CN114605900A - 一种无溶剂风电叶片胶衣及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化工涂料领域，特别涉及一种无溶剂风电叶片胶衣及其制备方法。其中无溶剂风电叶片胶衣含有甲组分和乙组分，其中所述甲组分包括聚天门冬氨酸酯树脂、触变剂、分子筛、噁唑烷、颜料、填料和助剂；乙组分为异氰酸酯固化剂。本发明提供的无溶剂风电叶片胶衣具有优异的耐候性和耐盐雾性、具有叶片所需的耐磨性和韧性，且适用期长，满足喷涂、辊涂等施工方式，并且满足风电叶片的长效防护需求，符合环保趋势，适应灵活的施工方式。
Description
技术领域
本发明涉及化工涂料领域，特别涉及一种无溶剂风电叶片胶衣及其制备方法。
背景技术
风能是一种绿色无污染的能源，近年来，风能的开发利用进入快速增长期。风电机组一般设计寿命为20年，其关键部件的涡轮叶片主要采用环氧玻璃钢，环氧玻璃钢虽然具有高强度、粘接强度，较好的耐腐蚀和电性能等突出的优点，但其耐紫外性能差，一般采用涂装保护。目前对叶片进行保护最常用的是溶剂型聚氨酯叶片涂料、氟碳叶片涂料、天冬聚脲涂料，其关注点多在于耐候性、耐磨性、一道涂装。叶片运行中需要承受的形变与风沙雨蚀，仅从耐磨性未能表明可对叶片进行长效保护，表征韧性的断裂伸长率和拉伸强度是主要指标。
如公告号为CN106243981B(公开日2018年12月11日)的专利文件公布了一种高耐风沙侵蚀风电叶片涂料及其制备方法，该涂料具有良好的附着力和耐磨性，一次成膜210μm，但其采用溶剂型聚天冬树脂与羟丙树脂共混技术，含有有机溶剂，不利于环保，而且未提及涂料韧性。
如公告号为CN102796446B(公开日2014年12月17日)公布了一种抗风沙特种叶片涂料，该涂料由A、B两组份组成，A组分以聚酯树脂或其与羟基丙烯酸树脂的共混物为主体，采用合适的助剂及颜填料对涂料性能进行加强，B组分采用了耐候性好的脂肪族异氰酸酯。具有良好的耐候性和耐磨性，但其采用溶剂型聚酯树脂与羟丙树脂共混技术，同样含有有机溶剂，且断裂伸长率仅≥30％。
发明内容
为解决上述现有技术中的用于风电叶片涂料断裂伸长率不足的问题，本发明提供一种无溶剂风电叶片胶衣，含有甲组分和乙组分，其中所述甲组分包括聚天门冬氨酸酯树脂、触变剂、分子筛、噁唑烷、颜料、填料和助剂；乙组分为异氰酸酯固化剂。
在一实施例中，按重量份计，所述甲组分包括聚天门冬氨酸酯树脂60～70份、触变剂0.5～1份、分子筛5～15份、噁唑烷0.5～1份、钛白粉5～10份、填料10～20份和助剂1～3份；乙组分为异氰酸酯固化剂40～45份。
在一实施例中，所述聚天门冬氨酸酯树脂为固含量100％的低粘度树脂，其粘度不高于500cP。
在一实施例中，所述的触变剂为聚酰胺蜡。
在一实施例中，所述的分子筛为3A、4A、5A型中的一种或多种，但不以此为限。
在一实施例中，所述填料为云母粉、明耐粉、长石粉、滑石粉中的一种或多种，但不以此为限。
在一实施例中，所述颜料为钛白粉、酞菁蓝、永固黄、炭黑中的一种或多种，但不以此为限。
在一实施例中，所述异氰酸酯固化剂为固含量100％的六亚甲基二异氰酸酯三聚体(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体(IPDI)和二环己基甲烷二异氰酸酯三聚体(H12MDI)中的一种或多种。
在一实施例中，所述助剂包括润湿分散剂、消泡剂和流平剂。
优选地，所述润湿分散剂为优卡化学Uniqsperse710S、BYK-110；所述消泡剂为有机硅类或其它聚合物型消泡剂；所述流平剂为具有消泡功能的丙烯酸酯流平剂或有机硅类流平剂。
本发明还提供一种如上任意所述的无溶剂风电叶片胶衣的涂料中甲组分的制备方法，先将部分的聚天门冬氨酸酯树脂与分子筛进行预分散，接着再加入剩余的聚天门冬氨酸酯树脂和噁唑烷分散均匀，然后加入助剂继续分散，最后加入钛白粉和填料分散后过滤即得甲组分。
