环氧树脂涂料具有优异的防腐性能和附着力，作为底漆几乎可以应用于所有的材料表面，广泛地应用于制造工业防腐用涂料、食品包装用涂料，电泳涂料和粉末涂料等。因此，除了粉末涂料外，为降低VOC，其他各种涂料产品的水性化，是它可持续发展的方向。
 

1 环氧树脂水分散体的种类及制备

1.1 水稀释性环氧分散体涂料

水分散体环氧涂料，分为水稀释性和水乳液型两大类[1]。目前使用的水稀释性环氧分散体涂料的种类众多，有关专利数以百计，基于成膜物质水分散环氧树脂的分子结构，主要可分为以下几类：

(1) 离子型环氧水分散体：可分为阴离子型的环氧水分散体涂料和阳离子型的环氧水分散体涂料。典型的产品便是用于电沉积的阴离子电泳涂料。常用方法是先将环氧树脂与脂肪酸进行酯化制得环氧酯，再以α,β-乙烯基不饱和二元羧酸(或酸酐)与环氧酯的脂肪酸上的双键进行加成引入羧基，后经碱中和成盐，得到水分散型环氧树脂。制备阴离子型树脂时，一般选用羟基含量较高的环氧树脂作为骨架结构材料。常用的阳离子电泳涂料树脂是由含羟基或胺基的树脂与可交联的封闭型异氰酸酯组成，典型例子是双酚A 环氧树脂与二乙醇胺进行开环反应，然后用乙酸中和。环氧树脂水分散体涂料不但可以制成电泳涂料，还可以通过进一步改性在面漆上使用。在含共轭双键或非共轭双键的脂肪酸环氧酯分子上，利用共轭双键与丙烯酸酯单体接枝共聚或去氢产生自由基接枝丙烯酸单体，可得到丙烯酸改性脂肪酸环氧酯。张肇英等人将E-44和对氨基苯甲酸反应，后用乙醇胺中和，制得离子型水性环氧树脂。M.J.Husband等[3]将环氧树脂的环氧基或羟基与磷酸反应生成环氧磷酸酯，用胺中和得较稳定的水分散体。

(2) 丙烯酸环氧酯光固化水分散体涂料：丙烯酸环氧酯应用于光固化水分散体涂料是一种新颖的涂料体系。主要优点是VOC 含量低，固化速度快；主要问题是水分散体的稳定性。常用的环氧树脂为低相对分子质量规格的。制备方法多种多样，其中之一是通过控制摩尔比，使环氧树脂中的一部分环氧基团与(甲基)丙烯酸发生酯化反应，得到含有环氧基和烯丙基的低分子化合物，再与丙烯酸和其他单体共聚，得到的共聚物用胺中和，成为水分散体。刘建中等人[5]还研究出在质子提供体的存在下，由叔胺类催化剂催化酸酐与环氧基的酯化反应，一步合成具有不饱和基团和亲水性基团的UV 固化水性环氧树脂。

(3) 环氧接枝丙烯酸水分散体涂料：为了满足食品罐头内壁涂料的需要，制备环氧接枝丙烯酸树脂所用的环氧树脂主要是高相对分子质量的双酚A型环氧。利用接枝共聚的方法，在高相对分子质量的环氧树脂(数均相对分子质量在4000~10000)分子上接枝含有羧基的共聚单体，可以在主链和支链之间以碳-碳共价键链接，再用碱将其中和，可以得到极为稳定的水分散体。

