CN109535917A - 一种风电叶片用防护底漆及制备方法 - Google Patents

Abstract

一种风电叶片用防护底漆及制备方法，该底漆由A、B两组分组成，A组分由固体双酚A型环氧树脂、颜填料、石墨烯浆料、防沉剂、混合有机溶剂、分散剂，消泡剂、流平剂，附着力促进剂。B组分由MDI和多种多元醇合成得到的聚异氰酸酯溶液。使用时A组分和B组分按照质量比例1.5～2:1混合均匀，调整至合适的粘度后喷涂施工。该发明制得的底漆具有优异的附着力、柔韧性、耐湿热性、固化速度快，可与聚氨酯面漆良好配套。

Description

一种风电叶片用防护底漆及制备方法

技术领域

本发明涉及一种风电叶片防护底漆及制备方法，具体是溶剂型双组份防护底漆的制备方法。

背景技术

风电叶片是风电机组最核心的部位，需要长期工作在强紫外线照射、风沙侵蚀、高低温变化及冰雪雨蚀等恶劣环境中。此外，大型叶片的安装极其麻烦且昂贵，一般要求工作维护周期在10年以上，因此，风电叶片的防护显得特别重要。市场上的风电叶片主要由玻璃纤维增强环氧树脂等复合材料制造成型的，目前最有效的方法是涂料防护。

风电叶片防护涂料体系一般由修补腻子、防护底漆、防护面漆组成。底漆决定了整个涂料体系的性能，考虑到叶片的工作环境，底漆须具有优异的附着力、柔韧性、可厚涂以及与面漆良好的配套性，对于整个涂料体系的防腐、耐湿热性也起着重要作用。目前市场上使用的底漆多采用羟基丙烯酸聚氨酯体系或者环氧体系。专利CN102585680A公开了一种溶剂型双组份风电叶片防护底漆的制备方法，采用羟基丙烯酸树脂、HDI缩二脲或三聚体固化剂、颜填料、助剂及溶剂制得。专利CN102190942A公开了一种耐潮湿兆瓦级风电叶片用环氧底漆及其制备方法，采用双酚A环氧树脂、酚醛改性胺和脂肪族改性胺固化剂、颜填料、助剂及溶剂制得。但是羟基丙烯酸聚氨酯体系与基材的附着力及防腐性较差，而环氧体系的柔韧性差，这就影响了涂料体系的寿命。

作为一种新型碳材料，石墨烯受到了科研工作者的关注，其特殊的结构使它可以在涂料中发挥重要作用。专利CN105086754A公开了一种双组份石墨烯防腐涂料，在相同防腐效果下环氧富锌底漆中加入极少量氧化石墨烯可大大减少锌粉用量，降低涂料密度，减少施工中氧化锌雾气，具有更好的环境友好性。石墨烯在涂料中均匀分散，可形成致密的屏蔽层，不仅可起到腐蚀防护的作用，还能提高涂料的耐湿热、耐雨蚀性能。

考虑到风电叶片工作环境，叶片配套面漆往往采用脂肪族聚氨酯面漆和氟碳面漆，因而需要一种具有优异附着力、柔韧性、防腐、耐湿热的底漆。

发明内容

本发明针对背景技术中现有风电叶片底漆性能的不足，提供一种风电叶片用防护底漆及其制备方法，所制得的风电叶片防护底漆具有优异的附着力、柔韧性、防腐性、耐湿热性。

技术方案如下：

一种风电叶片用防护底漆，由A、B两组分组成，A组分与B组分的质量比为1.5～2:1。

所述A组分按质量份数配比如下：

所述石墨烯浆料为石墨烯或氧化石墨烯、表面活性剂、偶联剂、分散剂、混合有机溶剂制备得到，各组分按质量份数配比为：

上述石墨烯浆料，其制备方法为：将石墨烯或氧化石墨烯与混合有机溶剂在搅拌釜中混合，加入分散剂、表面活性剂和偶联剂，在搅拌作用(3000r/min)下分散30min，然后在20KHz超声波震荡频率下分散6h得到。

上述石墨烯浆料中，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基三甲基溴化铵及聚吡咯烷酮中的一种或两种。

上述石墨烯浆料中，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、KH560、KH570、A150、A151及A171中的一种或两种。

上述石墨烯浆料中，所述分散剂为BYK110、BYK115、BYK118、BYK ANTI-TERRA-203、BYK ANTI-TERRA-204、BYK P104S的一种或两种。

