隨著科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展以及人們新的理念和法規(guī)意識,對環(huán)保提出了愈來愈高的要求。灌漿材料向高固體分和水性化方向發(fā)展已成為灌漿界的共識。其中環(huán)氧樹脂灌漿材料是處理混凝土裂縫和基礎(chǔ)防滲補強用得較多的灌漿材料之一, 眾所周知,與溶劑型環(huán)氧灌漿材料相比,水性環(huán)氧灌漿材料具有諸多優(yōu)點,如低的揮發(fā)、較小的氣昧、使用安全、可用水清洗等。符合環(huán)保要求，環(huán)氧樹脂灌漿材料的水性化將有很大的發(fā)展前景，值得進行研究和應(yīng)用。

1、環(huán)氧樹脂灌漿材料的水性化配方指導(dǎo)思想

環(huán)氧樹脂灌漿材料水性化是指將環(huán)氧樹脂以及稀釋體系以微粒、液滴或膠體形式分散在水中而配得穩(wěn)定的分散體系。因此在配方設(shè)計中必須考慮如下幾點：

（1）所用環(huán)氧樹脂以及稀釋體系是水性的或水乳性的；

（2）固化劑是水性的或自乳化性的；

（3）可室溫或低溫固化；

（4）具有良好的可灌性

（5）力學(xué)性能滿足工程要求。

2、水性環(huán)氧樹脂灌漿材料的研究途徑

根據(jù)所用環(huán)氧樹脂物理狀態(tài)的不同可將水性環(huán)氧樹脂灌漿材料分成以下兩類 （可以往如下幾個方面進行研究）。

2.1 水性（或自乳化）環(huán)氧固化劑型環(huán)氧樹脂灌漿材料體系

該體系由低分子液體環(huán)氧樹脂及其稀釋劑、水性（或自乳化）環(huán)氧固化劑和水組成。低分子液體環(huán)氧樹脂通常為雙酚Ａ型液體樹脂，并采用各種活性稀釋劑來調(diào)節(jié)環(huán)氧樹脂的粘度和固化后涂膜的交聯(lián)密度。這類體系中的環(huán)氧樹脂一般預(yù)先不乳化，而由水性（或自乳化）環(huán)氧固化劑在使用前混合乳化，因而這類固化劑必須既是交聯(lián)劑又是乳化劑。水性（或自乳化）環(huán)氧固化劑合成時是以多胺為基礎(chǔ)，通過在其分子中引入具有表面活性作用的分子鏈段，使其成為兩親性分子，能夠很好地分散或溶解在水中，從而對低分子量的液體環(huán)氧樹脂具有良好的乳化作用。

該體系通常為零VOC體系。體系采用固化劑來乳化液體環(huán)氧樹脂，使用時可加水來調(diào)整粘度。

2.2 乳化環(huán)氧型環(huán)氧樹脂灌漿材料體系

該體系由低分子液體環(huán)氧樹脂乳液、環(huán)氧固化劑和水組成。制備環(huán)氧樹脂乳液必須要求特殊的高速分散設(shè)備，并且在加熱和添加少量溶劑的條件下才能制得粒徑較小、粒子分布較窄的乳液。同時要得到穩(wěn)定的環(huán)氧樹脂乳液，需加入乳化劑，由于環(huán)氧樹脂已預(yù)先配成乳液，不需要固化劑再對環(huán)氧樹脂進行乳化，因而固化劑只需具有交聯(lián)劑的功能，但固化劑必須要與環(huán)氧樹脂乳液形成均勻的體系。該體系的粘度可以用水來調(diào)整。

2.3水性環(huán)氧型環(huán)氧樹脂灌漿材料體系

該體系由水性環(huán)氧樹脂、環(huán)氧交聯(lián)劑和水組成。環(huán)氧樹脂水性化就是在環(huán)氧樹脂的分子上引入各種強親水性基團，使之具有水溶性或自乳化功能。在引入這種鏈段后，交聯(lián)形成的網(wǎng)鏈分子量有所提高，交聯(lián)密度下降，并且親水鏈段多為含醚鍵的碳鏈，所以對固化后涂膜有一定的增韌作用。該體系的粘度也可以用水來調(diào)整。

3、環(huán)氧樹脂水性化的制備方法

大多數(shù)環(huán)氧樹脂都不溶于水，只溶于芳香烴及酮類等有機溶劑。有機溶劑易燃、易爆、有毒、污染環(huán)境等缺點給儲運和施工帶來諸多不便。隨著環(huán)保意識的增強，以水為溶劑或分散介質(zhì)的水性環(huán)氧樹脂不僅是一種環(huán)保型材料，而且可在潮濕的或新澆注的水泥混凝土表面施工，有很好的附著力，可封閉混凝土毛細管水汽，可防止泛堿現(xiàn)象。可增加混凝土的柔性，提高抗折強度和抗?jié)B性。對施工環(huán)境要求不高，清洗方便，儲運和使用安全，因而成為環(huán)氧樹脂應(yīng)用的發(fā)展方向之一。

水性環(huán)氧樹脂可分為水乳型環(huán)氧樹脂膠液（環(huán)氧樹脂水乳液）和水溶型環(huán)氧樹脂膠液（環(huán)氧樹脂水溶液）兩類。其制備方法有三種，即非水溶性環(huán)氧樹脂借助于強烈的機械分散和乳化劑作用形成穩(wěn)定的水乳液；對環(huán)氧樹脂改性，使它具有水溶性或水可分散性；合成水溶性環(huán)氧樹脂。