具体操作步骤如下：
(1)将部分聚天门冬氨酸酯树脂与分子筛进行预分散，聚天门冬氨酸酯树脂与分子筛的质量比1～8：1，分散速率2000～2500r/min，分散时间20～30min；
(2)加入剩余的聚天门冬氨酸酯树脂、噁唑烷，在1000～1500r/min转速下分散均匀，加入分散剂、流平剂、消泡剂，在1000～1500r/min转速下分散均匀；
(3)加入钛白粉和填料，高速分散，分散速率2000～2500r/min，分散时间50～80min，过滤得到甲组分。
基于上述，与现有技术相比，本发明提供的无溶剂风电叶片胶衣具有以下技术效果和原理：
(1)聚天门冬氨酸酯树脂选用低粘度的韧性树脂和弹性固化剂，具有优异的回弹性，粘度低适于制备无溶剂叶片胶衣，可满足喷涂、辊涂等施工要求，优异的回弹性使涂层具有较高拉伸强度和断裂伸长率，满足叶片形变与耐风沙雨蚀的需求。
(2)采用物理和化学除水相结合，以延长适用期，粘度随时间的增长趋势缓和：聚天门冬氨酸酯树脂与异氰酸酯固化剂的反应产物称之为天冬聚脲，其反应速率虽然相对传统聚脲缓慢许多，但仍然较快，受到体系中水分的影响，会进一步加速反应，溶剂型体系可以用溶剂改善施工粘度延长适用期，无溶剂不能添加有机溶剂，为延长适用期，需尽可能除去体系中水分，而且水与异氰酸酯的反应释放的CO2将使漆膜中产生气泡缺陷；
本发明采用分子筛作为物理除水剂，采用噁唑烷作为化学除水剂，二者复合协同，大大延长适用期；分子筛可选择性吸附水等小分子，达到物理除水的作用；噁唑烷与水的反应速率较异氰酸酯与水的反应速率快，形成含有羟基和氨基的化合物，可与异氰酸酯反应成为漆膜中的一部分。分子筛与噁唑烷的复合协同，无CO2的产生；
并且要发挥延长适用期的作用，还需按如下工艺进行：将分子筛先与部分聚天门冬氨酸酯树脂进行预分散处理，充分展开分子筛原级粒子，再加入噁唑烷进行分散。
(3)涂料体系的储存抗沉降需要加入触变剂，但无溶剂体系加入触变剂的量受限，本发明利用了噁唑烷与触变剂的共同作用提高体系抗沉性，噁唑烷自身的氨基或与水反应产生的氨基与聚酰胺蜡的酰胺键形成强氢键作用，从而活化了聚酰胺触变剂，达到抗沉性。
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、权利要求书所记载的内容来实现和获得。
附图说明
图1为本发明提供的实施例及对比例1～4粘度测试结果图。
具体实施方式
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附图，对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。
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。
本发明提供如下表所示的实施例和对比例的配方：
表1
| 甲组分原材料名称 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 聚天门冬氨酸酯树脂 | 70 | 65 | 60 |
| 润湿分散剂 | 0.5 | 0.8 | 1 |
| 消泡剂 | 0.5 | 0.8 | 1 |
| 流平剂 | 0 | 0.7 | 1 |
| 触变剂 | 0.5 | 0.7 | 1 |
| 分子筛 | 10 | 15 | 5 |
| 噁唑烷 | 0.7 | 0.5 | 1 |
| 钛白粉 | 7.8 | 5 | 10 |
| 长石粉 | 0 | 5 | 10 |
| 明耐粉 | 10 | 5.5 | 10 |
| 合计 | 100 | 100 | 100 |
| 乙组分原材料名称 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 异氰酸酯固化剂 | 45 | 43 | 40 |