所述B组分由MDI和多种多元醇按照n(NCO/OH)＝1.0～2.0:1比例合成异氰酸酯预聚体，然后加入醋酸丁酯，调整固含量至70～80wt％得到。

上述固体双酚A型环氧树脂为E20、E12和E06等至少一种。

上述颜填料为磷酸锌、三聚磷酸铝、氧化铁红、云母粉、滑石粉、沉淀硫酸钡、钛白粉、中铬黄、酞青绿等至少四种。

上述A组分中防沉剂为有机膨润土、气相二氧化硅、氢化蓖麻油、低分子聚乙烯蜡浆中的至少一种。

上述A组分中和石墨烯浆料中的混合有机溶剂选自醋酸丁酯、二甲苯、丙二醇甲醚醋酸酯、环己酮的两种或者三种。

上述A组分中分散剂为BYK110、BYK161、BYK163、BYK ANTI-TERRA-203、BYK ANTI-TERRA-204、BYK P104S等一种或两种。

上述A组分中消泡剂为BYK051、BYK052、BYK065、BYK066N、BYKA530等一种。

上述A组分中流平剂为BYK310、BYK320、BYK333、BYK349、BYK354等一种。

上述A组分中附着力促进剂为BYK4510。

上述B组分中，MDI为2，4-二苯基甲烷二异氰酸酯与4，4'-二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物MDI-50。

上述B组分中，多元醇包括二官能度和三官能度多元醇，其中二官能度多元醇为聚醚多元醇，三官能度多元醇为聚醚多元醇或低分子含羟基化合物。

上述B组分中，二官能度多元醇为聚氧化丙烯醚多元醇PPG-400、PPG-600、PPG-1000、PPG-2000、聚四氢呋喃醚多元醇PTMEG-650、PTMEG-1000、PTMEG-2000等的一种或两种。三官能度多元醇为聚氧化丙烯醚多元醇PPG-3000、聚四氢呋喃醚多元醇PTMEG-3000以及甘油、三羟甲基丙烷等的一种。

上述B组分中，异氰酸酯预聚体的NCO含量(质量分数)在8％～15％之间。

本发明的风电叶片防护底漆的制备方法为：

A组分的制备：(1)将固体双酚A型环氧树脂与50wt％混合有机溶剂加入到反应釜中，在搅拌作用下升温至90℃左右直至环氧树脂完全溶解，冷却后，调整固含量在50wt％；(2)在研磨罐中加入环氧树脂溶液，在搅拌作用下(800～1000r/min)按照配方量加入分散剂、消泡剂、流平剂及附着力促进剂；(3)向步骤(2)中的研磨罐中加入颜填料、防沉剂和剩余的混合有机溶剂；(4)向步骤(3)中的浆料中加入等质量的玻璃珠(研磨用的透明玻璃珠，目数36)，在搅拌作用下(8000～10000r/min)研磨1h后使用180目滤网过滤得到涂料；(5)在搅拌作用下(1000～2000r/min)向(4)中的涂料中加入石墨烯浆料，20min后得到底漆A组分。

B组分的制备：在反应釜中加入MDI，升温至50℃后，在搅拌作用下缓慢加入多元醇的混合溶液，充入N₂后，保持温度在80～90℃下反应2.5h后，测定NCO含量后出料冷却至室温，加入醋酸丁酯，调整固含量至70～80wt％，得到底漆B组分。

使用时，将A、B组分按照质量比2:1配比混合并搅拌均匀，调整至粘度(涂-4杯15s)后喷涂施工。

具体实施方式

下面结合实例对本发明做进一步的描述：

实施例1制备石墨烯浆料。下列配方均采用质量份数。

5份氧化石墨烯，0.1份十二烷基苯磺酸钠，0.1份KH560，1份BYK115，0.5份BYKP104S，50份二甲苯，48份醋酸丁酯。

其制备方法为：将氧化石墨烯、二甲苯和醋酸丁酯在搅拌釜中混合，缓慢加入十二烷基苯磺酸钠、KH560和BYK115，在搅拌作用(3000r/min)下分散30min，然后在20KHz超声波震荡频率下分散6h，得到质量分数5％的石墨烯浆料。

实施例2风电叶片用防护底漆的制备，下列配方均采用质量份数。

本实施例的风电叶片用防护底漆A组分包括(质量份，下同)：40份固体双酚A环氧树脂E-20，2份分散剂BYK110，0.5份消泡剂BYKA530，0.3份流平剂BYK349，0.6份附着力促进剂BYK4511，100份颜填料，2份气相SiO₂，35份二甲苯，28份醋酸丁酯，7份丙二醇甲醚醋酸酯，5份实施例1中制得的石墨烯浆料。

