目前化学改性是制备水性环氧树脂的主要方法

目前化学改性是制备水性环氧树脂的主要方法。化学改性法是通过打开环氧树脂分子中的部分环氧键，引入极性基团，或者通过自由基引发接枝反应，在环氧树脂分子骨架中引入极性基团，这些亲水性基团或者具有表面活性作用的链段能帮助环氧树脂在水中分散。由于化学改性法是将亲水性的基团通过共价键直接引入环氧树脂的分子中，因此制得的乳液稳定，粒子尺寸较小。化学改性法引入的亲水性基团可以是阴离子、阳离子或非离子的亲水链段。

（1）引入阴离子
通过酯化、醚化、胺化或自由基接枝改性法在环氧聚合物分子链上引入羧基、磺酸基等功能性基团，中和成盐后，环氧树脂就具备了水分散的性质。酯化、醚化和胺化都是利用环氧基与羧基、羟基或氨基反应来实现的。酯化是利用氢离子先将环氧基极化，酸根离子再进攻环氧环，使其开环，得到改性树脂，然后用胺类水解、中和。如利用环氧树脂与丙烯酸反应生成环氧丙烯酸酯，再用丁烯二酸（酐）和环氧丙烯酸酯上的碳碳双键通过加成反应生成富含羧基的化合物，最后用胺中和成水溶性树脂；或与磷酸反应成环氧磷酸酯，再用胺中和也可得到水性环氧树脂。醚化是由亲核性物质直接进攻环氧基上的碳原子，开环后改性剂与环氧基上的仲碳原子以醚键相连得到改性树脂，然后水解、中和。比较常见的方法是环氧树脂与对羟基苯甲酸甲酯反应后水解、中和；或者通过巯基乙酸与环氧树脂进行醚化反应之后水解中和，也可在环氧树脂分子中引入阴离子。胺化是利用环氧基团与一些低分子的扩链剂反应，如氨基酸、氨基苯甲酸、氨基苯磺酸（盐）等化合物上的氨基，在链上引入羧基、磺酸基团，中和成盐后可分散于水中。如用对氨基苯甲酸改性环氧树脂，使其具有亲水亲油两种性质，以改性产物及其与纯环氧树脂的混合物制成水性涂料，涂膜性能优良，保持了溶剂型环氧树脂涂料在抗冲击强度、光泽度和硬度等方面的优点，而且附着力提高，柔韧性大为改善，涂膜耐水性和耐化学药品性能优良。自由基接枝改性法是利用双酚A型环氧树脂分子上的亚甲基在过氧化物作用下易于形成自由基并与乙烯基单体共聚的性质，将（甲基）丙烯酸、马来酸（酐）等单体接枝到环氧树脂上，再用中和剂中和成盐，最后加水分散，从而得到水性环氧树脂。

（2）引入阳离子
含胺基的化合物与环氧基反应生成含叔胺或季胺碱的环氧，用酸中和后得到阳离子型的水性环氧树脂。例如，用酚醛型多官能团环氧树脂F.51与一定量的二乙醇胺发生加成反应（每个F.51分子中打开了一个环氧基）引入亲水基团，再用冰乙酸中和成盐，加水制得改性F.51水性环氧树脂乳液，该方法使树脂具备了水溶性或水分散性，同时每个改性树脂分子中又保留了两个环氧基，使改性树脂的亲水性和反应活性达到合理的平衡。由于环氧固化剂通常是含胺基的碱性化合物，两者混合后，体系容易失去稳定性而影响使用性能，因此这类树脂的实际应用较少。

（3）引入非离子的亲水链段
通过含亲水性的氧化乙烯链段的聚乙二醇（PEG）或其嵌段共聚物上的羟基或含聚氧化乙烯链上的胺基与环氧基团反应可以将聚氧化乙烯链段引入环氧分子链上，得到含非离子亲水成分的水性环氧树脂。该反应通常在催化剂存在下进行，常用的催化剂有三氟化硼络合物、三苯基磷、强无机酸等。

水性环氧树脂涂料和溶剂型环氧树脂涂料一样也是通过环氧树脂与固化剂反应交联成膜的，固化剂的性质对涂膜的物理和化学性能至关重要。因此，水性环氧固化剂成为水性环氧树脂涂料中的研究热点。要使环氧树脂与固化剂之间充分混合、固化，就需使二者的溶解度参数相匹配。亲水性的固化剂与疏水性环氧树脂间溶解度参数差异较大，得到的涂膜综合性能不好；疏水性固化剂与环氧树脂的溶解度参数匹配，若能固化则可得到综合性能较好的涂膜，但它难溶于水，不能稳定分散于水中，需要采用一些方法如成盐来提高其亲水性使其能稳定地分散于水中。目前常用的水性环氧固化剂主要为改性胺类固化剂：​（a）酰胺基胺，主要是C18脂肪酸和多元胺缩聚产物。​（b）聚酰胺，主要是C36二聚酸和多乙烯多胺缩聚产物。​（c）胺加成物，主要是胺与环氧加成物。水性环氧树脂固化剂常用的胺主要是脂肪族多胺、间苯二胺、曼尼基碱、聚氧乙烯二胺等。但这三类固化剂与环氧树脂相容性差，需进行改性提高其与环氧树脂的相容性以提高其固化性能。最常用的改性方法是降低固化剂中伯胺的含量。这种方法能降低固化剂的总体反应性，延长适用期和提高与环氧树脂的相容性的双重作用。典型的方法就是将其用单环氧化合物或丙烯腈封端。尽管这种方法降低了伯胺的含量，但骨架上的仲胺仍然足够产生交联。另一种方法就是通过减压蒸馏除去未反应的游离胺，这是因为低分子量胺会存在于水相中，当两组分混合时，这些游离胺会增加涂膜的水敏感性。尽管以上改性方法提高了固化剂与环氧树脂的相容性，但固化剂的水溶性也会随之降低。此外，为使固化剂在水中稳定分散，需加入有机酸成盐来提高水溶性。但残留的有机酸会降低涂膜的耐水性和耐蚀性，在金属上使用易出现闪锈，因此使用的有机酸应尽量少。少量的酸在固化后挥发，不会影响涂膜的耐蚀性。

由于水性环氧树脂优异的性能和特点，它被广泛应用于屋顶防漏、机场跑道、高架桥路面加固、停车场、运动场、厂房地坪、墙体、船舶、甲板、地下室及仓库、航空母舰停机坪、隧道等各领域。