一种风电叶片防护涂料及其制备方法与流程

1.本发明涉及涂料技术领域，特别涉及一种风电叶片防护涂料及其制备方法。


背景技术：

2.风能、太阳能、生物质能和地热等可再生能源，能减少对化石燃料的依赖、改善能源结构、保护自然资源及推动经济发展，在应对日益增长的能源需求和气候变化方面发挥着重要作用。
3.利用风力涡轮机可以将风能转换为电能。风力涡轮机叶片是风力涡轮机的核心部件之一，由于大型风力机叶片运行时具有较高线速度最高，尤其是前缘位置，线速度可高于100m/s。即使是微小物质，如雨滴、冰雹、砂粒和各种昆虫的撞击也会导致严重的侵蚀损伤。此外，叶片长期暴露在恶劣的环境中，如强紫外线、含风沙、雨水、盐雾、湿热环境、高温。因此，风力机叶片的表面保护是必要的和至关重要的，它对发电、维护成本和叶片寿命都起着重要的作用；综上，适用于风电叶片防护涂料需要具备高冲击性和高拉伸强度等力学性能，同时需要具备良好的耐候性、耐磨性、砂石防护性和耐腐蚀性，以满足风力机叶片的表面防护要求。
4.目前，风力机叶片防护涂层主要有聚氨酯涂层、聚天门冬氨酸酯涂层。聚天门冬氨酸酯相比聚氨酯涂层中的固化受对水分十分敏感，受空气湿度影响大，往往需要添加除水剂；在《上海涂料》第53卷第7期，2015年7月公开的文章《聚天门冬氨酸酯聚脲重防腐涂料的制备与性能》中，公开了一种聚天门冬氨酸酯涂层的制备，该涂层需要使用分子筛活化粉吸水；实际生产过程中该聚天门冬氨酸酯聚脲重防腐涂料存在以下缺陷：分子筛容易在储存过程中吸收水分，而吸收了水分后，会给体系带入水分，造成适用期的问题；如果要再次活化需要高温，使用极不方便。
5.申请号为cn201610647394.9，公开日为2016年11月23日的中国专利，公开了一种适用期可调的风电叶片涂料及其制备方法，采用了液体丁腈橡胶与聚天门冬氨酸共混提高柔韧性，然而丁腈橡胶与聚天门冬氨酸之间为共混，在冲击力作用下易形成缺陷，其抗冲击性能不佳，使得其应用于风力机叶片的表面防护时防护效果不佳。


技术实现要素：

6.为解决上述背景技术中所提到的现有的风电叶片涂料防护效果不足的问题；本发明提供一种风电叶片防护涂料，其包括甲组分和乙组分；
7.所述甲组分包括多元醇树脂、端羟基聚丁二烯以及全氟聚醚醇；
8.所述乙组分包括二氧化硅接枝异氰酸酯溶液以及异氰酸酯固化剂。
9.其中，本发明提供的风电叶片涂料所制备的涂层具有优异的耐候性、耐磨性、断裂伸长率和拉伸强度、砂石防护性；其作用机理在于：本发明中多元醇树脂，端羟基聚丁二烯，全氟聚醚醇与乙组分反应形成不同交联网络，多元醇树脂与异氰酸酯固化剂形成三维网络结构，提供较高的强度；端羟基聚丁二烯具有2官能度，全氟聚醚醇具有单官能度，二者均与
异氰酸酯固化剂发生反应，且具有一定的活动空间，具有提供良好的柔韧性。
10.并且，本发明的乙组分中，将二氧化硅与异氰酸酯接枝处理制得二氧化硅接枝异氰酸酯溶液，二氧化硅形成补强位点，端羟基聚丁二烯进行增韧，二氧化硅表面进行树脂接枝可避免直接加入形成团聚，且端羟基聚丁二烯与异氰酸酯固化剂之间形成化学键，避免共混带来的相分离带来的力学性能下降；二者共同作用以提高涂层力学性能，使得涂层具有优异的拉伸强度和断裂伸长率；另外，本发明的甲组分中所设计的全氟聚醚醇具有润滑作用，有利于防护砂石，提高耐磨性，且含氟基团可提供优异的耐侯性，解决分子链断裂，造成力学性能下降的问题。
11.在一些实施例中，所述多元醇树脂、端羟基聚丁二烯与全氟聚醚醇的重量比为(20～30)：(5～15)：(5～15)；
12.所述二氧化硅接枝异氰酸酯溶液与异氰酸酯固化剂的重量比为(10～20)：(80～90)。
13.在一些实施例中，按照重量份数计，所述甲组分包括了20～30份多元醇树脂，5～15份端羟基聚丁二烯，5～15份全氟聚醚醇，0.3～1.0份分散剂，0.3～1.0份消泡剂，0.2～0.5份偶联剂，0.5～1.0份触变剂，45～60份颜填料；所述乙组分包括了10～20份二氧化硅接枝异氰酸酯溶液，80～90份异氰酸酯固化剂。
14.在一些实施例中，所述乙组分中nco含量与所述甲组份中oh含量的摩尔比为1.0～1.1。
15.在一些实施例中，所述多元醇树脂的固含量为70％～90％，羟基含量为2.0～4.5％。