A组分的制备：(1)将40份E-20与35份二甲苯、5份醋酸丁酯加入到反应釜中，在搅拌作用下升温至90℃左右直至环氧树脂完全溶解，冷却后，调整固含量为50wt％；(2)在研磨罐中加入环氧树脂溶液，在搅拌作用下(800～1000r/min)按照配方量加入分散剂BYK11、消泡剂BYKA530、流平剂BYK349、附着力促进剂BYK4511；(3)向步骤(2)中的研磨罐中加入颜填料、气相SiO₂和剩余混合有机溶剂；(4)向步骤(3)中的浆料中加入等质量的玻璃珠(研磨用的透明玻璃珠，目数36)，在搅拌作用下(8000～10000r/min)研磨1h后使用180目滤网过滤得到涂料；(5)在搅拌作用下(1000～2000r/min)向(4)中的涂料中加入实施例1中制得的石墨烯浆料，20min后得到底漆A组分。

B组分的制备：在反应釜中加入MDI，升温至50℃后，在搅拌作用下缓慢加入PPG-1000和PPG-3000的混合溶液，充入N₂后，保持温度在80～90℃下反应2.5h后，测定NCO含量后出料冷却至室温，加入醋酸丁酯，调整固含量至70wt％，得到底漆B组分。

实施例3风电叶片用防护底漆的制备，配方均采用质量份数。

A组分包括：20份固体双酚A环氧树脂E-20，20份固体双酚A环氧树脂E-12，1.4份分散剂BYK110，0.6份消泡剂BYKA530，0.35份流平剂BYK349，0.6份附着力促进剂BYK4511，120份颜填料，2份有机膨润土，40份二甲苯，30份环己酮，10份实施例1中制得的石墨烯浆料。

A组分的制备：按照实施例2中A组分的制备方法进行操作。

B组分的制备：在反应釜中加入MDI，升温至50℃后，在搅拌作用下缓慢加入PTMEG-1000和TMP的混合溶液，充入N₂后，保持温度在80～90℃下反应2.5h后，测定NCO含量后出料冷却至室温，加入醋酸丁酯，调整固含量至70wt％，得到底漆B组分。

上述实施例2、3在使用时，将A、B组分按照质量比2:1混合并搅拌均匀，并用醋酸丁酯调整至施工粘度(涂-4杯15s)然后进行喷涂施工。

对比例4不含石墨烯浆料底漆的制备，下列配方均采用质量份数。

A组分包括：40份固体双酚A环氧树脂E-20，2份分散剂BYK110，0.5份消泡剂BYKA530，0.3份流平剂BYK349，0.6份附着力促进剂BYK4511，100份颜填料，2份气相SiO₂，35份二甲苯，28份醋酸丁酯，7份丙二醇甲醚醋酸酯。

A组分的制备：按照实施例2中A组分的制备方法进行操作。

B组分的制备：在反应釜中加入MDI，升温至50℃后，在搅拌作用下缓慢加入PPG-1000和PPG-3000的混合溶液，充入N₂后，保持温度在80～90℃下反应2.5h后，测定NCO含量后出料冷却至室温，加入醋酸丁酯调整固含量至70wt％，得到底漆B组分。

将A、B组分按照质量比2:1混合并搅拌均匀，并用醋酸丁酯调整至施工粘度(涂-4杯15s)然后进行喷涂施工。

对比例5普通聚酰胺环氧底漆的制备，下列配方均采用质量份数。

A组分包括：40份固体双酚A环氧树脂E-20，2份分散剂BYK110，0.5份消泡剂BYKA530，0.3份流平剂BYK349，0.6份附着力促进剂BYK4511，100份颜填料，2份气相SiO₂，50份二甲苯，20份正丁醇。

A组分制备：按照实施例2中A组分的制备方法进行操作。

B组分包括：40份聚酰胺125，35份二甲苯，15份正丁醇。

将A、B组分按照质量比10:1混合并搅拌均匀，并用二甲苯调整至施工粘度(涂-4杯15s)然后进行喷涂施工。

对比例6普通丙烯酸聚氨酯底漆的制备，下列配方均采用质量份数。

A组分包括：40份羟基丙烯酸树脂纽佩斯1753，2份分散剂BYK110，0.5份消泡剂BYK065，0.3份流平剂BYK349，0.6份附着力促进剂BYK4511，100份颜填料，2份气相SiO₂，50份醋酸丁酯。

A组分制备：(1)在研磨罐中加入羟基丙烯酸树脂1753，在搅拌作用下(800～1000r/min)按照配方量加入分散剂BYK110、消泡剂BYK065、流平剂BYK349、附着力促进剂BYK4511；(2)然后加入颜填料、气相SiO₂和醋酸丁酯；(3)向步骤(2)中的浆料中加入等质量的玻璃珠(研磨用的透明玻璃珠，目数36)，在搅拌作用下(8000～10000r/min)研磨1h后使用180目滤网过滤得到涂料A组分。

