CN104039895B - 减轻基材上冰积聚的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及减轻基材上冰积累的方法，包括向该基材施涂可固化的成膜组合物的组合。该可固化的成膜组合物可包含官能化成膜聚合物和固化剂或任意的各种聚硅氧烷和任选的具有反应性基团的硅烷。该成膜组合物可以直接施涂到基材的表面上或施涂到基材上的底漆涂层上基材。

Description

减轻基材上冰积聚的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年12月2日提交的美国临时申请序列号61/566,077的权益。
发明领域
本发明涉及减轻基材上冰积聚的方法，特别适用于风力发电机或涡轮叶片和飞机零件，例如机翼和螺旋桨叶片。
发明背景
风力是将风能利用风力涡轮机转化成可用形式，例如电力。截至2007年底，风力发电机世界装机容量为94.1兆瓦。虽然风力发电机目前仅生产刚过1％的世界范围使用的电力，但它占丹麦电力生产的大约19％的电力，西班牙和葡萄牙的9％，以及德国和爱尔兰的6％(2007数据)。从全球来看，2000年至2007年间风力发电增长了超过五倍。
风力产生于与电网连接的大规模风力发电机厂，以及用于向偏远地区提供电力的单独涡轮。风力涡轮机典型地具有2到4个大型叶片并设计为持续大约20到25年。风力发电机涡轮的叶片的最佳数量取决于涡轮所要做的工作。用于产生电力的涡轮需要在高速运行，但不需要许多的扭矩或旋转力。这些机器通常具有两个或三个叶片。相反，风力发电机泵以更大的扭矩但不那么快的速度运行，引起具有许多叶片。
风力发电机涡轮叶片持续暴露于许多因素，必须设计成耐受极端温度、风剪切、沉淀、和其他环境危害但不会失效。冰在叶片基材上的积聚导致降低效率，因为叶片变得较重和较难以旋转。
期望提供一种减轻冰积聚的方法，以包括风力发电机和涡轮叶片并最大化叶片在极端天气下的效率。理想地，可将涂料组合物施涂到叶片基材上。
发明内容
本发明涉及减轻基材上冰积累的方法，包括向该基材施涂第一可固化的成膜组合物，其中该第一可固化的成膜组合物包含：
(a)聚合物多元醇和多异氰酸酯固化剂；或
(b)聚硅氧烷聚合物和包含至少两个烷氧基和/或丙烯氧基官能团的硅烷固化剂；和
将第二可固化的成膜组合物施涂至该第一可固化的成膜组合物，其中该第二可固化的成膜组合物包含：
(i)(a)包含异氰酸酯官能团的固化剂；
(b)至少一种包含与(a)中的异氰酸酯基团有反应性的官能团的成膜聚合物；和任选地
(c)存在于该第二可固化的成膜组合物中的聚硅氧烷的量足以在承受易于形成冰的条件时减轻基材上的冰积聚；或
(ii)聚硅氧烷聚合物和包含至少两个烷氧基和/或丙烯氧基官能团的硅烷固化剂；其中在施涂可固化的成膜组合物至基材后以及在固化后，该第一可固化的成膜组合物表现出比该第二可固化的成膜组合物低的杨氏模量，以及该经涂覆的基材在进行冰粘合力测试时表现出400N的最大平均载荷力。
在本发明的另一种实施方式中，该第一可固化的成膜组合物包含聚硅氧烷聚合物和包含至少两个烷氧基和/或丙烯氧基官能团的硅烷固化剂，如上所述，而施涂第二可固化的成膜组合物是任选的。
发明详述
除了在任何操作实例或另有说明的情况，在本说明书和权利要求书中使用的表达成分、反应条件等的量的数字都理解为在所有情形下用术语“约”修饰。因此，除非有相反指示，以下说明书和所附权利要求中给出的数量参数都是近似值，它们可根据期望由本发明获得的性质而变化。最起码，并且不试图限制等同原则适用于权利要求的范围，各数值参数应至少被根据所报告的有效数字并通过常规舍入法来解释。
虽然在本发明的宽范围给出的数量范围和参数都是近似值，在具体实例中给出的数值都尽可能精确地报道。然而，任何数值内在地含有某些会从它们各自测试方式中的标准偏差必然产生的误差。
而且，应理解的是，本文中引述的任何数值范围都意图包括其中涵盖的所有子范围。例如，“1到10”的范围意图包括所有所引述的最小值1和所引述的最大值10之间的所有子范围(并包括端点值)，也就是说，最小值等于或大于1且最大值等于或小于10。
如本说明书和所附权利要求书中所使用的，冠词“一个”、“一种”和“该”包括多个指代对象，除非明确无误地限制为一个指代对象。
