CN115109506B - 一种风机叶片用防腐涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种风机叶片用防腐涂料及其制备方法，风机叶片由以下重量份的原料制成：聚四氢呋喃醚二元醇20‑30份、大豆油多元醇3‑10份、羟基丙烯酸树脂20‑30份、扩链剂1‑3份、异氰酸酯15‑30份、催化剂1.2‑1.6份、二氧化硅包覆碳纤维2‑5份、助剂1.5‑3份、溶剂20‑30份。本发明防腐涂料耐海洋环境腐蚀性能优异，且耐冲击性、耐磨性强，在海洋装备中具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种风机叶片用防腐涂料及其制备方法。
背景技术
海洋装备用风机叶片主要由复合材料叶身、复合材料接头、叶身涂层、前缘金属包边以及胶皮5部分组成。叶片前缘金属包边包覆非等厚耐磨胶皮，以增强叶片抗冲击性能；叶身包覆防护涂层，以隔绝海洋环境侵蚀；叶身涂层与前缘胶皮过渡区域采用含二氧化硅填料的环氧树脂进行填缝。
由于前缘保护涂层容易产生磨损、鼓包、与叶片本体剥离等情况，因此需要对该风机叶片的涂装方式进行改进。其中一种改进方式为选择采用全叶片整体喷涂，无过渡区域，可减少或杜绝有害物质对叶片的侵蚀，使前缘保护涂层不易与叶片本体剥离。而其中所用涂料对于最终涂层的性能至关重要。
目前，风机叶片多采用聚氨酯涂料，聚氨酯涂层韧性好，受到一定程度外力时可产生可逆形变，外力消除时可恢复原状，因此，叶片在受到砂石冲刷时，涂层对基体能起到良好的保护。但是目前的聚氨酯涂料使最终所得到的涂层的耐海洋环境腐蚀性能较差，仍需要进一步提升，且需要进一步提升耐磨性能，延长风机涂层的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风机叶片用防腐涂料及其制备方法，该防腐涂料耐海洋环境腐蚀性能优异，且耐冲击性、耐磨性强，在海洋装备中具有很好的应用前景。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种风机叶片用防腐涂料，所述风机叶片由以下重量份的原料制成：聚四氢呋喃醚二元醇20-30份、大豆油多元醇3-10份、羟基丙烯酸树脂20-30份、扩链剂1-3份、异氰酸酯15-30份、催化剂1.2-1.6份、二氧化硅包覆碳纤维2-5份、助剂1.5-3份、溶剂20-30份。
优选的，所述羟基丙烯酸树脂由海明斯德谦FS-4365AF羟基丙烯酸树脂、海明斯德谦FS-2460AF羟基丙烯酸树脂按质量比1：0.2-1组成。
优选的，所述聚四氢呋喃醚二元醇的数均分子量为1200-2000；所述大豆油多元醇的数均分子量为500-1000。
优选的，所述异氰酸酯由异佛尔酮二异氰酸酯、三甲基己烷二异氰酸酯按质量比1：1-2组成。
优选的，所述小分子扩链剂为1,4-丁二醇、1,2-丙二醇中的一种或两种，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡中的一种或两种，所述溶剂为DMF。
优选的，所述助剂由流平剂、分散剂、消泡剂按质量比0.8-1.3：0.5-1：0.3-0.6组成；所述流平剂为BYK-310，所述分散剂为BYK9076，所述消泡剂为BYK028。
优选的，所述二氧化硅包覆碳纤维由以下方法制备得到：
向碳纤维中依次加入乙醇、水进行搅拌分散，升温至50-60℃后，加入硅烷偶联剂，继续搅拌分散1-2h；然后边搅拌边同时加入正硅酸乙酯的乙醇溶液和氨水，然后搅拌2-3h后，用无水乙醇清洗，再进行真空干燥，即得。
优选的，所述碳纤维的长度为50-300μm，长径比为5-20。
