一种防覆冰涂料及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及涂料化工技术领域，具体涉及一种防覆冰涂料及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002] 风电、通信、电力、航空和运输等设备的覆冰现象给人们的生产、生活带来诸多不 便，严重时会造成重大经济损失，因此如何解决关键部件表面结冰问题一直是国内外的研 宄热点。
[0003] 例如，风能作为一种绿色无污染、可持续发展的新能源，已成为人类能源的重要组 成部分。风电叶片表面在冬季极易结冰，影响风机的动力平衡，而风电叶片转速较高，离心 力较大，在严重失衡情况下，叶片将发生断裂，造成较大损失，甚至危及人身安全，后果不堪 设想。近年来出来了以下几种解决方案：一种方法是利用叶轮旋转时产生的离心力将冰甩 掉，但会加重机体载荷，导致加速元件老化；二是把风电叶片涂成黑色，但是夏天风电叶片 易产生高温变形，影响风电效率。专利CN102562479A通过一种叶片除冰系统监测叶片温 度，若叶片温度过低，内部热循环给叶片加热，但这种方法能耗大，在严寒地区会因加热不 足而导致覆冰现象难以有效消除。风电叶片涂料可一定程度上缓解风电叶片的覆冰问题。 我国风电技术起步较晚，风电叶片涂料技术最初完全由国外引进，发展速度缓慢，但是随着 我国风电产业的蓬勃发展，风电叶片涂料也得到了快速发展；专利CN103992707A公开了一 种高性能风电叶片防护涂料及其制备方法，使用羟基丙烯酸树脂作为主要成膜物质，但是 仍然无法满足风电行业对于风电叶片等防覆冰的要求。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种疏水性好、能够降 低基材表面的冰黏附强度的防覆冰涂料及其制备方法与应用。
[0005] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种防覆冰涂料，由A组分和B组 分组成，所述的A组分和所述的B组分的质量比为（4-7) : 1，所述的A组分的质量百分比组 成包括：固含量为30-70 %的氟硅树脂20-80 %，消泡剂0. 05-2 %，流平剂0. 05-2 %，流变助 剂0. 05-2 %，光稳定剂0. 05-5 %，消光剂1-8 %，催干剂0. 05-2 %，金红石钛白粉10-60 %， 分散剂0. 1-20%，A溶剂20-70% ;所述的B组分的质量百分比组成包括：多异氰酸酯固化 剂 20-80 %，B 溶剂 20-80 %。
[0006]由于风电叶片、电线电缆等的工作环境大多较为恶劣，要求较长的使用寿命，因此 对涂层的要求非常高。使用本发明以氟硅树脂为主成分的涂料涂覆于基材表面后固化成 膜，形成的防覆冰涂层具有优越的耐候性、硬度和耐磨性，另外本发明的防覆冰涂料以氟硅 树脂为主成分，氟硅树脂综合了氟碳树脂和有机硅树脂的特性，涂料成膜后表面能低，疏水 性好，能够有效降低基材表面的冰黏附强度，应用于风电叶片、电线电缆等部件表面后，能 够缓解表面覆冰现象。
[0007] 金红石钛白粉具有极佳的耐候性，能够有效提高涂层的遮盖力和耐候性，优选杜 邦R960型金红石钛白粉。
[0008] -种上述防覆冰涂料的制备方法，包括以下步骤：
[0009] 1)A组分的制备，包括：
[0010] 原料的准备：按照A组分的质量百分比组成准备好各种原料，并将A溶剂分为两 份，将氟硅树脂分为两份；
[0011] 色浆的制备：将金红石钛白粉、分散剂和第一份氟硅树脂加入到第一份A溶剂中， 砂磨分散得到固含量为20-80%的色浆；
[0012] 将上述色浆、第二份氟硅树脂和第二份A溶剂混合，然后通过机械搅拌、砂磨分 散、高速振荡、球磨分散中一种或几种方式进行分散，再加入消泡剂、流平剂、流变助剂、光 稳定剂、消光剂和催干剂并混合均匀后过滤包装即得到固含量为20-80%的A组分；
[0013] 2)B组分的制备：按照B组分的质量百分比组成准备好多异氰酸酯固化剂和B溶 剂，将两者混合均匀后过滤包装即得到固含量为20-80%的B组分；
[0014] 3)配漆：将A组分和B组分按照（4-7) : 1的质量比进行配漆，搅拌均匀后即得到 防覆冰涂料。
[0015] 所述的A组分的质量百分比组成中还包括1-20%的纳米粒子。添加纳米粒子能够 进一步提高涂层硬度、耐磨性及耐候性。
[0016] -种含有纳米粒子的上述防覆冰涂料的制备方法，包括以下步骤：
[0017] 1)A组分的制备，包括：
[0018] 原料的准备：按照A组分的质量百分比组成准备好各种原料，并将分散剂分为两 份，将A溶剂分为两份，将氟硅树脂分为两份；
[0019] 分散液的制备：先将纳米粒子和第一份分散剂加入到第一份A溶剂中，再通过机 械搅拌、砂磨分散、超声分散、球磨分散和高速振荡中的一种或几种方式进行分散，得到固 含量为5-40 %的分散液；
[0020] 色浆的制备：将金红石钛白粉、第二份分散剂和第一份氟硅树脂加入到第二份A 溶剂中，砂磨分散得到固含量为20-80 %的色浆；
[0021] 将上述分散液、色浆和第二份氟硅树脂混合，然后通过机械搅拌、砂磨分散、高速 振荡、球磨分散中一种或几种方式进行分散，再加入消泡剂、流平剂、流变助剂、光稳定剂、 消光剂和催干剂并混合均匀后过滤包装即得到固含量为20-80%的A组分；
