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作为三大通用型热固性树脂[环氧树脂（EP）、酚醛树脂（PF）和不饱和`酯树脂]之一，EP 自1947 年问世以来，一直在人们生活的各个领域中扮演着重要角色。由于EP 中含有*特的环氧基，以及羟基、醚键等活性基团和极性基团，因而具备很多优异的性能。与其他热固性树脂相比，EP 的力学性能优异，作为胶粘剂使用时有着较高的粘接强度。此外，EP固化剂的种类繁多，再加上众多的促进剂、改性剂和添加剂等，通过各种组合和调配可以获得几乎能满足所有使用性能和工艺性能要求的固化产物，这是其他热固性树脂所无法比拟的[1]。环氧树脂是指分子结构中含有环氧基团的`合物，用途广泛，具有很多优异的性能，受到广泛关注。传统溶剂型的环氧树脂，在使用过程中释放大量的**污染物（VOC），对环境造成污染。近年来，随着人们生活水平的提高，环保意识的增强，不含**溶剂（VOCfree）或低VOC、或不含HAP（有害空气污染物，Hazardous Air Pollutants）的系统成为新的方向。所谓水性EP 是指通过物理或者是化学的方法使EP 以微粒或液滴的形式分散在以水为连续相的分散介质中而配得的稳定分散体系。与传统的EP相比，水性EP 不仅满足当前环境保护的要求，而且操作性能较好，尤其是它可以与其他水性体系配合使用，因而可以达到相互弥补，充分发挥各自性能的目的。水性EP 的**优势还表现在该混合体系可在室温和潮湿的环境中固化，有合理的固化时间，并有较高的交联密度，这是常见的水性`烯酸和水性`氨酯涂料所无法比拟的[2]。

2 水性环氧树脂的制备

EP 尽管含有一定数量的极性基团，但是由于其较长的非极性分子主链的存在使得它本身并不能溶解在水中。要制备稳定的水性EP 体系，必须在其分子链中引入强的亲水基团（如羟基、羧基等）或者是在水性体系中加入一些同时亲水和亲油的组分（乳化剂）[3]。水性EP（准确地讲，应该是分散在水中的EP胶液），可分ＦＲＰ材料的徐变是指在应力不发生变化的情况下，纤维增强复合材料应变随时间而增长的现象。在对结构进行承载能力加固时，纤维增强复合材料受到长期的荷载作用，徐变现象的存在会对加固的长期效果产生一定的影响。在美国混凝预应力碳纤维板加固钢筋混凝土结构的温度效应与时效性能土协会（ＡＣＩ）制定的《外贴ＦＲＰ加固混凝土结构设计和施工指导规程》中指出，ＦＲＰ存在时间依赖性和徐变断裂性能。受到持续荷载作用的ＦＲＰ，在经过一段时间后，可能会发生突然断裂破坏。为水乳型EP 胶液（EP 水乳液）和水溶性EP 胶液（EP 水溶液）两类。其制备方法有两种：乳化剂乳化法和自乳化法。

2.1 乳化法

2.1.1 乳化剂乳化法

乳化剂是表面活性剂的一种，在结构上同时含有亲水以及亲油组分。它的HLB 值是影响其乳化性能及其乳化效果的决定性因素。因此，想要得到稳定的乳液，必须选择具有合适HLB 值的乳化剂。对于EP 而言，可选择的乳化剂有很多种，常见的主要有： `氧乙稀烷基酚缩合物类，如`氧乙稀烷基酚醚；`氧乙烯脂肪醇缩合物类，如脂肪醇环氧乙烷缩合物；`氧乙烯蓖麻油缩合物，如蓖麻油环氧乙烷缩合物等。当EP 和水混合在一起时，由于极性的巨大差异，两者会自发地分成两相。在加入乳化剂之后，其上的亲水基团溶于水，憎水基团溶于树脂，经强烈的搅拌剪切作用，EP 会以微粒的形式存在于水相之中，从而形成稳定的EP 乳液[4]。