本文给出的本发明的各种实施方式和实例均理解为对本发明的范围是非限制性的。
在以下说明书和权利要求书中，所使用的以下术语具有如下所示的含义：
术语“可固化的”，如例如与可固化的组合物结合使用，是指所说明的组合物是通过官能团可聚合的或可交联的，例如通过是指包括，但不限于，热(包括环境固化)和/或催化性暴露。
术语“固化”，“固化的”或类似术语，如例如与固化的或可固化的组合物结合使用，例如一些具体说明的“固化的组合物”，是指至少一部分形成可固化的组合物的该可聚合的和/或可交联的组分被聚合和/或交联。另外，可聚合的组合物的固化是指使所述组合物经受固化条件，例如但不限于热固化，引起该组合物的反应性官能团的反应，产生聚合并形成聚合物。当可聚合的组合物经受固化条件时，在聚合后以及大多数反应性端基的反应发生后，剩余反应性端基的反应速率逐渐变慢。可聚合的组合物可以经受固化条件直到其被至少部分地固化。术语“至少部分地固化的”是指使可聚合的组合物经受固化条件，其中组合物的反应性基团的至少一部分发生反应，以形成聚合物。可聚合的组合物还可以经受固化条件，使得获得基本上完全固化，并且其中进一步固化不会在聚合物性质例如硬度上产生显著的进一步改进。
术语“反应性”是指能够与其本身和/或其它官能团自发地或在施加热或在存在催化剂时或通过本领域技术人员已知的其它方式进行化学反应的官能团。
“聚合物”是指包括均聚物和共聚物，以及低聚物的聚合物。“复合材料”是指两种或更多种不同材料的结合。
在本发明的方法中，基材上的冰积聚通过将可固化的成膜组合物施涂至基材的表面来减轻。在本发明的方法中合适的基材包括塑料，刚性金属基材，例如黑色金属、铝、铝合金、铜以及其它金属和合金基材。用于本发明的实践中的黑色金属基材可包括铁，钢，及它们的合金。可用的钢材料的非限制性实例包括冷轧钢，镀锌(锌涂覆的)钢，电镀锌钢，不锈钢，酸洗钢，锌-铁合金例如GALVANNEAL，以及它们的组合。还可以使用黑色和有色金属的组合或复合材料。在本发明的某些实施方式中，基材包括复合材料材料，例如玻璃纤维和/或碳纤维复合材料。在特别的实施方式中，基材是风力发电机叶片形式的玻璃纤维复合材料。该方法还适于减轻用于涡轮和飞机零件例如螺旋桨叶片和机翼的基材上的冰积聚。
在沉积任何涂料组合物在基材的表面上之前，常用的办法是，但不是必须的，通过完全清洁和脱脂表面从表面除去外来物质。这样的清洁典型地在将基材形成(压制，焊接等)为最终使用形状后进行。基材的表面可以通过物理或化学方式进行，例如机械地研磨表面或用碱性或酸性清洁试剂来清洁/脱脂，所述碱性或酸性清洁试剂是本领域技术人员熟知的，例如偏硅酸钠和氢氧化钠。清洁试剂的非限制性实例是CHEMKLEEN163，一种基于碱性的清洁剂，可购自PPGIndustries，Inc。
在清洁步骤后，基材可用去离子水或漂洗试剂的水溶液来漂洗，从而出去任何残余物。基材可以风干，例如，通过使用气刀，通过将基材短暂暴露于高温而将水蒸除或通过使基材通过油皮辊之间。
基材可为裸露的、经清洁的表面；它可为油性的，用一种或多种预处理组合物预处理的，和/或用一种或多种涂料组合物、底漆等预涂覆的，通过任意方法施涂，包括，但不限于，电沉积、喷涂、浸涂、辊涂、幕涂等。
在本发明的方法中，将可固化的成膜组合物施涂到基材的至少一个表面。基材可具有一个连续的表面，或两个或更多个表面，例如两个相对的表面。典型地，经涂覆的表面是期待暴露于易于冰积聚的条件的任何表面。
在本发明的方法中施涂到基材的第一可固化的成膜组合物可包含(a)聚合物多元醇和多异氰酸酯固化剂。
用于该第一可固化的成膜组合物(a)的固化剂可选自一种或多种多异氰酸酯，例如二异氰酸酯和三异氰酸酯，包括缩二脲和异氰脲酸酯。三异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯，4,4'-亚甲基-双(环己基异氰酸酯)，异氟尔酮三异氰酸酯，2,2,4-和2,4,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯的异构体混合物，1,6-六亚甲基二异氰酸酯，四甲基亚二甲苯三异氰酸酯和/或4,4'-二苯基亚甲基二异氰酸酯。可以使用任何合适的二异氰酸酯包括1,4-四亚甲基二异氰酸酯和1,6-六亚甲基二异氰酸酯的缩二脲。而且，可以使用环脂族二异氰酸酯例如异氟尔酮三异氰酸酯和4,4'-亚甲基-双(环己基异氰酸酯)的缩二脲。可制备缩二脲的合适的芳烷基三异氰酸酯的实例是间亚二甲苯三异氰酸酯和α,α,α’,α’-四甲基间亚二甲苯三异氰酸酯。