16.在一些实施例中，所述端羟基聚丁二烯的羟值为0.47～0.53mmol/g，且其数均分子量为3000～4000；所述全氟聚醚醇的分子量为1000～5000。
17.在一些实施例中，所述异氰酸酯固化剂为脂肪族聚异氰酸酯。
18.在一些实施例中，所述二氧化硅接枝异氰酸酯溶液由纳米二氧化硅于无水二甲苯中分散，并与异氰酸酯反应制得。
19.在一些实施例中，所述分散剂为聚合物分散剂；所述消泡剂为有机硅类消泡剂；所述颜填料为钛白粉、滑石粉、沉淀硫酸钡、重晶石粉、云母粉、长石粉及硅灰石粉中的一种或多种组合，粒径为800～1250目；所述触变剂为有机膨润土，ultra，lv中的一种或多种组合。
20.本发明还提供一种如上所述的风电叶片防护涂料的制备方法,其包括以下步骤：
21.s100:将多元醇、端羟基聚丁二烯、全氟聚醚醇、分散剂、消泡剂、偶联剂分散均匀，得混合物m；
22.s200:在s100中得到的混合物m中加入颜填料和触变剂并分散均匀，即得到甲组分；
23.s300:将二氧化硅接枝异氰酸酯溶液及异氰酸酯固化剂混合分散均匀，即得到乙组分。
24.基于上述，与现有技术相比，本发明提供的风电叶片防护涂料，具有以下有益效果：
25.本发明提供的风电叶片防护涂料所制备的涂层具有优异的耐候性、断裂伸长率和拉伸强度、耐磨性和砂石防护性。
26.本发明的其它特征和有益效果将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他有益效果可通过在说明书、权利要求书中所指出的结构和/或组分来实现和获得。
具体实施方式
27.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；下面所描述的本发明不同实施方式中所设计的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.在本发明的描述中，需要说明的是，本发明所使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义，不能理解为对本发明的限制；应进一步理解，本发明所使用的术语应被理解为具有与这些术语在本说明书的上下文和相关领域中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的意义来理解，除本发明中明确如此定义之外。
29.本发明提供一种风电叶片防护涂料的制备方法,其包括以下步骤：
30.s100：向分散缸中加多元醇树脂、端羟基聚丁二烯、全氟聚醚醇、分散剂、偶联剂和消泡剂，在(500～1000)rpm下分散10～20min将物料分散均匀，得到混合物m；
31.s100：在s100中得到的混合物m中加入颜填料，1500～3000rpm下分散1～2h，后加入触变剂分散20～30min，即得所述甲组分。
32.s300:向分散缸中加入二氧化硅接枝异氰酸酯溶液和异氰酸酯固化剂，
33.(500～1000)rpm下分散20～30min将物料混合分散均匀，即得到乙组分。
34.其中，所述甲组分和乙组分的配方为：按照重量份数计，所述甲组分包括了20～30份多元醇树脂，5～15份端羟基聚丁二烯，5～15份全氟聚醚醇，0.3～1.0份分散剂，0.3～1.0份消泡剂，0.2～0.5份偶联剂，0.5～1.0份触变剂，45～60份颜填料；所述乙组分包括了10～20份二氧化硅接枝异氰酸酯溶液，80～90份异氰酸酯固化剂。
35.其中，所述二氧化硅接枝异氰酸酯溶液由二氧化硅，异氰酸酯及无水二甲苯组成；本发明还提供一种二氧化硅接枝异氰酸酯溶液的制备方法，具体为：将纳米二氧化硅在真空烘箱中干燥一定时间后，分散于二甲苯中，超声分散一定后，加入异氰酸酯，在氮气保护下，机械搅拌下于65～80℃下反应6～8h,制得二氧化硅接枝异氰酸酯溶液；其中，纳米二氧化硅、无水二甲苯、异氰酸酯的配比为(15～25)g:(25～50)g:(25～50)g；异氰酸酯选用脂肪族异氰酸酯。其中，优选地，二氧化硅接枝异氰酸酯溶液的原料异氰酸酯选用的与乙组分中所述异氰酸酯固化剂一致。
36.本发明还提供以下实施例和对比例的配方(单位：重量份数)，如下表1所示：