(4) 环氧-胺体系水分散体涂料 ：主要由两组分组成 ，一个组分是疏水性的液体或固体的环氧树脂，另一组分是水可稀释的胺类固化剂。所用的树脂可以有两种，一是常用的双酚A 环氧树脂，另一种是中等相对分子质量多官能基的环氧树脂。但环氧树脂都需要亲水基团改性，如用聚乙二醇、醇醚化合物或非离子表面活性剂进行改性反应，在环氧树脂分子中引入亲水基团，使其具有自乳化性能。固化剂可以是一种双酚A 与胺的加成物，同样经过用亲水基团改性，而体系中不存在游离的表面活性剂，是一种水性分散体或水包油的乳液。把树脂和固化剂都设计成分散体的形式是很重要的，主要是合成一种有一定疏水性的并能与树脂有很好相容性的固化剂，改变了过去胺类固化剂是水可溶的状态，提高了与树酯的匹配性，而环氧树脂则提高其亲水性，可自乳化。环氧树脂主要为缩水甘油醚型双酚A 及双酚F 环氧树脂，从液态环氧树脂到高相对分子质量的固态环氧树脂。胺类固化剂可有很多结构的有机胺化合物，主要有酰胺类、聚酰胺类和胺加成类。美国专利6077884，用氨封端的聚亚烷基二醇和芳香酯环类的环氧树脂进行胺加成反应制备固化剂乳化型水性环氧树脂。美国专利6911490，用部分酯化的有机磷酸和环氧树脂-胺加成物反应制得水溶性环氧树脂固化剂。

1.2 水乳液型环氧树脂分散体

1.2.1 外加乳化剂方法

早期人们采用将环氧树脂磨碎制成微米级环氧树脂，再加入聚氧乙烯基醚、聚氧乙烯基烷基醚、聚氧乙烯基酯等乳化剂，这种方法获得的乳液颗粒粗大，约10 mm，性状不规则，粒径分布较宽，需要比较多的乳化剂才能获得较为稳定的乳液，且非离子表面活性剂容易被水冲刷而从涂膜中游离出来，自然影响涂膜的外观和防腐性能。新型乳化剂采用环氧树脂改性产物，它同本体环氧树脂有非常好的结构相似性，使得乳化剂的疏水部分同环氧树脂相容形成一体，这样既增加了乳化效果，又阻碍了乳化剂脱离环氧树脂，乳液的稳定性得到大幅度的提高。杨振忠等人[9]用双酚A环氧树脂E-51或E-20(EP)同聚乙二醇(PEG)等反应，合成一多嵌段共聚物PEG-[EPPEG]3-EP-PEG，并用它作为乳化剂采用相反转方法制得环氧树脂乳液。王进等人用聚乙二醇，邻苯二甲酸酐和环氧树脂E-44合成的多元嵌段共聚物为乳化剂将环氧树脂E-44乳化成水包油型的稳定水基乳液。在水性环氧分散体的乳化技术上，相对分子质量低的树脂易乳化，但生成物的硬度高，且只有交联到一定程度后，才能达到表干，一般用固化剂进行乳化和固化。高相对分子质量的环氧树脂粘接性和柔软性好，但溶点高，难乳化，往往需要加入溶剂使之溶解，同时这种高相对分子质量的环氧树脂乳液施工后，水分挥发完，涂膜即达到表干。外加乳化剂型环氧树脂乳液仅需占树脂1%~10% 的乳化剂就能获得理想的乳液，相对于其他类型的环氧树脂乳液来说成本较低，在实际应用中有一定优势。乳化工艺绝大部分都采用相反转法，这主要是因为相反转法取得的乳液粒径小，稳定性好。

1.2.2 自乳化环氧树脂水分散体

自乳化环氧树脂水分散体可分为三类：离子型、自乳化液体环氧树脂、自乳化固体环氧树脂分散体。
(1) 离子型即用于电泳涂装的离子型环氧树脂。

(2) 自乳化液体环氧树脂指利用乳化性非常好的乳化剂和液体环氧树脂进行共混后，成液体状态。施工时加入适量的水，采用人工搅拌的方式，就能将其乳化。这类树脂可以弥补固化剂乳化型水性环氧树脂体系的乳化效果不够，因为固化剂没有覆盖在乳液颗粒上，固化剂和乳液即使在混和后仍然是两相分离的。只有当水分挥发后，才相互靠近。而利用固化剂乳化的环氧体系，由于固化剂覆盖在环氧乳液上，立即进行反应，逐渐提高了乳液表面的玻璃化温度，反应一段时间，自然影响了乳液的凝结。用聚乙二醇和相对分子质量低的环氧树脂反应得到反应型乳化剂，和双酚A、双酚F 型树脂混和均匀后，也可得到性能良好的自乳化液体环氧树脂。夏新年等人[11]用低相对分子质量环氧树脂、双酚A与聚醚反应合成了自乳化环氧树脂。