三官能异氰酸酯也可用作固化剂，例如，异氟尔酮三异氰酸酯的三聚体，三异氰酸酯基壬烷，三苯基甲烷三异氰酸酯，1,3,5-苯三异氰酸酯，2,4,6-甲苯三异氰酸酯，三羟甲基和四甲基二甲苯二异氰酸酯的加合物，以名称CYTHANE3160由CYTECIndustries出售，和DESMODURN3300，其为六亚甲基二异氰酸酯的异氰脲酸酯，可购自BayerCorporation。具体使用的多异氰酸酯是二异氰酸酯的三聚体例如六亚甲基二异氰酸酯和异氟尔酮三异氰酸酯。
多异氰酸酯还可以是以上披露的一种被一种或多种多胺和/或多元醇利用本领域技术人员已知的合适的材料和技术进行扩链的。
存在于第一成膜组合物(a)中的多异氰酸酯固化剂的量范围在10至90重量％，例如40至65重量％，通常为50至60重量％，基于组合物中树脂固体的总重量。
在本发明的方法中使用的该第一可固化的成膜组合物进一步包含至少一种聚合物多元醇。该聚合物多元醇可包含羟基官能的丙烯酸类聚合物，聚酯聚合物，聚氨酯聚合物，和/或聚醚聚合物。通常，使用具有多个羟基官能团的丙烯酸类聚合物和/或聚酯聚合物。
合适的丙烯酸类聚合物包括一种或多种丙烯酸或甲基丙烯酸的烷基酯，任选地与一种或多种其它可聚合的烯属不饱和单体的共聚物。可用的丙烯酸或甲基丙烯酸的烷基酯包括在烷基中含1-30个，优选4-18个碳原子的脂族烷基酯。非限制性实例包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、和丙烯酸酯2-乙基己酯。合适的其它可共聚烯属不饱和单体包括乙烯基芳族化合物，例如苯乙烯和乙烯基甲苯；腈类例如丙烯腈和甲基丙烯腈；乙烯基和亚乙烯基卤化物例如乙烯基氯和偏二氟乙烯，和乙烯基酯例如乙酸乙烯酯。
丙烯酸类共聚物包含羟基官能团，羟基官能团通常通过用于制备共聚物上的反应物中包括一个或多个羟基的官能化单体引入聚合物中。可用的羟基官能化单体包括丙烯酸羟烷基酯和甲基丙烯酸羟烷基酯，典型地在羟烷基中具有2-4个碳原子，例如丙烯酸羟基乙酯，丙烯酸羟基丙酯，丙烯酸4-羟基丁酯，己内酯和丙烯酸羟烷基酯的羟基官能化加合物，和相应的甲基丙烯酸酯，以及下述β-羟基酯官能化单体。
β-羟基酯官能化单体可以由烯属不饱和环氧基官能化单体就具有约13-约20个碳原子的羧酸制备，或由烯属不饱和酸官能化单体和不可与烯属不饱和酸官能化单体聚合的含至少5个碳原子的环氧基化合物制备。
用于制备β-羟基酯官能化单体的可用的烯属不饱和环氧基官能化单体包括，但不限于，丙烯酸缩水甘油酯，甲基丙烯酸缩水甘油酯，烯丙基缩水甘油醚，甲基烯丙基缩水甘油醚，烯属不饱和单异氰酸酯与羟基官能化单环氧化物例如缩水甘油的1：1(摩尔)加合物，和可聚合的多元羧酸例如马来酸的缩水甘油酯。丙烯酸缩水甘油酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯是优选的。羧酸的实例包括，但不限于，饱和单羧酸例如异硬脂酸和芳族不饱和羧酸。
用于制备β-羟基酯官能化单体的可用的烯属不饱和酸官能化单体包括单羧酸，例如丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸；二羧酸，例如衣康酸、马来酸和富马酸；和二羧酸的单酯，例如马来酸单丁酯和衣康酸单丁酯。烯属不饱和酸官能化单体和环氧基化合物典型地以1：1的当量比反应。环氧基化合物不含会参与自由基引发的与不饱和酸官能化单体聚合的烯属不饱和度。可用的环氧基化合物包括1,2-环氧戊烷，环氧苯乙烯和缩水甘油酯或醚，优选含8-30个碳原子，例如丁基缩水甘油醚，辛基缩水甘油醚，苯基缩水甘油醚和对(叔丁基)苯基缩水甘油醚。优选的缩水甘油酯包括以下结构的那些：
其中R是含约4-约26个碳原子的烃基。优选地，R是具有约8-约10个碳原子的支化烃基，例如新戊酸酯，新庚酸酯或新癸酸酯。合适的羧酸缩水甘油酯包括VERSATICACID911和CARDURAE，均可购自ShellChemicalCo。