优选的，具体包括以下步骤：向100g碳纤维中先加入500-800mL乙醇搅拌分散，再加入20-30mL水搅拌分散，升温至50-60℃后，加入20-30g硅烷偶联剂KH550，继续搅拌分散1-2h；然后边搅拌边同时加入50-70mL质量浓度为30-40％的正硅酸乙酯的乙醇溶液和5-6mL氨水，然后搅拌2-3h后，用无水乙醇清洗，再进行真空干燥，即得。
作为一个总的发明构思，本发明还提供了一种风机叶片用防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配比称取各原料；
(2)取1/2-2/3量的溶剂，加入聚四氢呋喃醚二元醇、大豆油多元醇、二氧化硅包覆碳纤维，升温至40-50℃，混匀，得预混物Ⅰ；向剩余量的溶剂中加入异氰酸酯，再加入催化剂混匀，得预混物Ⅱ；
(3)在氮气保护下，将2/5-3/5量的预混物Ⅱ滴入预混物Ⅰ中，滴加完毕后，将温度升温至65-70℃，搅拌2-3h后，再加入羟基丙烯酸树脂，然后滴入1/5-2/5量的预混物Ⅱ，搅拌60-90min，再加入扩链剂，加入剩余量的预混物Ⅱ，继续搅拌50-70min，得混合料；
(4)将所述混合料冷却至室温，并加入助剂，高速搅拌均匀，之后再超声处理20-30min，即得。
本发明的有益效果：
1、本发明涂料中，采用聚四氢呋喃醚二元醇、大豆油多元醇、羟基丙烯酸树脂、扩链剂等配合制备防腐涂料，使涂料形成涂膜交联密度及固化反应程度高，有效提升涂层的耐海洋环境腐蚀性能以及耐磨性能等，并使涂层保持较高的耐冲击性能以及附着力。
2、本发明向防腐涂料加入制备的二氧化硅包覆碳纤维，二氧化硅包覆碳纤维与涂层中的其他成分结合能力强，可以稳定的镶嵌在涂层中，同时分散性能极高，对于涂层具有优异的补强效果，使韧性、强度、耐磨性进一步提升，同时对于提升涂层的耐腐蚀性能具有一定的作用。
3、本发明羟基丙烯酸树脂由海明斯德谦FS-4365AF羟基丙烯酸树脂、海明斯德谦FS-2460AF羟基丙烯酸树脂按特定的质量比组成，有利于综合提升涂料涂层的附着性能以及耐冲击性能，且与其它多元醇交联效果好，使涂层硬度适宜，并保持较高的韧性等。
4、本发明中聚四氢呋喃醚二元醇、羟基丙烯酸树脂的数均分子量适宜，并对异氰酸酯、扩链剂、流平剂、分散剂、消泡剂进行优选，有利于形成性能更优异的防腐涂料。
5、本发明风机叶片用防腐涂料的制备方法中，合理分步加入原料，各步骤相互配合，反应效果好，最终制备得到的防腐涂料耐海洋环境腐蚀性能优异，且耐冲击性、耐磨性强，在海洋装备中具有很好的应用前景。
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，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。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。
实施例1：
一种风机叶片用防腐涂料，由以下重量份的原料制成：聚四氢呋喃醚二元醇24份、大豆油多元醇8份、羟基丙烯酸树脂26份、1,4-丁二醇2.5份、异氰酸酯21份、二月桂酸二丁基锡1.3份、二氧化硅包覆碳纤维4.5份、助剂1.8份、DMF 25份。
其中，上述羟基丙烯酸树脂由海明斯德谦FS-4365AF羟基丙烯酸树脂、海明斯德谦FS-2460AF羟基丙烯酸树脂按质量比1：0.5组成。聚四氢呋喃醚二元醇的数均分子量为1800；大豆油多元醇的数均分子量为700。异氰酸酯由异佛尔酮二异氰酸酯、三甲基己烷二异氰酸酯按质量比1：1组成。助剂由流平剂BYK-310、分散剂BYK9076、消泡剂BYK028按质量比1：0.5：0.5组成。
