新型水性环氧树脂涂料的制备研究(3)
20世纪90年代初期出现了第三代水性环氧树脂体系。该体系是由多官能团、中等相对分子质量的环氧树脂水分散体和改性氨基树脂固化剂水分散体组成的，其主要目的是改善树脂与固化剂的匹配性，提高树脂与固化剂交联密度，使固化物具备更加优异的耐腐蚀和耐磨损性能。从第二代水性环氧树脂体系开始进入双组分水性环氧树脂体系时代，即环氧树脂与固化剂分别实现水性化。双组分水性环氧树脂体系的难点在于解决环氧树脂水性化技术及水性树脂与固化剂的相容性等方面的关键技术问题[ ]。
1.1.3 水性环氧树脂原理和特点
通常，水性环氧树脂是指环氧树脂以微粒、液滴或胶体的形式，分散在以水为连续相的介质中，配制成稳定的分散体系。
环氧树脂本身为有机分子，水溶性较差，因此其水性化本质上是在环氧树脂的分子链中引人亲水性的分子链段或加人亲水性组分（如偶联剂、润湿分散剂等），使环氧树脂能够在水中溶解或分散的过程。
与有机溶剂型环氧树脂相比，水性环氧树脂具有如下诸多优点：
1) 以水作为分散介质，不含有机溶剂，或挥发性有机化合物的含量较低，无环境污染；
2) 操作性能好，施工工具可以用水直接清洗，操作安全、方便；
3) 对大多数基材具有良好的附着力，并可以与水泥或水泥砂浆配合使用；
4) 可在室温和潮湿的环境中固化，有合理的固化时间，并保持较高的交联度。
与此同时，水性环氧树脂也存在部分缺陷：
1) 与有机溶剂相比，水的蒸发热高，在低温和高湿的情况下，水的蒸发更慢，使表干时间延长；
2) 水的表面张力较高，对基材的润湿性较差，尤其是除油不干净的底材更难润湿；
3) 水的导电率高，在涂膜干燥过程中易使金属腐蚀。
水性环氧树脂虽然存在以上缺点，却仍然获得人们的青睐[ ]。
1.2 环氧树脂水性化的方法
目前，制备水性环氧树脂的方法主要有4种。
1.2.1 直接乳化法
直接乳化法，即机械法。使用球磨机、胶体磨、均氏器等将环氧树脂磨碎，在乳化剂水溶液的作用下，再通过机械搅拌将粒子分散于水中。可采用的乳化剂有聚氧乙烯烷芳基醚、聚氧乙烯烷基酯等。所用的环氧树脂主要是双酚A型环氧树脂。相对分子质量低的树脂易乳化，但生成物一般硬度高、脆性较大；相对分子质量较高的树脂粘附性和柔韧性好，但熔点高，难乳化。为了增加乳液的贮存期，还可考虑加入疏水性胶体物质作保护剂，如聚乙烯吡咯烷酮和纤文素类物质。
直接乳化法的特点是成本低廉、制备工艺简单；不足之处在于制备的水性环氧树脂分散体系稳定性较差，且分散相颗粒的尺寸较大（>10μm）。
1.2.2 相反转法
改性树脂乳化剂法的乳化过程多采用相反转乳化技术。相反转原指小分子乳液体系在一定条件下，其连续相由油相变为水相（反之亦然）的过程。体系从油包水（W /O）转变为水包油（O/W）时称为相反转点。相反转点时，体系的黏度、电导率等性质会发生突变。利用这一过程来制备高分子水乳液的方法称为相反转乳化法。采用该方法制备的高分子乳液胶粒粒径小、稳定性好。
相反转乳化法的机理为：在较高的乳化剂用量下，将乳化剂（D相）与油相（O相）混溶得到的可溶化油，在加水过程中先转变成层状液晶结构，再转变成表面活性剂连续相所包裹的油滴凝胶状乳状液结构（O/D），最后才转变成O/W型乳状液。一方面，乳化过程的中间状态是O/D结构，其连续相D相是表面活性剂，它把油滴分散溶解使之不能聚集变大，因此最终能够得到乳胶颗粒粒径比较小的乳状液。另一方面，在相反转点附近，相界面的表面张力非常低，降低了使连续相破碎成分散相所需能量，在机械功作用下就可以使连续相（O相）转变为分散相。