[0022] 2)B组分的制备：按照B组分的质量百分比组成准备好多异氰酸酯固化剂和B溶 剂，将两者混合均匀后过滤包装即得到固含量为20-80%的B组分；
[0023] 3)配漆：将A组分和B组分按照（4-7) : 1的质量比进行配漆，搅拌均匀后即得到 防覆冰涂料。
[0024] 所述的纳米粒子为纳米氧化铝、纳米二氧化硅、纳米氧化锆中的一种或几种。纳米 氧化铝、纳米二氧化硅和纳米氧化锆为高硬度刚性颗粒，在改善涂层的硬度、耐磨性和耐候 性方面效果较好。
[0025] 所述的氟硅树脂为台湾长兴材料工业股份有限公司生产的型号为ETERFLON 4263 的产品，ETERFLON 4263为高硬度抗污氟硅高分子树脂，该树脂成膜后具有低表面能抗污、 耐磨抗划伤、高耐候、高硬度及柔韧性等特点。
[0026] 所述的多异氰酸酯固化剂优选德国拜耳公司生产的型号为N3390的产品，选用 HDI三聚体作固化剂，可以给涂层提供较高的耐候性、耐磨性及化学稳定性。
[0027] 所述的消泡剂为德国毕克公司生产的型号为BYK070和BYK088的产品中一种或两 种，这些消泡剂可有效消除生产和涂装过程中产生的不利气泡，并消除涂层的表观缺陷，改 善涂层质量；所述的流平剂为德国毕克公司生产的型号为BYK300、BYK310和BYK399的产 品中一种或几种，这些流平剂通过长波效应和短波效应的调节，能够改进涂膜的流平性和 光泽；所述的流变助剂为德国毕克公司生产的型号为BYK405、BYK410和BYK411的产品中 一种或几种，一方面流变助剂能够赋予涂料触变性能，有助于涂料施工，另一方面流变助剂 的存在能够对颜填料起到防沉降的作用，提高涂料储存稳定性；所述的光稳定剂为德国巴 斯夫公司生产的型号为Tinuvinl23、Tinuvin292、Tinuvin5050和Tinuvin5060的产品中 的一种或几种，在涂料中添加上述受阻胺类光稳定剂，能够降低涂层中的树脂在紫外光辐 射下的降解，与紫外光吸收剂配合使用，得到的涂层具有更加优异抗紫外效果；所述的消光 剂为赢创德固赛公司生产的型号为0K412、0K500和0K520的产品中一种或几种，消光剂用 于调整涂层的光泽，使涂层符合对风电叶片等基材的低光泽度的要求；所述的催干剂为二 丁基二月桂酸锡或辛酸亚锡，催干剂能够催化固化反应，缩短固化时间，提高施工效率；所 述的分散剂为德国毕克公司生产的型号为ΒΥΚ170的产品和赢创德固赛公司生产的型号为 TEGO Dispers 610的产品中的一种或两种，这些分散剂具有颜填料亲和基团，改善颜料润 湿，缩短涂料制备过程中的研磨所需时间，还能通过空间位阻稳定作用使颜填料分散体稳 定分散；所述的A溶剂或所述的B溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯、尼龙酸甲 酯、丙酮、丁酮、甲苯和二甲苯中的一种或几种。
[0028] 上述防覆冰涂料在风电叶片、输配电线路以及电信线缆的防覆冰中的应用。
[0029] 与现有技术相比，本发明的优点在于：传统的氟碳树脂具有优异的耐化学品性和 低表面能的特点，但是存在对颜填料润湿性差等问题；有机硅树脂兼具有机物和无机物的 双重特性，具有优良的耐候性、防污性和化学稳定性，但是有机硅树脂的Si-O键极性大，在 亲电或亲核试剂的攻击下容易发生Si-O键的断裂，因此有机硅树脂成膜性较差，对基材附 着力不足。而本发明的防覆冰涂料以氟硅树脂为主成分，氟硅树脂则综合了氟碳树脂和有 机硅树脂的优异性能，可弥补二者的不足之处，形成的涂层与聚酯、聚氨酯、氟碳等树脂形 成的涂层相比，具有表面能低，疏水性好，冰黏附强度低等优点，应用于冷表面可以有效缓 解冷表面在寒冷潮湿环境下的覆冰现象；另外，本发明的氟硅树脂防覆冰涂料形成的防覆 冰涂层还具有卓越的耐候性，硬度高，对基材附着力强，而且氟硅树脂形成的涂层在低温下 仍然能保有这些优异的性能。本发明防覆冰涂料可应用于风电叶片、架空输电导线、电厂高 压线等输电线路、电信线缆以及各种需要防覆冰的场合，确保设备在寒冷恶劣环境下的正 常工作，保证风电叶片、电线电缆等的高效工作并延长其使用寿命，减少财产损失，降低安 全事故的发生。
【附图说明】
[0030] 图1为空白玻璃钢板、具有四氟树脂涂料固化涂层的玻璃钢板和实施例1-3的具 有防覆冰涂层的冰黏附强度的测试结果。
【具体实施方式】
[0031] 以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0032] 实施例1的防覆冰涂料的制备方法，包括以下步骤：
[0033] 1)取25g金红石钛白粉和20g氟硅树脂ETERFLON 4263(55±1%固含量，羟值 110±5)和1.5g分散剂BYK170加入到13g醋酸丁酯溶剂中，球磨分散30min得到研磨色 浆，往色浆中加入30g氟硅树脂ETERFLON 4263、12g醋酸丁酯溶剂、0. Ig消泡剂BYK088、 〇. Ig流平剂BYK399、0. 2g流变助剂BYK411、lg光稳定剂Tinuvinl23、5g消光剂0K500和 〇. Ig催干剂二月桂酸二丁基锡，混合均匀过滤包装得到A组分；
[0034] 2)取N