水性环氧树脂四大体系分析

学涂

水性环氧树脂四大体系分析
水性环氧树脂以其杰出性能包括环保性能，已成为水性产品体系中最受人们重视
和最重要的一支。据中国环氧树脂行业协会专家称，目前水性环氧树脂已形成4大
体系，在不同的领域或不同的要求下发挥着作用。
        
    Ⅰ型水性环氧树脂体系。由低分子量的液体环氧树脂(环氧当量在190左右)和
水性环氧固化剂组成。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
固化剂合成时是以多乙烯多胺为基础，通过在其分子中引入具有表面活性作用的
分子链段使其成为两亲性分子，能够很好地分散或溶解在水中，从而对低分子量
的液体环氧树脂具有良好的乳化作用。Ⅰ型水性环氧树脂体系的优点是可配成零
VOC(Volatile organic compound)和NHAP(Non-hazardous air pollutant)的涂料
，涂膜硬度增长较快。中国环氧树脂行业协会专家认为其缺点是：采用的树脂是
低分子量的液体环氧树脂，在水分蒸发后仍需要经过一定的反应时间才能达到表
干；体系的粘度随搁置时间的延长而快速增加，表现为适用期短(约为2～4小时)
；并且在适用期范围内体系流变性能也不稳定。
   
    Ⅱ型水性环氧树脂体系。由高分子量的固体环氧树脂乳液和水性环氧固化剂
组成。环氧树脂是亲油性分子，其亲水亲油平衡值(HLB)小于3，要得到稳定的水
性环氧树脂乳液，应在其分子中引入具有表面活性作用的亲水链段，如聚氧乙烯
聚氧丙烯链段，同时在引入这种链段后交联形成的网链分子量有所提高、交联密
度下降，所以对涂膜有一定的增韧作用。实际上使用的大多数高分子量固体环氧
树脂乳液都是以低分子量的液体环氧树脂为原料，采用含聚氧乙烯聚氧丙烯链段
的环氧丙基醚通过双酚A扩链和低分子量环氧树脂反应，将聚氧乙烯聚氧丙烯链段
引入到环氧树脂分子链中，该产物用水和乙二醇醚类稀释就可得到稳定的水性环
氧树脂乳液。由于Ⅱ型水性环氧树脂体系中的环氧树脂已预先配成乳液，不需要
水性环氧固化剂再对环氧树脂进行乳化，因而只需具有交联剂的功能。水性环氧
树脂体系的固化反应是水性环氧固化剂分子中的胺基与环氧树脂分子中的环氧基
反应，而高分子量环氧树脂的反应活性较低分子量环氧树脂小，因此Ⅱ型水性环
氧树脂体系的适用期较Ⅰ型的长，但同时也造成涂膜的硬度增加缓慢。加入少量
成膜助剂可改善Ⅱ型水性环氧树脂体系的成膜性能，Ⅱ型水性环氧树脂体系涂膜
后一旦水分蒸发，即使环氧树脂还未交联固化也已成固体状态达到表干的要求，
因而Ⅱ型水性环氧树脂体系的表干时间较Ⅰ型的短。
   
    Ⅲ型水性环氧树脂体系。由低分子量的液体环氧树脂乳液和水性环氧固化剂
组成，低分子量液体环氧树脂乳液一般采用相反转技术制备。为了克服外加低分
子量表面活性剂乳化环氧树脂的缺点，开发出新型的反应性环氧树脂乳化剂。通
过将具有表面活性作用的分子链段结合到环氧树脂分子链中，这样该乳化剂分子
中既含有表面活性作用的链段(亲水链段)，又含有环氧树脂链段(亲油链段)，大
大改善了乳化剂与环氧树脂的相容性。然后用该乳化剂并借助于相反转技术就可
配制分散相平均粒径为约1～2μm的低分子量液体环氧树脂乳液。同时该反应性乳
化剂分子末端还含有环氧基，可与水性环氧固化剂分子中的胺基反应，成膜后乳
化剂分子不会从固化体系中析出，并对涂膜有一定的增韧作用。
   
    Ⅳ型水性环氧树脂体系。由水性环氧树脂乳液和聚氨酯改性环氧固化剂组成
，环氧树脂涂料具有附着力高、绝缘性能好、硬度高等优点，但形成的涂膜的柔
韧性和耐磨性则不及聚氨酯涂料，因此用适量的聚氨酯改性环氧树脂，可制得综
合性能良好的聚氨酯改性环氧固化剂，用它来固化水性环氧树脂乳液可以改善水
性环氧树脂涂料的性能。聚氨酯改性环氧固化剂的具体合成路线为聚氨酯首先和
聚醚多元醇反应，在聚氨酯分子链中引入亲水基团，制得聚氨酯预聚物,再将此预
聚物与环氧树脂进行接枝反应，反应结束后加入三乙胺中和成盐，同时在水相中
进行扩链和分散