環(huán)氧樹脂本身不溶于水，不能直接加水進(jìn)行乳化，要制備穩(wěn)定的水性環(huán)氧樹脂乳液，必須設(shè)法在其分子鏈中引入強(qiáng)親水鏈段或者在體系中加入親水親油組分。根據(jù)制備方法的不同，環(huán)氧樹脂水性化有以下三種方法：機(jī)械法、化學(xué)改性法和相反轉(zhuǎn)法。
2.1 機(jī)械法
將固體環(huán)氧樹脂預(yù)先磨成微米級(jí)的環(huán)氧樹脂粉末，在加熱的條件下加入乳化劑水溶液，通過(guò)激烈的機(jī)械攪拌即可制得水性環(huán)氧樹脂乳液[7]。用機(jī)械法制備水性環(huán)氧樹脂乳液的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，所需乳化劑用量較少，但乳液中環(huán)氧樹脂分散相微粒尺寸較大，約為50μm 左右，粒子形狀不規(guī)則且尺寸分布較寬，所配得的乳液穩(wěn)定性差，粒子之間容易相互碰撞而發(fā)生凝結(jié)現(xiàn)象，并且該乳液的成膜性能也欠佳。當(dāng)然提高攪拌分散時(shí)的溫度可以促進(jìn)乳化劑分子在環(huán)氧樹脂微粒表面更為有效地吸附，使得環(huán)氧樹脂微粒能較為穩(wěn)定地分散在水相中。
2.2 化學(xué)改性法
化學(xué)改性法是通過(guò)對(duì)環(huán)氧樹脂分子進(jìn)行改性，將離子基團(tuán)或極性基團(tuán)引入到環(huán)氧樹脂分子的非極性鏈上，使它成為親水親油的兩親性聚合物，從而具有表面活性劑的作用，這類改性后的高聚物又稱離聚體（ionomer）[2,8]。當(dāng)這種改性聚合物加水進(jìn)行乳化時(shí)，疏水性高聚物分子鏈就會(huì)聚集成微粒，離子基團(tuán)或極性基團(tuán)分布在這些微粒的表面，由于帶有同種電荷而相互排斥，只要滿足一定的動(dòng)力學(xué)條件，就可形成穩(wěn)定的水性環(huán)氧樹脂乳液。用化學(xué)改性的方法制備的水性環(huán)氧樹脂乳液中分散相粒子的尺寸很小，約為幾十到幾百個(gè)納米，但化學(xué)改性法的制備步驟不易控制，產(chǎn)品的成本也較高。根據(jù)引入的具有表面活性作用的親水基團(tuán)性質(zhì)的不同，自乳化型水性環(huán)氧樹脂乳液可分為陰離子型、陽(yáng)離子型和非離子型三種。
2.2.1 陰離子型
通過(guò)適當(dāng)?shù)姆椒ㄔ诃h(huán)氧樹脂分子鏈中引入羧酸、磺酸等功能性基團(tuán)，中和成鹽后的環(huán)氧樹脂就具備了水可分散的性質(zhì)。常用的改性方法有功能性單體擴(kuò)鏈法和自由基接枝改性法。功能性單體擴(kuò)鏈法[9]是利用環(huán)氧基與一些低分子擴(kuò)鏈劑如氨基酸、氨基苯甲酸、氨基苯磺酸等化合物上的胺基反應(yīng)，在環(huán)氧樹脂分子鏈中引入羧酸、磺酸基團(tuán)，中和成鹽后就可分散在水相中。自由基接枝改性法[10]是利用雙酚A環(huán)氧樹脂分子鏈中的亞甲基活性較大，在過(guò)氧化物作用下易于形成自由基，能與乙烯基單體共聚，可將丙烯酸、馬來(lái)酸酐等單體接枝到環(huán)氧樹脂分子鏈中，再中和成鹽后就可制得能自乳化的環(huán)氧樹脂。
2.2.2 陽(yáng)離子型
含胺基的化合物與環(huán)氧樹脂反應(yīng)生成含叔胺或季胺堿的環(huán)氧樹脂，再加入揮發(fā)性有機(jī)一元弱酸如醋酸中和得到陽(yáng)離子型的水性環(huán)氧樹脂[8]。這類改性后的環(huán)氧樹脂在實(shí)際中應(yīng)用較少，這是因?yàn)樗原h(huán)氧固化劑通常是含有胺基的堿性化合物，兩個(gè)組分混合后，體系容易出現(xiàn)破乳和分層現(xiàn)象而影響該體系的使用性能。
2.2.3 非離子型
通過(guò)含親水性的聚氧乙烯鏈段的羥基或胺基與環(huán)氧樹脂分子中的環(huán)氧基反應(yīng)，將聚氧乙烯鏈段引入到環(huán)氧樹脂分子鏈中，得到含非離子親水鏈段的水性環(huán)氧樹脂，該改性的環(huán)氧樹脂分散在水相中形成的體系具有很好的穩(wěn)定性，分散相粒子的平均粒徑小于1um，并且該分散體系與水性環(huán)氧固化劑混合后的適用期也有所延長(zhǎng)[1]。同時(shí)在引入聚氧乙烯鏈段后，交聯(lián)固化后的網(wǎng)鏈分子量有所提高，交聯(lián)密度下降，形成的涂膜有一定的增韌作用。
2.3 相反轉(zhuǎn)法
相反轉(zhuǎn)是一種制備高分子樹脂乳液較為有效的方法[7,11]，幾乎可將所有的高分子樹脂借助于外乳化劑的作用并通過(guò)物理乳化的方法制得相應(yīng)的乳液。相反轉(zhuǎn)[12]原指多組分體系（如油/水/乳化劑）中的連續(xù)相在一定條件下相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程，如在油/水/乳化劑體系中，其連續(xù)相由水相向油相（或從油相向水相）的轉(zhuǎn)變，在連續(xù)相轉(zhuǎn)變區(qū)，體系的界面張力最低，因而分散相的尺寸最小。用相反轉(zhuǎn)法制備水性環(huán)氧樹脂乳液的具體過(guò)程是在高速剪切作用下先將外乳化劑和環(huán)氧樹脂混合均勻，隨后在一定的剪切條件下緩慢地向體系中加入蒸餾水，隨著加水量地增加，整個(gè)體系逐步由油包水向水包油轉(zhuǎn)變，形成均勻穩(wěn)定的水可稀釋體系。在這過(guò)程中，水性環(huán)氧樹脂乳液的許多性質(zhì)會(huì)發(fā)生突變，如體系的粘度、導(dǎo)電性和表面張力等，通過(guò)測(cè)定體系乳化過(guò)程中的電導(dǎo)率和粘度的變化[13,14]就可判斷相反轉(zhuǎn)是否完全。該乳化過(guò)程可在室溫環(huán)境下進(jìn)行，對(duì)于固體環(huán)氧樹脂，則需要借助于少量有機(jī)溶劑或進(jìn)行加熱來(lái)降低環(huán)氧樹脂本體的粘度，然后再進(jìn)行乳化。
（來(lái)源：中國(guó)化工投資網(wǎng)）