在本发明的某些实施方式中，用于该第一可固化的成膜组合物的聚合物包含氟化丙烯酸类聚合物。合适的含氟聚合物的非限制性实例包括氟乙烯-烷基乙烯基醚交替共聚物(例如描述于美国专利4,345,057中的那些)，可以LUMIFLON名称购自AsahiGlassCompany；含氟脂族聚合物酯，可以FLUORAD名称购自Minnesota的St.Paul的3M；和全氟化羟基官能化(甲基)丙烯酸酯树脂。
聚酯聚合物可以用作第一可固化的成膜组合物(a)中的聚合物多元醇。这样的聚合物可通过多元醇和多元羧酸的缩合以已知方式来制备。合适的多元醇包括，但不限于，乙二醇，丙二醇，丁二醇，1,6-己二醇，新戊二醇，二乙二醇，甘油，三羟甲基丙烷，和季戊四醇。合适的多元羧酸包括，但不限于，丁二酸，己二酸，戊二酸，癸二酸，马来酸，富马酸，邻苯二甲酸，四氢邻苯二甲酸，六氢邻苯二甲酸，和偏苯三酸。除了上述多元羧酸，还可以使用酸的官能化等价物，例如存在的酸酐，或酸的低级烷基酯，例如甲酯。
聚氨酯也可以用于该第一可固化的成膜组合物。可以使用的聚氨酯包含聚合物多元醇，其通常通过使聚酯多元醇或丙烯酸类多元醇(例如上述那些)与多异氰酸酯反应，使得OH/NCO当量比大于1：1来制备，从而游离羟基存在于产物中。用于制备聚氨酯多元醇的有机多异氰酸酯可以是脂族或芳族多异氰酸酯，或二者的混合物。三异氰酸酯是优选的，但较高级的多异氰酸酯也可以用于代替或结合二异氰酸酯使用。合适的芳族二异氰酸酯的实例是4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯。合适的脂族二异氰酸酯的实例是直链脂族二异氰酸酯，例如1,6-六亚甲基二异氰酸酯。而且，还可以使用环脂族二异氰酸酯。实例包括异氟尔酮三异氰酸酯和4,4'-亚甲基-双(环己基异氰酸酯)。合适的较高级的多异氰酸酯的实例是1,2,4-苯三异氰酸酯和多亚甲基多苯基异氰酸酯。关于聚酯，聚氨酯可以制备为具有未反应的羧酸基团，它们在用碱例如胺中和后使得能分散于水性介质中。
聚醚多元醇的实例是聚亚烷基醚多元醇，包括具有以下结构式的那些：
或
其中取代基R1是氢或含1-5个碳原子的低级烷基，包括混合的取代基，且n典型地为2到6，m为8到100或更高。包括聚(氧四亚甲基)二醇，聚(氧四亚乙基)二醇，聚(氧-1,2-亚丙基)二醇，和聚(氧-1,2-亚丁基)二醇。
还可用的是由各种多元醇的氧烷基化形成的聚醚多元醇，所述多元醇例如，二醇，例如乙二醇，1,6-己二醇，双氛A等，或其它更高级的多元醇，例如三羟甲基丙烷，季戊四醇等。可以如上使用的更高官能度的多元醇可以例如通过例如蔗糖或山梨糖醇的化合物的氧烷基化来制备。一种经常使用的氧烷基化方法是多元醇与环氧化物(例如环氧丙烷或环氧乙烷)，在酸或碱性催化剂的存在下的反应。特别的聚醚包括以名称TERATHANE和TERACOL销售的那些，可购自E.I.DuPontdeNemoursandCompany，Inc.，和POLYMEG，可购自QOChemicals，Inc.，GreatLakesChemicalCorp的分支。聚四氢呋喃也是合适的。
存在于第一成膜组合物中的聚合物多元醇的量范围在10-90重量％，例如35-60重量％，通常40-50重量％，基于组合物中树脂固体的总重量。
在本发明的某些实施方式中，多异氰酸酯固化剂以相对于该第一可固化的成膜组合物中的聚合物多元醇相对过量使用。例如，固化剂中异氰酸酯基团与成膜聚合物中官能团的当量比可为1.1-2.0：1，通常1.1-1.7：1，或1.5-1.7：1。
在本发明的其它实施方式中，该第一可固化的成膜组合物包含(b)聚硅氧烷聚合物和具有至少两个烷氧基和/或丙烯氧基官能团，例如乙酸基官能团的硅烷固化剂。聚硅氧烷聚合物典型地具有活性氢基团，例如羟基。硅烷固化剂可以大体表示为(R1)x-Si-(O-R2)y，其中x+y＝4且y＝2至4，R1和R2基团可独立地为具有1-12个碳原子的烷基，芳基，酰基，或环烷基基团。具有烷氧基官能团的硅烷固化剂的实例包括四乙氧基硅烷，四异丙氧硅烷，四正丙氧硅烷，甲基三甲氧基硅烷，甲基三乙氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷，和乙烯基三乙氧基硅烷，以及它们的部分水解产物。具有丙烯氧基官能团例如乙酸基官能团的硅烷固化剂的实例包括甲基三乙酸基硅烷，乙基三乙酸基硅烷，丙基三乙酸基硅烷，乙烯基三乙酸基硅烷，以及它们的部分水解产物。这里的部分水解产物可以是部分均质水解产物，即一种类型的有机硅化合物的部分水解产物，或部分共水解产物，即至少两种不同类型的有机硅化合物的部分水解产物。