二氧化硅包覆碳纤维由以下方法制备得到：向100g碳纤维中先加入700mL乙醇搅拌分散，再加入30mL水搅拌分散，升温至60℃后，加入30g硅烷偶联剂KH550，继续搅拌分散1h；然后边搅拌边同时加入60mL质量浓度为40％的正硅酸乙酯的乙醇溶液和5mL氨水，然后搅拌3h后，用无水乙醇清洗，再进行真空干燥，即得。上述碳纤维的长度为50-300μm，长径比为5-20。
上述风机叶片用防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配比称取各原料；
(2)取2/3量的DMF，加入聚四氢呋喃醚二元醇、大豆油多元醇、二氧化硅包覆碳纤维，升温至50℃，混匀，得预混物Ⅰ；向剩余量的溶剂中加入异氰酸酯，再加入二月桂酸二丁基锡混匀，得预混物Ⅱ；
(3)在氮气保护下，将2/5量的预混物Ⅱ滴入预混物Ⅰ中，滴加完毕后，将温度升温至70℃，搅拌2.5h后，再加入羟基丙烯酸树脂，然后滴入2/5量的预混物Ⅱ，搅拌80min，再加入1,4-丁二醇，加入剩余量的预混物Ⅱ，继续搅拌80min，得混合料；
(4)将混合料冷却至室温，并加入助剂，高速搅拌均匀，之后再超声处理30min，即得。
实施例2：
一种风机叶片用防腐涂料，由以下重量份的原料制成：聚四氢呋喃醚二元醇26份、大豆油多元醇10份、羟基丙烯酸树脂22份、1,4-丁二醇1份、异氰酸酯22份、二月桂酸二丁基锡1.6份、二氧化硅包覆碳纤维3份、助剂1.5份、DMF 23份。
其中，上述羟基丙烯酸树脂由海明斯德谦FS-4365AF羟基丙烯酸树脂、海明斯德谦FS-2460AF羟基丙烯酸树脂按质量比1：0.8组成。聚四氢呋喃醚二元醇的数均分子量为2000；大豆油多元醇的数均分子量为700。异氰酸酯由异佛尔酮二异氰酸酯、三甲基己烷二异氰酸酯按质量比1：2组成。助剂由流平剂BYK-310、分散剂BYK9076、消泡剂BYK028按质量比0.8：1：0.6组成。
上述风机叶片用防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配比称取各原料；
(2)取1/2量的溶剂，加入聚四氢呋喃醚二元醇、大豆油多元醇、二氧化硅包覆碳纤维，升温至50℃，混匀，得预混物Ⅰ；向剩余量的溶剂中加入异氰酸酯，再加入二月桂酸二丁基锡混匀，得预混物Ⅱ；
(3)在氮气保护下，将3/5量的预混物Ⅱ滴入预混物Ⅰ中，滴加完毕后，将温度升温至65℃，搅拌3h后，再加入羟基丙烯酸树脂，然后滴入1/5量的预混物Ⅱ，搅拌60min，再加入1,4-丁二醇，加入剩余量的预混物Ⅱ，继续搅拌70min，得混合料；
(4)将所述混合料冷却至室温，并加入助剂，高速搅拌均匀，之后再超声处理30min，即得。
实施例3：
一种风机叶片用防腐涂料，由以下重量份的原料制成：聚四氢呋喃醚二元醇30份、大豆油多元醇3份、羟基丙烯酸树脂20份、1,4-丁二醇1份、异氰酸酯15份、二月桂酸二丁基锡1.2份、二氧化硅包覆碳纤维5份、助剂3份、DMF 20份。
其中，上述羟基丙烯酸树脂由海明斯德谦FS-4365AF羟基丙烯酸树脂、海明斯德谦FS-2460AF羟基丙烯酸树脂按质量比1：1组成。聚四氢呋喃醚二元醇的数均分子量为1200；大豆油多元醇的数均分子量为1000。异氰酸酯由异佛尔酮二异氰酸酯、三甲基己烷二异氰酸酯按质量比1：1组成。二氧化硅包覆碳纤维同实施例1。助剂由流平剂BYK-310、分散剂BYK9076、消泡剂BYK028按质量比1：1：0.3组成。
上述风机叶片用防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配比称取各原料；