2.1.2 自乳化法

自乳化法也称为化学改性法，它指的是在EP的大分子主链上通过化学反应的手段（嵌段或者是接枝反应）引入各种强的亲水基团，使其成为既亲水又亲油的两亲性的`合物，从而具有水溶性或者是自乳化功能。常见的亲水改性剂是含有羟基、羧基、氨基、磺酸基和酰胺基化合物。水性化改性的方法主要有两大类：一类是把EP 改性为含富酸基团的树脂（环氧酯），再用碱中和成盐，使之水性化；另一类是把EP 改性为含富碱基团的树脂（环氧酯），再用酸中和成盐，使之水性化。所以又称为成盐法[5]。自乳化法得到的EP 的粒径为纳米级，因而具有更好的应用价值。改性后的EP 可以与水形成水溶液，也就是说利用时域和频域分析方法对电流阶跃法测量结果进行分析，可以较准确地确定混凝土内钢筋的较化电阻Ｒｐ和钢筋表面不均匀系数ａ，从而可以确定钢筋的锈蚀速率和点蚀危险性。另外关于时域分析，钢筋混凝土中钢筋锈蚀状态的测量也常采用基于时域分析的线性较化法，或基于频域分析的交流阻抗谱法。电流阶跃法能*给出腐蚀机制的有关信息。能在短时间内给出混凝土溶液的电阻，是一种新的技术，仍具有很大的发展潜力，但设备复杂、昂贵，难以确定受到外加信号的钢筋表面积，数据处理困难。也可以作为乳化剂组分与未改性的EP 制成水乳液。水性化改性的EP 中可以保留也可以不保留环氧基，其固化可以依靠环氧基与固化剂交联固化，也可以靠引进的羟基、双键和羧基等官能团与相应的引发剂或固化剂交联固化，还可以不加交联剂自行成膜。

2.2 机械法[6]

机械法是直接乳化法。用球磨机、胶体磨、均氏器等将环氧树脂预先磨成微米级的环氧树脂粉末，然后在加热的情况下加入乳化剂的水溶液，再通过高速搅拌等分散手段将树脂粒子分散在水中形成水分散体。很好理解这种方法制备水性环氧树脂关采用真空压浆技术改善灌浆密实性，普通的原始压浆方法较难保证孔道内水泥浆的密实性。真空压浆技术是采用真空吸浆法和常规压浆法相结合，即在常规压力压浆泵设备系统的基础上进行改进，增加抽真空的真空泵设备系统。整个预应力孔道系统封闭，一端用真空泵对孔道进行抽真空，使之产生负压（一０．０６Ｍｐａ～一Ｏ　１Ｍｐａ），然后用压浆泵将优质水泥浆从孔道的另一端压入。当水泥浆从抽真空端流出且颜色与压浆端相同（即稠度相同）时，经过特定位置的排浆（排水及微泡沫），并加以≤０．７Ｍｐａ的正压力，并持续保压３ｍｌｎ＿就能保证预应力孔道压浆的密实度。键是选择合适的乳化剂，常用的乳化剂有`氧乙烯烷基醚、`氧乙烯烷基酯或自制的活性乳化剂。此法工艺简单，乳化剂用量也较少。但是所形成乳液中粒子尺寸较大，粒子形状不规则而且尺寸分布较宽，可以达到50μm。所制得的乳液稳定性不好，其成膜性能亦不好。

2.3 相反转法[7]

相反转法，即通过相反转将`合物从油包水状态变成水包油状态，是一种制备高分子树脂乳液较为有效的方法，几乎可以将所有高分子树脂通过外加乳化剂的作用制得相应的乳液。相反转制备水性环氧乳液的具体过程是，在高速剪切作用下将外加的乳化剂和环氧树脂混合均匀，然后在一定的剪切条件下加入蒸馏水，随着体系中水的增加，体系将由油包水转向水包油，当体系粘度突然降低或电导率不再增大时为相反转点，按照固含量要求继续在搅拌情况下加入蒸馏水，从而形成均匀稳定的水可稀释体系。相反转法的优点是工艺简单，成本低，易于实现工业化生产。制备的乳液粒子粒径较低，可以达到1~2μm，甚至更小，达到300nm。目前相关报道较多，这种方法的关键仍是乳化剂的选择，目前在固化过程中锚固件避免扰动，凝胶后于室温完全固化1-2天。趋向于用改性的环氧树脂为乳化剂。这种改性的环氧树脂一端引入了亲水基团如羟基、胺基、羧基，另一端又保留了环氧基等环氧树脂的特点，因而是一种乳化剂并且和环氧树脂相容性很好。然后将制备的乳化剂和环氧树脂混合，用相反转方法制备水性环氧树脂。这种方法的好处是可用不同分子量的环氧树脂和不同分子量（或不同的亲水基团）的亲水**物来制备一系列乳化剂，这就涉及到选择和优化的问题，往往通过实验研究能够制备性能好的水性环氧树脂。