聚硅氧烷通常具有下式：R”-O-[Si(R’)2-O-]n-R”，其中每个R’选自羟基、具有至多六个碳原子的烷基、芳基和烷氧基基团。每个R”选自氢以及具有至多六个碳原子的烷基和芳基基团，其中n选择为使得聚硅氧烷的分子量可范围在200-14,000，例如400-12000，或900-2000。
在将该第一可固化的成膜组合物施涂至基材后，将第二可固化的成膜组合物施涂到该第一可固化的成膜组合物。在某些实施方式中，当该第一可固化的成膜组合物包含以上(b)；即聚硅氧烷聚合物和具有至少两个烷氧基和/或丙烯氧基官能团的硅烷固化剂时，该第二可固化的成膜组合物是任选的。
当使用时，该第二可固化的成膜组合物包含：
(i)(a)包含异氰酸酯官能团的固化剂；
(b)至少一种包含与(a)中的异氰酸酯基团有反应性的官能团的成膜聚合物；和任选地
(c)存在于第二可固化的成膜组合物中的聚硅氧烷，其量足以在承受易于形成冰的条件时减轻基材上的冰积聚。
固化剂(i)(a)可为任何以上披露的用于该第一可固化的成膜组合物的多异氰酸酯固化剂。
在本发明的方法中使用的第二可固化的成膜组合物可进一步包含至少一种具有多个与(i)(a)中的异氰酸酯基团有反应性的官能团的成膜聚合物(i)(b)。此类官能团典型地为羟基和/或胺官能团。
成膜聚合物(b)可包含羟基和/或胺官能的丙烯酸类聚合物，聚酯聚合物，聚氨酯聚合物，和/或聚醚聚合物。通常使用具有多个羟基官能团的丙烯酸类聚合物和/或聚酯聚合物。
任何以上披露的聚合物多元醇可用于本发明的第二可固化的成膜组合物。而且，可用的胺官能化成膜聚合物包括聚氧亚丙基胺，其可以商品名商购；如本领域已知的那样制备的胺官能的丙烯酸类聚合物和聚酯聚合物也是合适的。成膜聚合物可以以上披露的用于聚合物多元醇的量使用。
在本发明的方法中使用的第二可固化的成膜组合物可进一步包含(c)聚硅氧烷，其存在于可固化的成膜组合物的量足以在承受易于形成冰的条件时减轻基材上的冰积聚，具有数均分子量为200-14,000，例如400-12,000，或900-2000。合适的聚硅氧烷包括聚合物聚硅氧烷，例如聚二甲基硅氧烷。在特定的实施方式中，聚硅氧烷具有至少一个与该第二可固化的成膜组合物中的至少一种其它组分上的官能团有反应性的官能团。例如，聚硅氧烷可具有至少一个羟基和/或胺官能团，使其可与具有异氰酸酯官能团的固化剂反应。通常使用具有至少两个胺官能团的聚二甲基硅氧烷。市售聚硅氧烷的实例包括WACKERFLUIDNH15D，40D，和130D，来自WackerChemieAG。可固化的成膜组合物中聚硅氧烷的典型量范围在3-35重量％，通常为10-30重量％，基于可固化的成膜组合物中树脂固体的总重量。
在本发明的某些实施方式中，该第二可固化的成膜组合物包含(ii)聚硅氧烷聚合物和具有至少两个烷氧基和/或丙烯氧基官能团的硅烷固化剂。聚硅氧烷聚合物典型地具有活性氢基团，例如羟基基团。硅烷固化剂可以为任何以上披露的用于该第一可固化的成膜组合物中的那些。
任何在本发明的方法中使用的成膜组合物可进一步包含填料。可以存在的填料的实例包括细粉碎的矿物质，例如硫酸钡，二氧化硅，包括发烟二氧化硅和胶体二氧化硅，氧化铝，胶体氧化铝，二氧化钛，氧化锆，胶体氧化锆，粘土，云母，白云石，滑石，碳酸镁，碳酸钙，硫酸钙，硅酸钙，和/或偏硅酸钙。据信，填料，与组合物中的树脂组合，能得到可用的流变性质例，如在低剪切下的高粘度。填料与涂料组合物中、特别是该第一可固化的成膜组合物中的树脂组合，还能够填充和/或桥接基材上的表面缺陷，使基材表面比用其它涂料组合物能达到的更光滑。第一涂料层光滑基材上的表面缺陷的能力显著降低或甚至消除了对基材表面准备的需要，所属准备例如通过喷砂或使用油泥进行，这会是消耗时间的，需要劳力的以及昂贵的制造步骤。这样的优点对于涂覆大型基材部件或具有显著表面粗糙度的基材，例如用于制造风力发电机叶片的玻璃纤维基材，是特别有利的。在本发明的某些实施方式中，在施涂第一涂料层后基材至少80％的表面缺陷被校正到可接受的程度(即不需要另外的表面准备)。