37.表1
38.[0039][0040]
其中，实施例和对比例中，在所述各个原材料组分相同的基础上，对各个原材料的添加重量份数进行调整:表1中，所述多元醇树脂为羟基丙烯酸树脂，固含量为80％，羟基含量为3.0％；所述端羟基聚丁二烯的羟值为0.5mmol/g，且其数均分子量为3500；所述全氟聚醚醇选用pfpe-oh-2000；所述分散剂为优卡化学510s；所述消泡剂为efka-2022；所述偶联剂为kh550；所述触变剂为lv；所述颜填料为钛白粉、滑石粉、沉淀硫酸钡、云母粉、长石粉，粒径为800-1250目；所述异氰酸酯固化剂选用ht-600；
[0041]
所述二氧化硅接枝异氰酸酯溶液的制备过程如下：
[0042]
所述二氧化硅接枝异氰酸酯溶液由二氧化硅，异氰酸酯及无水二甲苯组成；制备方法为：将纳米二氧化硅在真空烘箱中干燥24h后，分散于无水二甲苯中，超声30min后，加入异氰酸酯，在氮气保护下，机械搅拌70℃下，反应7h,其中，纳米二氧化硅、无水二甲苯、异氰酸酯的配比为25g:50g:25g，制得的二氧化硅接枝异氰酸酯溶液为100g。所述异氰酸酯选用脂肪族异氰酸酯，且其与选用的异氰酸酯固化剂(ht-600)一致。
[0043]
上述实施例与对比例按以下制备方法制得甲组分和乙组分：
[0044]
s100：向分散缸中加多元醇树脂、端羟基聚丁二烯、全氟聚醚醇、分散剂、偶联剂和消泡剂，在1000rpm下分散15min将物料分散均匀，得到混合物m；
[0045]
s100：在s100中得到的混合物m中加入颜填料，2000rpm下分散1.5h，后加入所述触变剂分散25min，即得所述甲组分。
[0046]
s300:向分散缸中加入二氧化硅接枝异氰酸酯溶液和异氰酸酯固化剂，1000rpm下分散20min将物料混合分散均匀，即得到乙组分。
[0047]
将上述实施例制得的产物以及对比例制得的产物均按照表1中的甲组分和乙组分比例进行混合使用后，进行以下性能测试并得出其测试结果，如下表2所示：
[0048]
表2实施例和对比例性能数据
[0049]
[0050]
[0051][0052][0053]
由表2的测试结果可知，上述实施例中所制备的涂层具有优异的耐候性、耐磨性、
断裂伸长率和拉伸强度、砂石防护性；另外，本发明提供的该风电叶片防护涂料的制备方法简单，所制备的涂料可刷涂，辊涂或喷涂，适用于大面积施工。
[0054]
其中，与实施例3相比，对比例1中没有添加端羟基聚丁二烯(即对比例1与实施例3的区别仅在于其没有添加端羟基聚丁二烯)；
[0055]
对比例2没有添加全氟聚醚醇(即对比例2与实施例3的区别仅在于其没有添加全氟聚醚醇)；
[0056]
对比例3中没有添加端羟基聚丁二烯与全氟聚醚醇(即对比例3与实施例3的区别仅在于其没有添加端羟基聚丁二烯与全氟聚醚醇)；
[0057]
对比例4没有添加二氧化硅接枝异氰酸酯溶液(即对比例4与实施例3的区别仅在于其没有添加二氧化硅接枝异氰酸酯溶液)；
[0058]
对比例5的乙组分中二氧化硅事先不与异氰酸酯接枝，直接加入，其余成分和实施例3相同。
[0059]
通过实施例和对比例的比对结果可知：
[0060]
相比实施例3，对比例1的断裂伸长率和拉伸强度显著减小，且耐磨性和砂石防护性显著降低；
[0061]
相比实施例3，对比例2的断裂伸长率和拉伸强度显著减小，且耐磨性能、耐紫外性能(即耐候性能)和砂石防护性显著降低；
[0062]
相比实施例3，对比例3的断裂伸长率和拉伸强度显著减小，且耐磨性能、耐紫外性能(即耐候性能)和砂石防护性显著降低；
[0063]
相比实施例3，对比例4的断裂伸长率和拉伸强度显著减小，且耐磨性能和砂石防护性显著降低；
[0064]
对比例5中将实施例3中的二氧化硅接枝异氰酸酯溶液直接替换成的二氧化硅和异氰酸酯固化剂(即将二氧化硅接枝异氰酸酯溶液的接枝前的原料二氧化硅和异氰酸酯固化剂直接加入)，相比实施例3，对比例5的断裂伸长率和拉伸强度显著减小，且耐磨性能和砂石防护性显著降低。
[0065]
相对本发明限定的所述多元醇树脂、端羟基聚丁二烯与全氟聚醚醇的配比范围，对比例6的端羟基聚丁二烯过多，与实施例3进行比较，其附着力下降，耐紫外性能下降，拉伸强度降低，交联度下降，耐酸性和耐碱性试验后二次附着力显著下降，耐盐雾性能下降，且砂石防护性降低；
