性環(huán)氧防腐涂料乳液。顧國(guó)芳等[24]先合成了具有環(huán)氧樹(shù)脂基團(tuán)和表面活性基團(tuán)的反應(yīng)性環(huán)氧樹(shù)脂乳化劑，再用該乳化劑并借助于相反轉(zhuǎn)技術(shù)制備Ⅱ型水性環(huán)氧樹(shù)脂乳液，研究了乳化劑對(duì)水性環(huán)氧樹(shù)脂乳液的穩(wěn)定性、分散相粒徑和固化性能的影響。

3·外加乳化劑乳化水性環(huán)氧樹(shù)脂 

       外加乳化劑乳化的方法是指在體系中采用加入乳化劑使環(huán)氧樹(shù)脂水性化的方法。將合適的乳化劑加入體系中，再采用機(jī)械攪拌等方法使環(huán)氧樹(shù)脂、水、乳化劑粉碎后混合，形成乳液，此種方法操作簡(jiǎn)單，成本低廉，可是制得的體系穩(wěn)定性欠佳，分散相的尺寸較大，而且成膜性能也不理想[25]。 

       近年來(lái)，對(duì)于這種方法的研究重點(diǎn)在于如何制備合適的乳化劑。在乳化劑的制備上，通常采用的思路是以環(huán)氧樹(shù)脂分子主鏈作為親油性部分，環(huán)氧樹(shù)脂分子主鏈上接枝的一些親水基團(tuán)或親水鏈段作為親水部分，合成環(huán)氧樹(shù)脂專(zhuān)用乳化劑。這樣制得的乳化劑，因?yàn)槠浞肿咏Y(jié)構(gòu)是環(huán)氧樹(shù)脂，與基體的環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)類(lèi)似，所以能很好地與基體相容，同時(shí)也能使固化后的成膜性能較好。梁鴻文等[26]用環(huán)氧樹(shù)脂E-12和聚乙二醇反應(yīng)，制得一種環(huán)氧樹(shù)脂專(zhuān)用乳化劑，在該乳化劑作用下，將環(huán)氧樹(shù)脂E-51分散在去離子水中，制備環(huán)氧樹(shù)脂乳液。舒武炳等[27]用二乙醇胺改性、乙酸中和的方法制得了水性酚醛環(huán)氧樹(shù)脂鹽，再以該鹽作為乳化劑，乳化雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂制備環(huán)氧樹(shù)脂水乳液。葉文見(jiàn)等[28]的研究了利用等摩爾量聚乙二醇4000和E-44環(huán)氧樹(shù)脂合成的高分子非離子型乳化劑乳化E-44環(huán)氧樹(shù)脂的效果，并考察了乳化劑用量等因素對(duì)乳液穩(wěn)定性的影響。陳永等[29]采用端甲氧基聚乙二醇-馬來(lái)酸酐-E-44多元共聚物合成非離子型水性環(huán)氧樹(shù)脂乳化劑乳化E-44環(huán)氧樹(shù)脂，乳化劑用量在16.5%～20%時(shí)乳液的穩(wěn)定性最好。

4·結(jié)語(yǔ) 

      環(huán)氧樹(shù)脂水性化的方法有很多，使用時(shí)要根據(jù)不同的需要選擇合適的方法。另外，隨著研究的進(jìn)一步深入，將會(huì)有更多的環(huán)氧樹(shù)脂水性化方法被開(kāi)發(fā)出來(lái)。

      隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，以水為溶劑或分散介質(zhì)的水性涂料愈來(lái)愈受到重視。水性環(huán)氧樹(shù)脂具有突出的性能優(yōu)勢(shì)，研究性能優(yōu)越、并能滿足不同需求的水性環(huán)氧樹(shù)脂具有良好的應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)效益。