成膜组合物可以另外包括多种任选的在某种程度上取决于可固化的组合物的特定应用的成分和/或添加剂，例如固化催化剂，颜料或其它着色剂如下所述，增强剂，触变剂，加速剂，表面活性剂，增塑剂，扩链剂，稳定剂，腐蚀抑制剂，稀释剂，位阻胺光稳定剂，UV光吸收剂，和抗氧化剂。
用于本发明的可固化的组合物可制备成双组分组合物，典型地可在环境温度固化。双组分可固化的组合物典型地通过在使用前立即将各成分合并来制备。
组合物可通过许多方法中的一种或多种施涂到基材，包括喷涂，浸涂/浸渍、刷涂、或流涂，但它们通常通过喷涂施用。可以使用空气喷涂和静电喷涂的常用喷涂技术和设备以及手动或自动方法。涂料层典型地的具有2-25密尔(50.8-635微米)，通常5-25密尔(127-635微米)的干膜厚度。
在基材上形成涂料的膜之后，第一组合物可以通过使其在环境温度静置，或环境温度固化和烘烤的组合，或只通过烘烤来固化。组合物可以在环境温度下典型地在约24小时-约36小时固化。如果组合使用了环境温度和烘烤，使组合物典型地静置约5小时-约24小时的时间，然后在至多约140°F(60℃)的温度烘烤约20分钟-约1小时的时间。该第二可固化的成膜组合物可在固化该第一组合物之前施涂到该第一组合物，并使两者一起固化；或者，该第二可固化的成膜组合物可在固化该第一组合物之后施涂。
在将可固化的成膜组合物施涂基材之后以及在固化后，该第一可固化的成膜组合物表现出比该第二可固化的成膜组合物低的杨氏模量。而且，在将可固化的成膜组合物施涂至基材之后以及在固化后,经涂覆的基材在进行下述冰粘合力测试(冰ADHESIONTEST)时表现出400N的最大平均载荷力，通常为300N，更通常为200N或100N。
以下实施例意图说明本发明的各种实施方式，并且不应以任何方式解释为限制本发明。
实施例
为了评价配方改变对冰粘合力的效力，开发了冰粘合力测试。所用的测试方法描述于USArmyCorpsofEngineersEngineerResearchandDevelopmentCenter文件号ERDC/CRRELTR-06-11中，其在此通过引用纳入。对其中所述的夹具设计改造以与现有测试设备接口并接收大约0.032”厚的测试板。通常，工序如下：将4”宽的测试板的两侧涂覆期望的涂料。在适当的固化时间后，从测试板剪下五个1x4”的带子。将测试带子用胶带粘在测试夹具中心就位，使得夹具可用水填充1英寸深。冷冻的水用于填充测试夹具，确保涂覆的板两侧都与1英寸的水接触。将整个测试夹具置于-20℃冷冻机过夜。然后将测试夹具转移到配有也设定到-20℃的环境室的拉伸测试机(例如INSTRON5567)中。安装测试夹具使得拉伸测试机的固定端连接到测试夹具，可移动的钳夹连接到测试板。这样的测试设定产生了测试带子和由水形成的冰之间的相互移动。将保持测试带子和水就位的胶带去除，然后用恒定扩展速率，记录将板从冰移除所需的最大力。典型地，对各涂料变化的5个试样进行测试并记录平均最大载荷。
实施例1
实施例1展示了制备根据本发明的可固化的成膜组合物。将AUE-57035(可购自PPGIndustries，Inc.)和AUE-3550(异氰酸酯硬化剂，可购自PPGIndustries，Inc.)加在一起并搅拌混合物。添加作为另外的溶剂的乙酸正丁酯以将涂料稀释到适于HVLP喷枪的粘度。使用HVLP喷枪在30psi施涂面漆。将涂料施涂成两个涂层，在两个涂层之间进行5到10分钟的环境闪蒸。在进行顶涂前，用底漆SIGMASHIELD620(可购自PPGIndustries，Inc.)涂覆板。SIGMASHIELD620以3：1体积比与SIGMASHIELD620硬化剂混合并搅拌。然后将二甲苯以5％重量加入混合物并搅拌。将混合的底漆用BINKSModel95压力罐喷枪施涂至2密尔的干膜厚度。使底漆在环境条件固化24小时。施涂底漆后，SIGMAGLIDE790(可购自PPGIndustries，Inc.)以19：1体积比与SIGMAGLIDE790硬化剂混合并搅拌以形成中间涂层。然后使用BINKSModel95压力罐喷枪将混合的中间涂层施涂至4密尔的干膜厚度。使涂料在环境条件固化24小时。表1显示了测试的面漆配方。
表1.
