针对双酚A型水性环氧涂料在低温高湿环境中易发生粉化、开裂等成膜缺陷的问题，本文通过分子结构创新，设计并合成了三种含环状结构的长链二酸化合物(CA)，替代双酚A(BPA)作为环氧树脂扩链剂，成功制备了具有良好储存稳定性的CE与CEB系列水性环氧树脂。研究发现，CA增韧效果显著，CE-4固化膜断裂伸长率达193%，CEB-80固化膜抗拉强度23.3MPa，断裂伸长率156%。当CA-4与BPA协同扩链(摩尔比为2:3或3:2)时，涂层在5℃下成膜连续、透明，且耐介质性能媲美水性双酚A环氧涂层。

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研究内容简介

研究背景

双酚A型水性环氧/胺涂料虽具备优异的机械性能与耐化学性，但其在低温环境下易发生粉化、开裂等成膜缺陷，导致保护性能失效，严重限制了寒冷地区的实际应用。传统异相增韧方法因相容性差、分散稳定性不足等问题，难以满足水性环氧体系的性能要求。为此，通过化学改性构建均相增韧网络结构，也成为提升水性环氧树脂低温适用性的关键研究方向。 

实验设计与创新

1. CA的合成：采用甲基六氢苯酐(MHHPA)分别与三种直链脂肪醇单体反应，制备三种含环状结构及不同碳链长度的二酸化合物(CA-4、CA-6、CA-10)。

2. CE系列水性环氧树脂的制备：采用CA对液态双酚A环氧树脂进行扩链，制得CE系列水性环氧树脂(图1a)，并探讨了CA结构中的长碳链间隔基的碳数对CE系列涂层的性能影响。

3. CEB系列水性环氧树脂的优化：基于CA-4与BPA的协同扩链，设计不同摩尔比的CEB系列水性环氧树脂(图1b)，探究了增韧剂比例对涂层性能的影响。

结果与讨论

1.CA结构对增韧效果的影响：

• CE系列环氧树脂：CA的长碳链与环状结构形成分子内增塑效应，显著提升CE固化膜的断裂伸长率，但柔性链段的引入降低了交联密度，导致抗拉强度下降(图2a)。

• CEB系列环氧树脂：CA-4与BPA的协同作用，可有效优化CEB系列环氧树脂交联网络。当CA-4与BPA摩尔比为2:3和3:2时，CEB-40和CEB-60涂层兼具优异的机械性能与耐介质性能。

2.低温成膜性：在5℃下，与水性双酚A环氧/胺涂层(CEB-0)相比，CE系列水性环氧/胺涂层呈现透明连续、无泛白开裂(图3)，且当CA-4的添加量≥40%时，CEB系列水性环氧/胺涂层的低温成膜性出现明显的提升(图4)。

应用前景

该技术通过调控水性环氧树脂的低温成膜性，构建了机械性能与耐介质性能的协同优化机制，为其在低温环境(如极地工程、冬季建筑涂装)和高性能需求场景(如汽车、船舶、建筑)中的应用提供了创新解决方案，显著提升了水性环氧树脂的综合性能，推动了环保涂料技术升级。

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论文通讯作者简介

Jun Ma:

STEM and Future Industries Institute, University of South Australia, SA, 5095, Australia

E-mail: Jun.Ma@UniSA.edu.au

付长清

江西水性涂料工程实验室，化学化工学院，江西科技师范大学

E-mail: fuchq0791@jxstnu.com.cn

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资助信息

本研究得到了国家自然科学基金(项目编号：21905121)和江西省有机功能分子重点实验室(项目编号：2024SSY05141)和澳大利亚研究理事会(项目编号：DP220103275)的支持。作者使用了人工智能来提升本文的语言表达和可读性。作者对本文的所有内容承担全部责任。

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原文信息

Yongshan Zhao, Hao Zhang, Xingzhu Zhu, Mengtong Wang, Duowei Shen, Changqing Fu**, Jun Ma*. Stable waterborne epoxy resins: Impact of toughening agents on coating properties, Smart Materials in Manufacturing, 2025, 3: 100079.

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原文链接

https://doi.org/10.1016/j.smmf.2025.100079

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期刊简介

Smart Materials in Manufacturing (SMMF) 是一本跨学科的开放获取型国际期刊。期刊主要关注最新型嵌入式功能材料的制造、加工及创新，聚焦现有及最前沿的处理新型材料及系统的制造技术。期刊主编由RMIT University的Cuie Wen教授担任。

SMMF主要刊发原创研究论文、权威评论和最前沿的研究理论及观点。涉及研究领域包括但不限于结构层次、仿生学、受控相位形成、结构适应性、形状记忆和变形能力、刺激响应、针对目标应用、传感和驱动的改进和定制特性。

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