CN102120913A - 一种用于风力发电机叶片涂装保护的水性聚氨酯涂料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于风力发电机叶片涂装保护的水性聚氨酯涂料，底漆和面漆互相配合构成，其中以水性羟基丙烯酸分散体A145为基体树脂，以水分散型异氰酸酯304加丙二醇甲醚醋酸酯为固化剂组成双组份的底漆；以水性羟基丙烯酸分散体A145为基体树脂，以水分散型异氰酸酯XP2547为固化剂组成双组份的面漆，乙组份的物质当量比为1.5。本发明所制备的底漆和面漆具有配套相容性，性能互补性、功能叠加性。涂料涂层性能除满足常规指标外，具备了耐紫外老化性、抗风沙磨蚀性、抗覆雪结冰性，使用寿命长。

Description

一种用于风力发电机叶片涂装保护的水性聚氨酯涂料

所属发明领域

本发明涉及到环氧玻璃钢表面涂料技术领域，具体说是涉及到一种用于风力发电机叶片涂装保护的水性聚氨酯涂料。

背景技术

在风电发电机组中，发电机的叶片是关键的核心部件，其基材主要以环氧玻璃钢构成，使用寿命要求达到20年。在我国，风电发电机组的使用主要是在位于风沙较大的“三北”地区，属于内陆风场，而内陆风场环境的特殊性体现在以下几方面：(1)温差大，我国幅员辽阔、南北气候差异悬殊，夏季与冬季温差明显，尤其在“三北”高原地区，冬季长、寒冷，夏季短，炎热，部分地区年温差可达70多℃，因此对涂膜的耐温度变化性和物理机械性提出了较高的要求。(2)日照时间长。在新疆、甘肃地区，由于地理纬度高、日照时间长，紫外线强烈，对涂料的耐候抗老化性提出了严格要求。(3)风沙大。在我国主要风场甘肃、内蒙、河北北部等地区，风沙大、环境极为恶劣，对叶片涂层的耐砂蚀性、抗冲击性、弹性延伸率等提出了更高的要求。

风电发电机的叶片在正常旋转运行过程中，叶片尖部的线速度可达80m/s，这个速度相当于F1赛车的最高时速，平均每年要运行约7000h，接受空气摩擦的量可达一般汽车的5-10倍，况且风中含有的砂粒或雨滴、冰雹等还会对叶片表面产生强烈的冲击，如果叶片涂料耐砂蚀或雨蚀性能不佳，防护涂层将在几年内被损伤，而吊装维修成本又非常昂贵，因此研制一种集环保与高性能于一身的叶片保护涂料迫在眉睫。目前，在我国风电发电机叶片涂装保护的涂料大多为溶剂型涂料，随着低碳环保要求的提高，溶剂型涂料势必将被环保型水性、无溶剂型、粉末及紫外光固化涂料所替代，如何尽快研制出一种新型的用于风力发电机叶片涂装保护的水性聚氨酯涂料是本技术领域当前的重要任务，也是本发明力求解决的课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高性能多用途，耐风沙侵蚀、耐紫外老化、耐湿热、耐盐雾腐蚀性能强、能适应极端气候条件下风电场使用的用于风力发电机叶片涂装保护的水性聚氨酯涂料。

为了达到上述目的，本发明采用技术方案：一种用于风力发电机叶片涂装保护的水性聚氨酯涂料：由底漆和面漆互相配合构成，其中以水性羟基丙烯酸分散体A145为基体树脂，以水分散型异氰酸酯304加丙二醇甲醚醋酸酯为固化剂组成双组份的底漆；以水性羟基丙烯酸分散体A145为基体树脂，以水分散型异氰酸酯XP2547为固化剂组成双组份的面漆；

具体配方如下：

底漆配方为：

甲组份：

乙组份：

水分散型异氰酸酯304             15-18

丙二醇甲醚醋酸酯                3-4；

面漆配方为：

甲组份：

乙组份：

水分散型异氰酸酯XP2547            14-24；

上述配方计量单位以质量份计算。

一种用于风力发电机叶片涂装保护的水性聚氨酯涂料的制备工艺如下：

底漆的制备：

甲组份的制备，去离子水在搅拌中加入分散剂BYK-182、消泡剂BYK-024、基材润湿剂BYK-346、杀菌剂LXE、增稠剂PW25、金红石钛白粉、片状石墨粉、绢云母粉，高速分散30min，研磨细度至15μm，中速搅拌下加入水性羟基丙烯酸分散体A145、硅铝基空心微珠、消光粉、氟硅疏水剂，搅拌20-30min至均匀，调色、增稠调整粘度、过滤、包装；