(3) 自乳化固体环氧树脂水分散体是将固体环氧树脂进行亲水改性赋予其自乳化分散能力。引入亲水性基团的方法有：通过与聚乙二醇缩水甘油醚的反应；通过端羧基与聚乙二醇的反应；通过聚氧烯多胺或单胺反应；通过聚乙二醇或聚氧乙烯单醚的反应。反应方法有通过环氧基和羟基的醚化反应，环氧基和羧基的酯化反应，环氧和胺的加成反应，胺和羧酸的酰胺化反应和异氰酸酯和羟基的氨酯化反应等方式。中南大学马承银等人用2-丙烯酰 胺基-2- 甲基丙璜酸(AMPS)为改性剂，用氧化苯甲酰(BPO)为引发剂通过溶液聚合，使中等相对分子质量的环氧树脂获得水分散性。美国专利6291554[13]，用环氧当量大于250的固体环氧树脂和顺丁烯二酸酐，琥珀酸酐等进行半酯化反应引入羧基，再用叔胺中和制成自乳化环氧树脂。
 

2 水性环氧涂料的特点及应用

2.1 水性环氧涂料的特点

环氧树脂水性化体系含很少的有机溶剂，环境污染小，没有失火隐患；生产及施工设备可以用水清洗，操作安全、方便；具有优良的附着力，对于难粘的基体，如湿的混凝土表面或其它旧表面具有良好粘结性。同时还有诸多问题：①与有机溶剂相比，水的蒸发热高，在低温和高湿情况下，水的蒸发更慢，使干燥时间延长 ；②水的表面张力较高，这对基体的润湿相对困难 ；③水的导电率高，使金属易腐蚀，例如在涂膜干燥过程中发生的闪蚀问题；④水的冰点比大多数有机溶剂高，因此，水性涂料的冻融稳定性较差，当然可以通过加入抗冻剂来解决。⑤水对很多颜料的润湿性和分散性差。同时，也有由水介质带来的问题，如涂料贮存期中树脂的水解性问题，微生物引起的霉变问题等。

2.2 水性环氧涂料的应用

水性环氧涂料已经应用到溶剂型环氧防腐蚀涂料所涉及的领域，在近的涂料标准中，已把水性环氧涂料列入重防腐蚀涂料范畴。水性环氧涂料在无机基体的防护和装饰方面，聚合物改性水泥加入环氧树脂乳液，在水泥固化后可明显提高其耐冲击性、伸张强度、耐化学品性和对底材的附着力，减少液体和气体腐蚀介质的渗透性，特别适合潮湿的混凝土基底，有利于水泥地面的平整；可用于钢铁的防腐底漆，塑料的涂层及木材的清漆涂层和金属产品的防护装饰。另外，地下建筑物，如隧道、地下仓库、地下车间的防护，由于这些地方空气流通不畅，溶剂型涂料施工时，溶剂无法挥发出去，而用水性化体系就可以解决以上问题。环氧涂料耐磨，可用作停车坪，飞机跑道涂料 ；环氧乳胶涂料无毒，可用于食品及饮料厂房地面的保护。此外，我国农村的稻麦等秸秆，木材边角料等资源非常丰富，只可惜大部分没有得到充分利用，如果用环氧树脂水性化体系对上述农产品进行表面处理，然后压制成型并室温固化，有望制备出性能优异的型材，以满足多方面的要求，相信会带来显著的经济效益和社会效益。
 

3 结语

良好的环保性和几乎可以用于任何环境的新一代常温固化水性环氧树脂涂料体系一定会广泛用于各个领域。在国外水性环氧树脂的研究已经非常深入，国内这方面则相对滞后，因此无论是作为胶黏剂、复合材料、织物的整理剂，还是开发出适应各种场合的水性涂料，加大对水性环氧树脂的开发都具有非常大的社会和经济效益。