环氧树脂的水性改性及应用简述穆仕敏高材1205 学号：20120221165摘要：环氧树脂为多官能度化合物具有高模量、高强度和耐化学性好、热稳定性好，由于本身的高粘结性，高硬度性，还有高韧性而被广泛的运用于涂料、胶粘剂、皮革涂饰剂等方面。
环氧树脂不溶于水，而溶剂型环氧树脂往往带有大量的溶剂，对环境产生危害，随着绿色健康越来越受人们的关注，水性环氧树脂的的研究非常具有前景，是践行未来可持续发展道路的重要方式。
本文介绍了改性环氧树脂的方法以及水性环氧树脂的优良性质。
关键词：环氧树脂，改性，水性，涂料一、传统环氧树脂含双酚A的环氧树脂：有双酚A和环氧氯丙烷缩合生成的环氧树脂为两端有环氧结构的线性的齐聚物由于环氧树脂中含有苯环，旋转型差，硬度强，所以常常出现了许多改性的环氧树脂，目的是增强其韧性。
固化后的环氧树脂具有良好的物理、化学性能，它对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度，介电性能良好，变定收缩率小，制品尺寸稳定性好，硬度高，柔韧性较好，对碱及大部分溶剂稳定，因而广泛应用于国防、国民经济各部门，作浇注、浸渍、层压料、粘接剂、涂料等用途，但是纯的环氧树脂耐热性和韧性不高，耐湿热性和耐候性差。
固体收缩性大，较脆的缺点。
一、环氧树脂改性2.1、水性环氧树脂乳液的制备方法环氧树脂本身不溶于水,不能直接加水进行乳化,要制备稳定的水性环氧树脂乳液,必须设法在其分子链中引入强亲水链段或者在体系中加入亲水亲油组分。
根据制备方法的不同,环氧树脂水性化有三种方法：机械法、化学改性法和相反转法2.1.1、机械法工作原理：将固体环氧树脂预先磨成微米级的环氧树脂粉末,在加热的条件下加入乳化剂水溶液,通过激烈的机械搅拌即可制得水性环氧树脂乳液，提高搅拌分散时的温度可以促进乳化剂分子在环氧树脂微粒表面更为有效地吸附,使得环氧树脂微粒能较为稳定地分散在水相中。
根据引入的具有表面活性作用的亲水基团性质的不同,自乳化型水性环氧树脂乳液可分为阴离子型、阳离子型和非离子型三种。
优点：优点是工艺简单,所需乳化剂用量较少。
缺点：乳液中环氧树脂分散相微粒尺寸较大,粒子形状不规则且尺寸分布较宽,所配得的乳液稳定性差，粒子之间容易相互碰撞而发生凝结现象,且乳液的成膜性能也欠佳2.1.2.化学改性法作用原理：化学改性法是通过对环氧树脂分子进行改性,将离子基团或极性基团引入到环氧树脂分子的非极性链上,使它成为亲水亲油的两亲性聚合物,从而具有表面活性剂的作用,这类改性后的高聚物又称离聚体。
当这种改性聚合物加水进行乳化时,疏水性高聚物分子链就会聚集成微粒,离子基团或极性基团分布在这些微粒的表面,由于带有同种电荷而相互排斥,只要满足一定的动力学条件,就可形成稳定的水性环氧树脂乳液。
优点：环氧树脂乳液中分散相粒子的尺寸很小,约为几十到几百个纳米，产品优良。
缺点：但化学改性法的制备步骤不易控制,产品的成本也较高。
2.1.3.相反转法定义：使高分子树脂借助于外乳化剂的作用并通过物理乳化的方法制得相应的乳液工作原理：相反转[12]原指多组分体系(如油/水/乳化剂)中的连续相在一定条件下相互转化的过程,如在油/水/乳化剂体系中,其连续相由水相向油相(或从油相向水相)的转变,在连续相转变区,体系的界面张力最低,因而分散相的尺寸最小。
优点：可以在室温下进行。
缺点：在这过程中,水性环氧树脂乳液的许多性质会发生突变,如体系的粘度、导电性和表面张力，需要比较精确控制。
2.2水性改性后环氧树脂特性成膜机理：水性环氧树脂涂料是一种乳液涂料,其成膜机理与一般的聚合物乳液涂料如丙烯酸乳液的成膜有很大的区别,同时与溶剂型环氧树脂涂料的成膜也不完全相同。
1、一般聚合物乳液涂料的固化成膜为一物理过程,分散相粒子的玻璃化温度较低,在水分挥发后就形成紧密堆积的结构,并在毛细管压力作用下凝结成膜。
在溶剂型环氧树脂涂料体系中,环氧树脂和固化剂均以分子形式溶解在有机溶剂中,形成的体系是均相的,固化反应在分子之间进行,因而固化反应进行得比较完全,所形成的涂膜也是均相的。
2、水性环氧树脂涂料为多相体系,环氧树脂以分散相形式分散在水相中,水性环氧固化剂则溶解在水中。
成膜时将两个组分混合后的体系涂布在基材上,在比较适宜的温度条件下,水分蒸发得很快。
当大部分水分蒸发后,环氧树脂乳胶粒子相互接触,形成紧密堆积的结构,残余的水分和固化剂分子则处在环氧树脂分散相粒子的间隙处。
随着水分的进一步蒸发,环氧树脂分散相粒子开始凝结,形成更为紧密的六边形排列结构。
与此同时,固化剂分子扩散到环氧树脂分散相粒子的界面及其内部发生固化反应。
该固化成膜机理也可解释为水性环氧树脂体系由水包油的状态向油包水转变,与用相反转法配制环氧树脂乳液的过程刚好相反三、改性树脂的应用1、环氧树脂具有优异的粘接性能、耐磨性能、机械性能、电绝缘性能、化学稳定性能、耐高低温性能,以及收缩率低、易加工成型和成本低廉等优点,在胶黏剂、电子仪表、轻工、建筑、机械、航天航空、涂料、电子电气绝缘材料及先进复合材料等领域得到广泛应用。