乙组份的制备：将水分散异氰酸酯304与丙二醇甲醚醋酸酯混合均匀，组成固化剂；

面漆的制备：

甲组份的制备，去离子水在搅拌中加入分散剂BYK-182、消泡剂BYK-024、基材润湿剂BYK-346、杀菌剂LXE、纳米sio₂浆、金红石钛白粉、高速分散30min，研磨细度至15μm，中速搅拌下加入水性羟基丙烯酸树脂A145、消光粉TS-100、氟硅疏水剂，流变剂RM-8W、流变剂RM-2020，搅拌20-30min至均匀，调色、增稠调整粘度、过滤、包装；

乙组份的制备：

由水分散型异氰酸酯XP2547组成固化剂；

甲乙组份的物质当量比为-NCO∶-OH＝∶1.5-1.8∶1；

本发明为了提高面漆的耐紫外老化性和耐风沙磨蚀性，除选择了双组份水性PU成膜物外，颜料选用金红石型钛白粉，特别添加了涂料量3％的纳米SiO₂。纳米SiO₂呈三维链状结构，比表面积大，表面自由能高，表面因严重配位不足而存在着不饱和残键及不同状态的羟基，具有较高活性，能与HDI三聚体反应，形成大于范德华的作用力，引发微裂纹，提高对风沙、冰雹冲击产生的能量的吸收率，提高储存模量和热变形温度。纳米SiO₂粒子填充于涂层中粗粒子空隙之间，由于多维的氢键作用形成吸附中心和物理交联点，大大提高了涂层的致密性、拉伸强度、断裂伸长率、恢复率、附着力、耐磨性及耐候性。纳米SiO₂具有紫外线屏蔽性，可提高涂膜抗老化能力，延长涂膜的使用寿命。

本发明为了提高涂层的抗风沙磨蚀性，选择适宜的含羟基水性树脂及配套固化剂，以及确定-NCO/-OH最佳的当量比为1.5，而功能性颜填料的选择及顔基比确定为底漆0.75，面漆为0.45；以及助剂的合理选择添加，大大提高了涂料涂膜的附着力、抗拉强度、断裂伸长率、耐磨性、耐冲击性和低温柔性。

本发明为了提高涂料涂膜的抗覆冰性，在底漆中添加适量吸热、传热性好的片状石墨粉和保温隔热性好的空心微珠，当太阳辐射热通过面漆向基层传导时，片状石墨粉充当了导热体，将热能较快地传导到基层，而硅铝基空心微珠有保温隔热作用，防止热能很快散发出去，减少了夜间低温时段叶片表面结冰现象。面漆中添加适量的氟硅疏水剂，有效降低了涂膜的表面能，增大与水的接触角(达到106°)，使涂料涂膜具有显著的疏水、防雾、防冰雪、防污染、抗氧化、防腐蚀等性能。

本发明确定了以水性羟基丙烯酸分散体A145为基体树脂，水分散型异氰酸酯304加丙二醇甲醚醋酸酯为底漆的固化剂，而以水分散型异氰酸酯XP2547单一组份为面漆的固化剂，通过大量试验确定了甲乙组份合理的物质当量比及合理的顔基比，在底漆和面漆中还增加选用了功能助剂，所制备的底漆和面漆具有配套相容性，性能互补性、功能叠加性。涂料涂层性能除满足一般的常规指标外，特别是具备了高强的耐紫外老化性、高强的抗风沙磨蚀性、高强的抗覆雪结冰性，使用寿命长，达到了发明目的。

本发明经检测，主要性能如下表：

发电机叶片涂装保护的聚氨酯涂料性能指标

上表中，耐盐雾性、耐人工老化剂、耐酸性耐砂尘试验的涂膜厚度为：底漆200μm+面漆100μm。

具体实施方式

下面结合实施例详述本发明，所涉及的成分含量均按质量份计。

实施例：

一种用于发电机叶片涂装保护的聚氨酯涂料：由底漆和面漆互相配合构成，其中以水性羟基丙烯酸分散体A145为基体树脂，以水分散型异氰酸酯304加丙二醇甲醚醋酸酯为固化剂组成双组份的底漆；以水性羟基丙烯酸分散体A145为基体树脂，以水分散型异氰酸酯XP2547为固化剂组成双组份的面漆；具体配方如下：