将涂料施涂到涂覆有ED6060CZ的冷轧钢板测试板，该测试板由ACTTestPanelsLLC在用3MSCOTCH-BRITE打磨表面后获得。在面漆施涂后，使涂料在环境条件下干燥和固化7天，然后进行测试。然后根据上述工序进行冰粘合力测试。表2给出了冰粘合力测试结果。
表2冰粘合力测试结果。
涂料层 平均最大载荷(N)1
SIGMASHIELD620/SIGMAGLIDE790/配方1 92.4
15个测试样品的平均
在面漆下使用相对柔性的涂料层使得在各种面漆配方下冰粘合力降低。
实施例2
实施例2展示了用可用于减轻冰积聚的聚硅氧烷涂料来准备基材。
将SIGMASHIELD620(可购自PPGIndustries，Inc.)施涂到涂覆有ED6060CZ的冷轧钢板测试板，该测试板由ACTTestPanels在用3MSCOTCH-BRITE打磨表面后获得。将涂料使用BINKS2001喷枪在45psi和罐压35psi下施涂。将涂料喷涂成两个涂层，其中两个涂层之间进行5到10分钟环境闪蒸。使涂料在环境条件下干燥并固化1至2天，然后进行顶涂。然后将SIGMAGLIDE790聚硅氧烷涂料作为面漆用BINKS95喷枪在60psi和2psi罐压施涂。在至少7天的环境温度固化后，根据上述工序进行冰粘合力测试。表3给出了冰粘合力测试结果。
表3冰粘合力测试结果。
涂料层 平均最大载荷(N)1
SIGMASHIELD620/SIGMAGLIDE790 43
HSP-7401/AUE-57035(比较) 602
15个测试样品的平均
表3中的数据清楚地表明，与聚氨酯涂料相比，冰对基于聚硅氧烷的涂料的粘合力非常低。这样的低冰粘合力会有助于冰即使在非常低的力下的容易去除，从而减轻了显著的冰增长。
虽然以上为了说明的目的描述了本发明的特定实施方式，对于本领域技术人员来说明显的是，本发明的许多变化细节而不会背离所附权利要求中限定的本发明的范围。

Claims (21)

1.减轻基材上冰积累的方法，包括向该基材施涂第一可固化的成膜组合物，其中该第一可固化的成膜组合物包含：
(a)聚合物多元醇和多异氰酸酯固化剂；或
(b)聚硅氧烷聚合物和包含至少两个烷氧基和/或丙烯氧基官能团的硅烷固化剂；和
将第二可固化的成膜组合物施涂至该第一可固化的成膜组合物，其中该第二可固化的成膜组合物包含：
(i)(a)包含异氰酸酯官能团的固化剂；
(b)至少一种包含与(a)中的异氰酸酯基团有反应性的官能团的成膜聚合物；和
(c)存在于第二可固化的成膜组合物中的聚硅氧烷，其量足以在承受易于形成冰的条件时减轻基材上的冰积聚；或
(ii)聚硅氧烷聚合物和包含至少两个烷氧基和/或丙烯氧基官能团的硅烷固化剂；其中在施涂可固化的成膜组合物至基材后以及在固化后，该第一可固化的成膜组合物表现出比该第二可固化的成膜组合物低的杨氏模量，以及该经涂覆的基材在进行冰粘合力测试时表现出400N的最大平均载荷力。
2.权利要求1所述的方法，其中底漆成膜组合物施涂到该基材上，然后施涂该第一可固化的成膜组合物。
3.权利要求1所述的方法，其中该第一可固化的成膜组合物包含聚合物多元醇和多异氰酸酯固化剂，以及该第二可固化的成膜组合物包含：
(a)包含异氰酸酯官能团的固化剂；
(b)至少一种具有与(a)中的异氰酸酯基团有反应性的官能团的成膜聚合物；和
(c)存在于第二可固化的成膜组合物中的聚硅氧烷，其量足以在承受易于形成冰的条件时减轻基材上的冰积聚。
4.权利要求3所述的方法，其中该聚合物多元醇包含聚酯多元醇和/或聚醚多元醇。
5.权利要求4所述的方法，其中该聚合物多元醇包括聚四氢呋喃。