3.1水乳型環(huán)氧的制備

水乳型環(huán)氧樹脂是以水為溶劑，將現(xiàn)有的雙酚A型環(huán)氧樹脂和該性環(huán)氧樹脂，使用適當?shù)谋砻婊钚詣柚诔暡ㄕ袷?、高速攪拌或均質(zhì)機乳化等手段可使環(huán)氧樹脂以微粒狀態(tài)分散在水中，形成穩(wěn)定的水乳液。表面活性劑是配制環(huán)氧樹脂水乳液的關(guān)鍵組分。主要有陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑、聚合物表面活性劑。用機械法制備水性環(huán)氧樹脂乳液的優(yōu)點是工藝簡單，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，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。當然提高攪拌分散時的溫度可以促進乳化劑分子在環(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。

3.2水性化改性環(huán)氧樹脂

通過適當?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，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鏈法和自由基接枝改性法。功能性單體擴鏈法是利用環(huán)氧基與一些低分子擴鏈劑如氨基酸、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，中和成鹽后就可分散在水相中。自由基接枝改性法是利用雙酚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。

    　3.3水溶性環(huán)氧樹脂

    　要使環(huán)氧樹脂具有水溶性，必須在其分子中含有足夠的羥基、羧基、氨基、酰氨基、醚基等強親水性基團。所需親水基團的最低數(shù)量與親水基團的極性大小、樹脂的結(jié)構(gòu)以及平均相對分子質(zhì)量等有關(guān)。樹脂的相對分子質(zhì)量小則水溶性好，因為相對分子質(zhì)量高的分子在水中的擴散速度慢，同時也由于相對分子質(zhì)量高的溶液粘度大，更增加了分子運動的阻力。相對分子質(zhì)量分布寬時水溶性好，因為分子間的互溶效應(yīng)常有利于水溶性的改善。但是平均相對分子質(zhì)量小、分布寬的環(huán)氧樹脂固化物的性能相對要差，所以應(yīng)在保證樹脂水溶性的前提下盡量使樹脂的相對分子質(zhì)量大一些、分布窄一些，以提高固化物的性能。樹脂的結(jié)晶度高時水溶性差，這是由于晶體分子間的結(jié)合力強，使其難以溶解。氫鍵的存在會使樹脂與水分子發(fā)生締合，從而會改善其水溶性。因此在進行水溶性環(huán)氧樹脂的分子設(shè)計和工藝設(shè)計時，應(yīng)綜合考慮以上影響水溶性的因素。

    　目前，自身具有水溶性的環(huán)氧樹脂多半是多元醇的縮水甘油醚。它們是由多元醇與環(huán)氧氯丙烷在堿的作用下合成的。其分子鏈上含有羥基、醚鍵等，因而具有水溶性。

    　其他類型水溶性環(huán)氧樹脂還有二羧酸二縮水甘油酯和海因環(huán)氧樹脂等。

    　3.4水性環(huán)氧固化劑的品種

    　水性環(huán)氧固化劑大多為多乙烯多胺，如二乙烯三胺、三乙烯四胺的改性產(chǎn)物.包括酰胺化多胺、聚酰胺和環(huán)氧-多胺加成物，通過在多乙烯多胺分子中引入非極性基團，改善了它們與環(huán)氧樹脂的相容性。酰胺化多胺用作水性環(huán)氧樹脂的固化劑，由于酰胺化的多胺具有乳化劑的功能，因而低分子量的液體環(huán)氧樹脂不需要預(yù)先乳化，而由酰胺化的多胺在施工前混合乳化，具有施工性能好、適用期長等優(yōu)點。因此酰胺化的多胺及其該性固化劑在水性環(huán)氧中得到廣泛的應(yīng)用。

    　4、開發(fā)水性環(huán)氧樹脂灌漿材料有得改善的問題

    　水性環(huán)氧樹脂灌漿材料具有對環(huán)境無污染，對許多基材包括潮濕基材都有良好的粘接力，操作安全方便等諸多優(yōu)點，有很好的應(yīng)用前景，但在開發(fā)和實際應(yīng)用中還有不少問題有得改善。

    　灌漿過程中，水如何盡可能的排除，在低溫及潮濕和有水條件更需要解決好。

    　水的冰點為零攝氏度，在小于零攝氏度水性環(huán)氧樹脂灌漿材料的穩(wěn)定性問題有待改善。

    　水性環(huán)氧樹脂灌漿材料的固化體系在低溫下固化非常緩慢，這也有待改善。

    　令人高興的是，目前我國許多科研單位已開始研究水性環(huán)氧樹脂灌漿材料，人們在水性環(huán)氧樹脂、以及與之配套的固化體系、該性助劑方面和灌漿工藝條件的合理選擇。已取得良好的改善效果。

    　　參考文獻：

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    　　[2]孫曼靈. 環(huán)氧樹脂應(yīng)用原理與技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002。

    　　[3]石紅菊，張亞峰，葛家良，等.一種新型水溶性環(huán)氧樹脂灌漿材料的制備及性能[J].湖南大學(xué)學(xué)報，2004，8。

    　　作者簡介：魏 濤（1964-），男，河南鄧縣人，長江科學(xué)院材料結(jié)構(gòu)所新材料室高級工程師，從事新材料開發(fā)及混凝土的修補工作