[0066]
对比例7中的全氟聚醚醇过多，与实施例3进行比较，其附着力下降，交联密度下降，拉伸强度显著下降，耐酸性和耐碱性试验后二次附着力显著下降，耐盐雾性能下降，且砂石防护性降低；
[0067]
对比例8端羟基和全氟聚醚醇添加量不足，与实施例3进行比较，其断裂伸长率下降，且耐紫外性能、耐磨性能和砂石防护性降低。
[0068]
需要说明的是：
[0069]
除了上述具体实施例体现的实际选择外，所述多元醇树脂、端羟基聚丁二烯与全氟聚醚醇的重量比在(20～30)：(5～15)：(5～15)范围内均可行，所述二氧化硅接枝异氰酸酯溶液与异氰酸酯固化剂的重量比在(10～20)：(80～90)范围内均可行，通过合适比例，平衡交联密度和柔韧性及强度，包括但不限于上述实施例方案；
[0070]
除了上述具体实施例体现的实际选择外，优选地，所述多元醇树脂可选用羟基丙烯酸树脂、聚酯多元醇树脂中的一种或多种组合，包括但不限于上述实施例方案；
[0071]
除了上述具体实施例体现的实际选择外，优选地，所述多元醇树脂可选用固含量在70％～90％，羟基含量在2.0～4.5％范围内的多元醇树脂，包括但不限于上述实施例方案；
[0072]
除了上述具体实施例体现的实际选择外，优选地，所述端羟基聚丁二烯可选用羟值在0.47～0.53mmol/g，数均分子量在3000～4000范围内的端羟基聚丁二烯，包括但不限于上述实施例方案；
[0073]
除了上述具体实施例体现的实际选择外，优选地，所述全氟聚醚醇可选包分子量在1000～5000范围内的全氟聚醚醇，包括但不限于上述实施例方案；
[0074]
除了上述具体实施例体现的实际选择外，优选地，所述异氰酸酯固化剂可选用现有的聚异氰酸酯，例如可优选脂肪族聚异氰酸酯，本领域技术人员可根据需求于现有原料中适用性选择，包括但不限于上述实施例方案；
[0075]
除了上述具体实施例体现的实际选择外，优选地，所述分散剂可选用现有的聚合物分散剂，例如优卡化学510s，优卡化学568s，优卡化学615s等，本领域技术人员可根据需求于现有原料中适应性选择，包括但不限于上述实施例方案；
[0076]
除了上述具体实施例体现的实际选择外，优选地，所述消泡剂可选用现有的有机硅类消泡剂，例如byk公司的byk-530，byk-066n，efka-2022，efka-2040，优卡化学的272s，优卡化学245s等，本领域技术人员可根据需求于现有原料中适应性选择，包括但不限于上述实施例方案；
[0077]
除了上述具体实施例体现的实际选择外，优选地，所述颜填料可选用钛白粉、滑石粉、沉淀硫酸钡、重晶石粉、云母粉、长石粉及硅灰石粉中的一种或多种组合，且粒径在800～1250目范围内均可行，包括但不限于上述实施例方案；
[0078]
除了上述具体实施例体现的实际选择外，优选地，所述触变剂可选用有机膨润土，ultra，lv中的一种或多种组合，包括但不限于上述实施例方案。
[0079]
上述实施例中的具体参数或一些常用试剂，为本发明构思下的具体实施例或优选实施例，而非对其限制；本领域技术人员在本发明构思及保护范围内，可以进行适应性调整。
[0080]
此外，若无特殊说明，所采用的原料也可以为本领域常规市售产品、或者由本领域常规方法制备得到。
[0081]
另外，本领域技术人员应当理解，尽管现有技术中存在许多问题，但是，本发明的每个实施例或技术方案可以仅在一个或几个方面进行改进，而不必同时解决现有技术中或者背景技术中列出的全部技术问题。本领域技术人员应当理解，对于一个权利要求中没有提到的内容不应当作为对于该权利要求的限制。
[0082]
尽管本文中较多的使用了诸如多元醇树脂、端羟基聚丁二烯、全氟聚醚醇等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的；本发明实施例的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
[0083]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。