6.权利要求1所述的方法，其中该第一可固化的成膜组合物包含包括羟基官能团的聚硅氧烷聚合物和包含至少两个烷氧基和/或丙烯氧基官能团的硅烷固化剂；和该第二可固化的成膜组合物包含：
(a)包含异氰酸酯官能团的固化剂；
(b)至少一种包含与(a)中的异氰酸酯基团有反应性的官能团的成膜聚合物；和
(c)存在于第二可固化的成膜组合物中的聚硅氧烷，其量足以在承受易于形成冰的条件时减轻基材上的冰积聚。
7.权利要求1所述的方法，其中该第一可固化的成膜组合物包含包括羟基官能团的聚硅氧烷聚合物和包含至少两个烷氧基和/或丙烯氧基官能团的硅烷固化剂；和该第二可固化的成膜组合物不同于该第一可固化的成膜组合物并包含聚硅氧烷聚合物和包含至少两个烷氧基和/或丙烯氧基官能团的硅烷固化剂。
8.权利要求1所述的方法，其中该第二可固化的成膜组合物包含：
(a)包含异氰酸酯官能团的固化剂；
(b)至少一种包含与(a)中的异氰酸酯基团有反应性的官能团的成膜聚合物；和
(c)存在于第二可固化的成膜组合物中的聚硅氧烷，其量足以在承受易于形成冰的条件时减轻基材上的冰积聚；和其中该第二可固化的成膜组合物中的固化剂(a)包含六亚甲基二异氰酸酯的三聚体。
9.权利要求8所述的方法，其中该第二可固化的成膜组合物中(b)的聚合物包括丙烯酸类聚合物和/或聚酯聚合物。
10.权利要求8所述的方法其中该第二可固化的成膜组合物中(b)的聚合物包含羟基和/或胺官能团。
11.权利要求8所述的方法其中(c)的聚硅氧烷存在于该第二可固化的成膜组合物中且包含至少一个与该第二可固化的成膜组合物中的至少一种其它组分上的官能团有反应性的官能团。
12.权利要求11所述的方法，其中该聚硅氧烷包含至少一个羟基和/或胺官能团。
13.权利要求12所述的方法，其中该聚硅氧烷包括聚二甲基硅氧烷且包含至少两个胺官能团。
14.权利要求8所述的方法，其中(c)的聚硅氧烷存在于该第二可固化的成膜组合物中且数均分子量为200至14,000。
15.权利要求8所述的方法，其中(c)的聚硅氧烷以3至35重量％的量存在于该第二可固化的成膜组合物中，基于该第二可固化的成膜组合物中树脂固体的总重量。
16.权利要求15所述的方法，其中(c)的聚硅氧烷以10至30重量％的量存在于该第二可固化的成膜组合物中，基于该第二可固化的成膜组合物中树脂固体的总重量。
17.权利要求1所述的方法，其中该可固化的成膜组合物在环境温度下固化。
18.权利要求1所述的方法，其中该基材包括金属，塑料，或玻璃纤维和/或碳纤维复合材料。
19.权利要求18所述的方法，其中该基材包括风力发电机叶片。
20.减轻基材上冰积累的方法，包括向该基材施涂第一可固化的成膜组合物，其中该第一可固化的成膜组合物包含聚硅氧烷聚合物和包含至少两个烷氧基和/或丙烯氧基官能团的硅烷固化剂；和
任选地将第二可固化的成膜组合物施涂至该第一可固化的成膜组合物，其中该第二可固化的成膜组合物包含：
(i)(a)包含异氰酸酯官能团的固化剂；
(b)至少一种包含与(a)中的异氰酸酯基团有反应性的官能团的成膜聚合物；和
(c)存在于第二可固化的成膜组合物中的聚硅氧烷，其量足以在承受易于形成冰的条件时减轻基材上的冰积聚；或
(ii)聚硅氧烷聚合物和包含至少两个烷氧基和/或丙烯氧基官能团的硅烷固化剂；其中在施涂可固化的成膜组合物至基材后以及在固化后，该第一可固化的成膜组合物表现出比该第二可固化的成膜组合物低的杨氏模量以及该经涂覆的基材在进行冰粘合力测试时表现出400N的最大平均载荷力。
21.权利要求20所述的方法，其中底漆成膜组合物施涂到该基材上，然后施涂该第一可固化的成膜组合物。
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