| 甲乙配比 | 100/45 | 100/43 | 100/40 |
上述聚天门冬氨酸酯树脂为无溶剂型F2850的韧性聚天门冬氨酸酯树脂；润湿分散剂为优卡化学Uniqsperse 710S；消泡剂为Uniqfoam272S；流平剂为Uniqflow 384S；触变剂为聚酰胺蜡；分子筛为3A型；异氰酸酯固化剂为N3600。
需要说明的是，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。
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。
本发明还提供上述实施例中甲组分的制备方法，具体操作如下：
(1)将部分聚天门冬氨酸酯树脂与分子筛进行预分散，聚天门冬氨酸酯树脂与分子筛的质量比1～8：1，分散速率2000～2500r/min，分散时间20～30min；
(2)加入剩余的聚天门冬氨酸酯树脂、噁唑烷，在1000～1500r/min转速下分散均匀，加入分散剂、流平剂、消泡剂，在1000～1500r/min转速下分散均匀；
(3)加入钛白粉和填料，高速分散，分散速率2000～2500r/min，分散时间50～80min，过滤包装即得甲组分。
为更好的说明本发明所具备的技术效果，本发明还提供如下对比例1～6：
其中对比例1、对比例2和对比例3的配方如表2所示：
表2
| 甲组分原材料名称 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 |
| 聚天门冬氨酸酯树脂 | 65 | 65 | 65 |
| 润湿分散剂 | 0.8 | 0.8 | 0.8 |
| 消泡剂 | 0.8 | 0.8 | 0.8 |
| 流平剂 | 0.7 | 0.7 | 0.7 |
| 触变剂 | 0.7 | 0.7 | 0.7 |
| 分子筛 | 0 | 15 | 0 |
| 噁唑烷 | 0 | 0 | 0.5 |
| 钛白粉 | 5 | 5 | 5 |
| 长石粉 | 5 | 5 | 5 |
| 明耐粉 | 5.5 | 5.5 | 5.5 |
| 合计 | 84.5 | 99.5 | 85 |
| 乙组分原材料名称 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 |
| 异氰酸酯固化剂 | 43 | 43 | 43 |
| 甲乙配比 | 84.5/43 | 99.5/43 | 85/43 |
上述对比例1、对比例2和对比例3的制备方法与实施例的一致。
对比例4
采用与实施例3同样的配方，不同的是甲组分的制备方法为直接将所有原料组分一起混合，在分散速率2000～2500r/min下高速分散时间100～120min。
对比例5
采用有机膨润土等质量代替实施例2中的聚酰胺蜡，其余与实施例2保持一致。
发明人还对上述实施例与对比例1～4进行粘度的测试，具体测试方法为ASTMD2196；测试结果如图1所示，实施例的粘度随时间增长较对比例慢，说明实施例制得的涂料相对于对比例而言，其适用期得到了明显的延长。一定程度上也说明了，分子筛和噁唑烷协同作用延长了适用期，以及在制备过程中本发明的组分的混合顺序对其最终制得的涂料有着显著影响。
将上述实施例与对比例制得的涂料进行性能的测试，测试结果如表3所示。
表3-实施例性能数据
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 试验标准 |
| 附着力，MPa | 14 | 13 | 14 | GB/T 5210 |
| 抗拉强度，MPa | 16.8 | 15 | 17.5 | GB/T 1040 |
| 断裂伸长率，％ | 145 | 140 | 138 | GB/T 1040 |
| 耐弯曲性，mm | 2 | 2 | 2 | GB/T 6472 |