2、环氧树脂后期经过改性后可以得到更多优异的性能，如热塑性树脂增韧环氧树脂（桥联约束或者裂纹钉锚效应）、使环氧树脂互相穿为网络树脂（IPN）、热致性液晶聚合物增韧环氧树脂（）液晶中含有大量刚性介质晶元和一定量的柔性间断）刚性分子改性环氧树脂（（粒子与粒子之间的复合填充）、核壳结构聚合物增韧环氧树脂（核壳内部有特殊的双层和多层结构，环氧树脂可以通过这个获得显著的增韧效果）。
环氧树脂经过这样的改性之后，具有更好的耐冲击性，刚性，可以应用于高强度的领域。
环氧树脂通过改性向着高功能性、高附加值产品系列的方向转化。
这种发展趋势使得对其增韧机理的研究日益深入,增韧机理的研究对于寻找新的增韧方法提供了理论依据,因此可以预测新的增韧方法及增韧剂将会不断出现。
3、环氧树脂可做为固化剂，例如固化聚氨酯，可以使交联更完善，分子量窄，在邓朝霞等的《环氧树脂改性水性聚氨酯的的合成研究》中有过冲击性能的测试，相比其他的固化剂，环氧树脂固化的聚氨酯在受到同样的冲击力之后，表面痕迹较小，相比其他的固化剂，耐冲击性能更好。
环氧树脂作为大分子扩链剂,充分利用环氧树脂的环氧基和羟基参与反应,形成多重交联后所得到的改性WPU树脂的综合性能得到改善。
四、结论：1、在环氧树脂合成方面：利用水性聚合大大改善了对环境的影响，是国家倡导的生态文明的一种发展趋势。
2、增韧增强研究方面：取得了很大进展,但仍存在问题,如用反应性液态聚合物和热塑性树脂增韧EP,可使冲击强度成倍地提高,但模量、耐热性能、拉伸性能均有所下降;用热致液晶改性EP虽然在增加韧性的同时,保持了其它力学性能和耐热性,但其合成和原料来源困难,造价昂贵,且热致性液晶的热变形温度很高,难与通用型基体聚合物匹配,造成加工成型困难。
因此,今后EP增韧增强的研究应从以下三个方面着手:(1)合成和寻找新的具有优异力学性能,能与EP很好相容且能在EP中分散良好的增韧增强材料。
(2)寻找新的制备方法,使改性剂和EP成型或加工方便,使改性易于进行。
(3)拓宽EP研究和应用领域,使改性EP真正得到广泛的实际应用五：参考文献1、环氧树脂增韧改性技术研究进展和新方法及其机理刘野, 杜明黑龙江省石油化学研究院,黑龙江哈尔滨150040)2、环氧树脂的改性研究进展白云起, 薛丽梅, 刘云夫(黑龙江科技学院,黑龙江哈尔滨150027)3、有机硅改性提高环氧树脂韧性和耐热性的研究苏倩倩1, 2,刘伟区1*,侯孟华1, 2(1.中国科学院广州化学研究所,广东广州510650; 2.中国科学院研究生院,北京100039)4、双组分水性环氧树脂涂料陈铤*,施雪珍,顾国芳(同济大学材料科学与工程学院,上海200092)5、自乳化型水性环氧树脂固化剂的制备及性能任天斌, 黄艳霞, 范亚平, 顾国芳, 朱立华, 任杰*(同济大学材料科学与工程学院,上海200092)6、聚氨醋改性环氧树脂胶粘剂的制备及性能研究刘芳,方穗峰,倪茂君,罗远芳,贾德民(华南理工大学材料科学与工程学院,广东广州510641)7、环氧树脂水性化技术进展刘洋,黄焕,孔振武,吴国民,陈健(中国林业科学研究院林产化学工业研究所,国家林业局林产化学工程重点开放性实验室,南京210042)8、环氧树脂改性水性聚氨酯乳液的制备朱延安1, 2,张心亚1,阎虹1,曹树潮2,陈焕钦1 (1.华南理工大学化工与能源学院,广东广州510641; 2.广东嘉宝莉化工有限公司,广东江门529085)9、环氧树脂改性水性聚氨酯的合成研究* 邓朝霞,叶代勇,黄洪,陈焕钦(华南理工大学化工与能源学院化工研究所,广东广州510640)10、A-172 /丙烯酸酯接枝改性水性环氧树脂的制备与性能孙兴春邱藤李效玉* (北京化工大学材料科学与工程学院,北京100029)11、非离子型活性乳化剂及其环氧树脂的制备和性能赵立英马会茹孙志刚官建国*( 武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室430070)12、轻基磷灰石增强环氧树脂结构胶的力学性能研究谢国辛(1.深圳市罗沙工程投资开发有限公司,广东省深圳市陈健聪2518(XX);2.湖南大学土木工程学院,湖南省长沙市410082）13、纳米材料改性环氧树脂结构胶粘接强度的研究*彭勃1,陈健聪1,陈健明2(1.湖南大学土木工程学院,湖南长沙410082;2.中国科学院化学研究所,北京100080)14、几种胺类固化剂对环氧树脂固化行为及固化物性能的影响谭家顶,程珏,郭晶,张军营(北京化工大学碳纤维及功能高分子教育部重点实验室,北京100029)15、双组分水性环氧树脂涂料陈铤*,施雪珍,顾国芳(同济大学材料科学与工程学院,上海200092)。