B组分包括：30份HDI三聚体3375，20份醋酸丁酯。

将A、B组分按照质量比5.5:1混合并搅拌均匀，并用醋酸丁酯调整至施工粘度(涂-4杯15s)然后进行喷涂施工。

将上述实施例2、3和对比例4-6的涂料喷涂在马口铁板、钢板和玻璃钢板上，按照技术指标进行测试，测试结果如下表所示。

表.实施例与对比例的测试结果

从表中可以看出，对比例4未添加石墨烯，在耐冲击、耐湿热及耐中性盐雾性能上均未达到指标要求，且附着力比实施例2要差；对比例5为普通聚酰胺环氧树脂，在耐冲击、耐湿热性能上未达到指标要求，柔韧性不如实施例2；对比例6为普通丙烯酸聚氨酯底漆，在附着力、耐冲击性、耐中性盐雾及耐酸碱性能上也均未达到指标要求。因此，本发明制备的底漆具有较好的附着力、柔韧性、耐冲击、耐盐雾、耐湿热及耐酸碱性能，综合性能优异，而这些性能是风电叶片工作环境所必须的。

Claims (9)

1.一种风电叶片用防护底漆，其特征在于，由A、B两组分组成，A组分与B组分的质量比例为1.5～2:1；

所述A组分按质量份数配比如下：

所述石墨烯浆料由石墨烯或氧化石墨烯、表面活性剂、偶联剂、分散剂、混合有机溶剂制备得到，各组分按质量份数配比为：

所述B组分由MDI和多种多元醇按照NCO/OH＝1.0～2.0:1比例合成异氰酸酯预聚体，然后加入醋酸丁酯，调整固含量至70～80wt％得到。

2.根据权利要求1所述的风电叶片用防护底漆，其特征在于，所述石墨烯浆料，其制备方法为：将石墨烯或氧化石墨烯与混合有机溶剂在搅拌釜中混合，加入分散剂、表面活性剂和偶联剂，在搅拌作用下分散，然后在超声波震荡频率下分散得到。

3.根据权利要求1所述的风电叶片用防护底漆，其特征在于，所述的固体双酚A型环氧树脂为E20、E12和E06至少一种。

4.根据权利要求1所述的风电叶片用防护底漆，其特征在于，所述的颜填料为磷酸锌、三聚磷酸铝、氧化铁红、云母粉、滑石粉、沉淀硫酸钡、钛白粉、中铬黄、酞青绿至少四种。

5.根据权利要求1所述的风电叶片用防护底漆，其特征在于，所述的A组分中和石墨烯浆料中的混合有机溶剂选自醋酸丁酯、二甲苯、丙二醇甲醚醋酸酯、环己酮的两种或者三种。

6.根据权利要求1所述的风电叶片用防护底漆，其特征在于，所述的B组分中MDI为2，4-二苯基甲烷二异氰酸酯与4，4'-二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物。

7.根据权利要求1所述的风电叶片用防护底漆，其特征在于，所述的B组分中，多元醇包括二官能度和三官能度多元醇，其中二官能度多元醇为聚醚多元醇，三官能度多元醇为聚醚多元醇或低分子含羟基化合物。

8.根据权利要求7所述的风电叶片用防护底漆，其特征在于，所述的B组分中，二官能度多元醇为聚氧化丙烯醚多元醇PPG-400、PPG-600、PPG-1000、PPG-2000、聚四氢呋喃醚多元醇PTMEG-650、PTMEG-1000、PTMEG-2000中的一种或两种；三官能度多元醇为聚氧化丙烯醚多元醇PPG-3000、聚四氢呋喃醚多元醇PTMEG-3000以及甘油、三羟甲基丙烷中的一种。

9.如权利要求1的风电叶片用防护底漆的制备方法为：

A组分的制备：(1)将固体双酚A型环氧树脂与50wt％混合有机溶剂加入到反应釜中，在搅拌作用下升温至90℃左右直至环氧树脂完全溶解，冷却后，调整固含量在50wt％；(2)在研磨罐中加入环氧树脂溶液，在搅拌作用下按照配方量加入分散剂、消泡剂、流平剂及附着力促进剂；(3)向步骤(2)中的研磨罐中加入颜填料、防沉剂和剩余的混合有机溶剂；(4)向步骤(3)中的浆料中加入等质量的研磨用透明玻璃珠，在搅拌作用下研磨，1h后使用滤网过滤得到涂料；(5)在搅拌作用下(1000～2000r/min)向(4)步骤中的涂料中加入石墨烯浆料，分散，得到底漆A组分；

B组分的制备：在反应釜中加入MDI，升温至50℃后，在搅拌作用下缓慢加入多元醇的混合溶液，充入N₂后，保持温度在80～90℃下反应2.5h后，测定NCO含量后出料冷却至室温，加入醋酸丁酯，调整固含量至70～80wt％，得到底漆B组分。