| 耐磨性(1000g/1000r)，mg | 40.2 | 38.4 | 42.2 | GB/T 1768 |
| 耐紫外老化(UVB-340，3000h) | 表面无粉化 | 表面无粉化 | 表面无粉化 | GB/T 14522 |
| 耐盐雾性(1000h) | 表面无异常 | 表面无异常 | 表面无异常 | GB/T 1771 |
| 耐酸性(5％H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>，240h) | 无起泡、无脱落 | 无起泡、无脱落 | 无起泡、无脱落 | GB/T 9274 |
| 储存稳定性(50±2)℃，30d | 沉降10级 | 沉降10级 | 沉降10级 | GB/T 6753.3 |
表4-对比例性能数据
从表3和表4的测试结果可以看出，实施例的整体性能均优于对比例；具体而言，对比例1～3的结果说明了不添加分子筛和噁唑烷使适用期缩短，故而涂料固化快，缺陷较多，涂料断裂伸长率有所下降。不添加噁唑烷同时影响储存稳定性，对比例5则说明了采用聚酰胺触变剂相比机膨润土更有利于提高本发明提供的涂料体系的储存稳定性。
综上，本发明提供的一种无溶剂风电叶片胶衣，具有优异的耐候性和耐盐雾性、具有叶片所需的耐磨性和韧性，且适用期长，满足喷涂、辊涂等施工方式，将对叶片起到长效防护作用，减少叶片维护维修成本，大大减少施工现场VOC排放，适应环保趋势，施工方式灵活。
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。
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。
Claims (10)
1.一种无溶剂风电叶片胶衣，其特征在于：含有甲组分和乙组分，其中所述甲组分包括聚天门冬氨酸酯树脂、触变剂、分子筛、噁唑烷、颜料、填料和助剂；乙组分为异氰酸酯固化剂。
2.根据权利要求1所述的无溶剂风电叶片胶衣，其特征在于：按重量份计，所述甲组分包括聚天门冬氨酸酯树脂60～70份、触变剂0.5～1份、分子筛5～15份、噁唑烷0.5～1份、钛白粉5～10份、填料10～20份和助剂1～3份；乙组分为异氰酸酯固化剂40～45份。
3.根据权利要求1所述的无溶剂风电叶片胶衣，其特征在于：所述聚天门冬氨酸酯树脂为固含量100％的低粘度树脂，其粘度不高于500cP。
4.根据权利要求1所述的无溶剂风电叶片胶衣，其特征在于：所述的触变剂为聚酰胺蜡。
5.根据权利要求1所述的无溶剂风电叶片胶衣，其特征在于：所述的分子筛为3A、4A、5A型中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的无溶剂风电叶片胶衣，其特征在于：所述异氰酸酯固化剂为固含量100％的六亚甲基二异氰酸酯三聚体、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体和二环己基甲烷二异氰酸酯三聚体中的两种或三种。
7.根据权利要求1所述的无溶剂风电叶片胶衣，其特征在于：所述助剂包括润湿分散剂、消泡剂和流平剂。
8.根据权利要求1所述的无溶剂风电叶片胶衣，其特征在于：所述填料为云母粉、明耐粉、长石粉、滑石粉中的一种或多种。
9.一种根据权利要求1～8任一项所述的无溶剂风电叶片胶衣的制备方法，其特征在于：先将部分的聚天门冬氨酸酯树脂与分子筛进行预分散，接着再加入剩余的聚天门冬氨酸酯树脂和噁唑烷分散均匀，然后加入助剂继续分散，最后加入钛白粉和填料分散后过滤即得甲组分。
10.根据权利要求9所述的无溶剂风电叶片胶衣的制备方法，其特征在于：将部分聚天门冬氨酸酯树脂与分子筛按质量比为1～8：1进行预分散。
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