新型水性环氧树脂涂料的制备研究(2)
1.1 环氧树脂
环氧树脂是指在一个分子中含有两个或两个以上环氧基团，以脂环族、芳香族等有机化合物为骨架的一类热固性树脂。环氧树脂具有一般高分子化合物的通性，其平均分子量大约为300～7000之间。环氧树脂在未固化之前是线性结构的 热塑性树脂，其物理形态可随温度的变化而变化，只有在合适的固化剂作用下形成立体网状的交联结构才具有使用价值，其固化物具有优异的力学性能、电学性 能和粘结性能以及收缩性小、稳定性好等特点，是一类具有良好粘结性、耐化学药品腐蚀、绝缘性好、机械强度高等性能的热固性高分子材料。
1.1.1 环氧树脂的分类
环氧树脂的种类很多，通常可以根据采用的材料、化学结构和环氧基的结合方式大体将环氧树脂分为以下几类：
1) 缩水甘油醚类（ ），这类环氧树脂是以多元酚或多元醇与环氧氯丙烷通过缩聚反应制得的。包括双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂等。
图1.1 双酚A型环氧树脂部分结构示意图
Fig.1.1 The part structure of Bisphenol A epoxy resin
2) 缩水甘油酯类（ ），此类树脂的特点是固化反应活性比双酚A型高，固化产物低温粘结性能好。
3) 缩水甘油胺类（ ），此类树脂由多元胺与环氧氯丙烷脱去氯化氢所得，其突出特点是耐热性好、力学强度高。
4) 脂环族环氧化合物（ ），此类树脂的酸酐、芳香胺固化产物具有较高的耐热性、电绝缘性和耐候性，但质脆，抗冲击性较差。
5) 环氧化烯烃类（ ）。
6) 新型环氧树脂（ ），此外还有混合型环氧树脂，及很多改性树脂，如有机硅改性环氧树脂等。
1.1.2 环氧树脂水性化发展历程
常用的环氧树脂大多数为黏稠的液体或固体，不溶于水，溶于有机溶剂。大多数有机溶剂易挥发、易燃易爆、有毒，环氧树脂的应用受到了一定限制[ ]。随着环保意识的增强，以水为溶剂和分散介质的水性环氧树脂越来越受到重视。水性环氧树脂不但是一种环保型材料，而且清洗方便，储运和使用安全，价格低廉，因而成为环氧树脂应用和发展的方向之一。
自20世纪60年代，欧美等发达国家开始研究涂料用双组分环氧树脂的水性化技术研究。以Casmide 360为标志的第一代水性环氧树脂体系出现在20世纪70年代至80年代初，是将液体环氧树脂与胺类化合物反应制备的水性体系，胺类化合物起乳化剂和固化剂双重作用。第一代水性环氧树脂体系主要是通过固化剂的水性化技术实现环氧树脂体系的水性化，其缺点比较明显，主要表现在：体系凝胶后不发生相分离，固化速度慢；体系初始黏度大，施工期限短；所用的液体环氧树脂相对分子质量低，涂膜耐腐蚀性差；树脂与固化剂交联密度大，涂膜硬度大，柔韧性和耐冲击性较差。
20世纪80年代初期出现了以Air-Products公司AncarezAR550双组分水性环氧树脂为代表的第二代水性环氧树脂体系。这一体系最重要的改进是：使用高相对分子质量的固体环氧树脂水分散体作为水性树脂组分，其相对分子质量较高，环氧官能团含量相对较低。由于树脂本身具有水分散性，因此这一体系可以用疏水性较强的胺类固化剂固化，成膜物的耐溶剂性、耐水性、耐磨性和柔韧性均得到提高。第二代水性环氧树脂体系也有一定的缺点，比如需采用机械法使相对分子质量较大的固体环氧树脂分散于水中制备环氧树脂的水分散体，其稳定性不高且应用范围受到局限；并且需要添加共溶剂提高树脂与固化剂的相容性以辅助成膜，增加体系的VOC。