3 环氧树脂水性化化学改性方法

常用的化学改性方法有自由基接枝改性法和功能性单体扩链法, 即通过适当的方法在环氧树脂分子中引入羧酸、磺酸等功能性基团, 再中和成盐。

3.1 自由基接枝改性法

自由基接枝改性法是利用双酚A环氧树脂分子链中的亚`基活性较大, 在过氧化物作用下易于形成自由基, 能与乙烯基单体共`, 具有低VOC 的水性涂料组合物。

3.2 功能性单体扩链法

主要是一些亲核基团或链段进攻环氧环将一些亲水基团或链段引入到树脂中。主要有以下四类[6]：

（1）利用环氧基与带有伯胺或仲胺基的低分子扩链剂如氨基酸、氨基苯`酸、胺基苯磺酸、醇胺类等化合物反应而在环氧树脂中引入羧基、羟基等亲水基团，然后以产物中的叔胺或改性剂中的其他基团为亲水基中和成盐，从而实现环氧树脂的水性化。

（2）利用环氧基与羧基化合物、酸酐或无机酸反应，得到亲水性好的改性环氧树脂，然后进行酯基水解和中和而引入亲水基团的。此酯化反应是以氢离子先较化环氧基，再以酸根离子进攻较化的环氧基，然后中和成盐而制备水性环氧树脂。

（3）用环氧树脂与不饱和脂肪酸酯

化制成环氧酯，再与乙烯型不饱和二元羧酸（或酐）与所制成的环氧酯上的脂肪酸上的双键加成以引进羧基，较后经胺（碱）中和成盐而制成水溶性环氧`合物。陈永等先用环氧树脂E－44 与油酸进行酯化反应，再与马来酸酐加成合成了一种阴离子型水性环氧树脂。

（4）对于分子质量较大的环氧树脂中的仲羟基，具有一定的活性，可通过其反应引入亲水基团或链段。对于利用仲羟基进行酯化反应，对环氧树脂的分子量的选择很重要。分子量太小，由于空间位阻效应，仲羟基不活波不能进行酯化反应；分子量太大，仲羟基含量很大，则反应时可能会很快而不易控制。

3.3 自由基接枝法

接枝反应是利用环氧树脂中次`基上的氢，在引发剂的作用下通过自由基`合机理将亲水性单体接枝到环氧树构件开裂荷载与抗弯刚度较非预应力碳纤维增强塑料加固的受弯构件有明显提高,屈服荷载下的挠度与概限荷载下的挠度较1F预应力碳纤维布构件有明显减小,碳纤维增强塑料*大应变较非预应力碳纤维增强塑料加固构件有明显增大,且碳坏时投有粘结碳坏的迹象;控制适当的预应力(预应变)水平,并不会引起构件的延性不足。在试验基础上初步摸索出了一套预应力碳纤维布材加固受弯构件的施工工艺与构造要求。脂链上，用氨水或**碱中和羧基成盐制备水可分散环氧树脂。

4?环氧乳液的应用

环氧乳液已用作玻璃纤维及其制品的浸润剂, 建筑涂料, 混凝土胶粘剂, 环氧树脂沙浆, 混凝土和胶泥, 罐头和易拉罐内壁涂料, 金属、钢结构防腐涂料, 地坪涂料等[10] 。当前的应用研究还主要是在地坪涂料、防腐涂料、防水堵漏、水泥灌浆和沙浆补强等领域。施雪珍[ 11] 研究了一种罐头用水性环氧涂料, 在加热的条件下, 用乙二醇单丁醚作溶剂溶解一定量的双酚A 型环氧树脂, 再加入一定比例的对氨基苯`酸, 真空除去乙二醇单丁醚, 得到改性环氧树脂。再将双酚A 型环氧树脂E- 20、非离子表面活性剂、改性环氧树脂按一定比例混匀并加热搅拌, 再加入一定量的二乙基乙醇胺, 通过相反转法制得的环氧树脂乳液。杨瑞影等[12] 采用对氨基苯`酸对环氧树脂部分环氧基开环引羧, 再加安全型皂化剂和活性分散剂制备了环氧树脂乳液, 并用之制成双包装、室温固化的防腐涂料。广州新白云国际机场南航站楼轻轨站地下工程的防水中就用到水性环氧树脂涂料。中国澳门南湾湖工程地下停车场混凝土外墙出现渗漏现象, 有裂缝漏水、蜂窝、麻面漏水、墙脚渗漏、伸缩缝渗水等, 需要采取防水补漏措施该工程使用TamRez210 水性特低黏度环氧粘合剂以及T am-Rez310 水性高强度环氧树脂胶也取得了成功[13] 。环氧乳液还可用于纺织品加工、造纸、油墨等领域[14] 。

5 结语

保护环境和节约能源这两大动力将推动EP 的水性化技术不断发展，高性能水性EP 的研究与开发会继续成为国内外学者研究的重点。今后我国航空**工业、汽车工业和电子电器工业的迅猛发展必将为我国水性EP 工业发展搭建良好的平台，开发各种高性能水性EP 会带来显着的经济和社会效益[15]。

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