底漆配方为：

甲组份：

乙组份：

水分散型异氰酸酯304                    16

丙二醇甲醚醋酸酯                       4；

面漆配方为：

甲组份：

乙组份：

水分散型异氰酸酯XP2547                20；

上述配方计量单位以质量份计算。

一种用于发电机叶片涂装保护的聚氨酯涂料制备工艺如下：

底漆的制备：

甲组份的制备，去离子水在搅拌中加入分散剂BYK-182、消泡剂BYK-024、基材润湿剂BYK-346、杀菌剂LXE、增稠剂PW25、金红石钛白粉、片状石墨粉、绢云母粉，高速分散30min，研磨细度至15μm，中速搅拌下加入水性羟基丙烯酸分散体A145、硅铝基空心微珠、消光粉、氟硅疏水剂，搅拌20-30min至均匀，调色、增稠调整粘度、过滤、包装；

乙组份的制备：将水分散异氰酸酯304与丙二醇甲醚醋酸酯XP2547混合均匀，组成固化剂；

面漆的制备：

甲组份的制备，去离子水在搅拌中加入分散剂BYK-182、消泡剂BYK-024、基材润湿剂BYK-346、杀菌剂LXE、纳米sio₂浆、金红石钛白粉、高速分散30min，研磨细度至15μm，中速搅拌下加入水性羟基丙烯酸树脂A145、消光粉TS-100、氟硅疏水剂，流变剂RM-8W、流变剂RM-2020，搅拌20-30min至均匀，调色、增稠调整粘度、过滤、包装；

乙组份的制备：

由水分散异氰酸酯304组成固化剂；

甲乙组份的物质当量比为-NCO∶-OH＝1.5-1.8∶1。

Claims (2)

1.一种用于风力发电机叶片涂装保护的水性聚氨酯涂料：由底漆和面漆互相配合构成，其中以水性羟基丙烯酸分散体A145为基体树脂，以水分散型异氰酸酯304加丙二醇甲醚醋酸酯为固化剂组成双组份的底漆；以水性羟基丙烯酸分散体A145为基体树脂，以水分散型异氰酸酯XP2547为固化剂组成双组份的面漆；具体配方如下：

底漆配方：其中甲组份为：

乙组份为：

水分散型异氰酸酯304             15-18

丙二醇甲醚醋酸酯                3-4；

面漆配方：甲组份为：

乙组份为：

水分散型异氰酸酯XP2547                14-24；

上述配方计量单位以质量份计算。

2.制备如权利要求1所述用于风力发电机叶片涂装保护的水性聚氨酯涂料的方法，其工艺步骤如下：

底漆的制备：

甲组份的制备，去离子水在搅拌中加入分散剂BYK-182、消泡剂BYK-024、基材润湿剂BYK-346、杀菌剂LXE、增稠剂PW25、金红石钛白粉、片状石墨粉、绢云母粉，高速分散30min，研磨细度至15μm，中速搅拌下加入水性羟基丙烯酸分散体A145、硅铝基空心微珠、消光粉、氟硅疏水剂，搅拌20-30min至均匀，调色、增稠调整粘度、过滤、包装；

乙组份的制备：将水分散异氰酸酯304与丙二醇甲醚醋酸酯混合均匀，组成固化剂；

面漆的制备：

甲组份的制备，去离子水在搅拌中加入分散剂BYK-182、消泡剂BYK-024、基材润湿剂BYK-346、杀菌剂LXE、纳米sio₂浆、金红石钛白粉、高速分散30min，研磨细度至15μm，中速搅拌下加入水性羟基丙烯酸树脂A145、消光粉TS-100、氟硅疏水剂，流变剂RM-8W、流变剂RM-2020，搅拌20-30min至均匀，调色、增稠调整粘度、过滤、包装；

乙组份的制备：

由水分散型异氰酸酯XP2547组成固化剂；

甲乙组份的物质当量比为-NCO∶-OH＝∶1.5-1.8∶1。