(2)取2/3量的溶剂，加入聚四氢呋喃醚二元醇、大豆油多元醇、二氧化硅包覆碳纤维，升温至40℃，混匀，得预混物Ⅰ；向剩余量的溶剂中加入异氰酸酯，再加入二月桂酸二丁基锡混匀，得预混物Ⅱ；
(3)在氮气保护下，将2/5量的预混物Ⅱ滴入预混物Ⅰ中，滴加完毕后，将温度升温至70℃，搅拌2h后，再加入羟基丙烯酸树脂，然后滴入2/5量的预混物Ⅱ，搅拌90min，再加入1,4-丁二醇，加入剩余量的预混物Ⅱ，继续搅拌50min，得混合料；
(4)将所述混合料冷却至室温，并加入助剂，高速搅拌均匀，之后再超声处理20min，即得。
实施例4：
一种风机叶片用防腐涂料，由以下重量份的原料制成：聚四氢呋喃醚二元醇20份、大豆油多元醇7份、羟基丙烯酸树脂30份、1,4-丁二醇3份、异氰酸酯30份、二月桂酸二丁基锡1.5份、二氧化硅包覆碳纤维4份、助剂2份、DMF 30份。
其中，上述羟基丙烯酸树脂由海明斯德谦FS-4365AF羟基丙烯酸树脂、海明斯德谦FS-2460AF羟基丙烯酸树脂按质量比1：0.2组成。聚四氢呋喃醚二元醇的数均分子量为1800；大豆油多元醇的数均分子量为500。异氰酸酯由异佛尔酮二异氰酸酯、三甲基己烷二异氰酸酯按质量比1：2组成。二氧化硅包覆碳纤维同实施例2。助剂由流平剂BYK-310、分散剂BYK9076、消泡剂BYK028按质量比1.3：0.5：0.5组成。
上述风机叶片用防腐涂料的制备方法同实施例2。
实施例5：
一种风机叶片用防腐涂料，由以下重量份的原料制成：聚四氢呋喃醚二元醇28份、大豆油多元醇5份、羟基丙烯酸树脂23份、1,4-丁二醇2份、异氰酸酯22份、二月桂酸二丁基锡1.6份、二氧化硅包覆碳纤维5份、助剂2份、DMF 27份。
其中，上述羟基丙烯酸树脂、聚四氢呋喃醚二元醇、大豆油多元醇、异氰酸酯、二氧化硅包覆碳纤维、助剂均同实施例1。
制备方法同实施例1。
实施例6：
一种风机叶片用防腐涂料，由以下重量份的原料制成：聚四氢呋喃醚二元醇20份、大豆油多元醇3份、羟基丙烯酸树脂22份、1,4-丁二醇3份、异氰酸酯16份、二月桂酸二丁基锡1.2-份、二氧化硅包覆碳纤维2份、助剂2份、DMF 25份。
其中，上述羟基丙烯酸树脂、聚四氢呋喃醚二元醇、大豆油多元醇、异氰酸酯、二氧化硅包覆碳纤维、助剂均同实施例4。
制备方法同实施例4。
对比例1：
一种涂料，与实施例1不同的是，原料中不含有大豆油多元醇，涂料具体由以下重量份的原料制成：聚四氢呋喃醚二元醇32份、羟基丙烯酸树脂26份、1,4-丁二醇2.5份、异氰酸酯21份、二月桂酸二丁基锡1.3份、二氧化硅包覆碳纤维4.5份、助剂1.8份、DMF 25份。
其中，上述羟基丙烯酸树脂、聚四氢呋喃醚二元醇、异氰酸酯、二氧化硅包覆碳纤维、助剂均同实施例1。
对比例2：
一种涂料，与实施例1不同的是，原料中不加入二氧化硅包覆碳纤维，涂料具体由以下重量份的原料制成：聚四氢呋喃醚二元醇24份、大豆油多元醇8份、羟基丙烯酸树脂26份、1,4-丁二醇2.5份、异氰酸酯21份、二月桂酸二丁基锡1.3份、助剂1.8份、DMF 25份。
其中，上述羟基丙烯酸树脂、大豆油多元醇、聚四氢呋喃醚二元醇、异氰酸酯、助剂均同实施例1。
对比例3：
一种风机叶片用防腐涂料，与实施例1不同的是，将聚四氢呋喃醚二元醇替换为聚碳酸酯二元醇，数均分子量为2000，涂料具体由以下重量份的原料制成：聚碳酸酯二元醇24份、大豆油多元醇8份、羟基丙烯酸树脂26份、1,4-丁二醇2.5份、异氰酸酯21份、二月桂酸二丁基锡1.3份、二氧化硅包覆碳纤维4.5份、助剂1.8份、DMF 25份。
其中，上述羟基丙烯酸树脂、大豆油多元醇、异氰酸酯、二氧化硅包覆碳纤维、助剂均同实施例1。
性能测试：
1、对涂料的耐冲击性(GB/T 1732-1993)、耐磨性(GB/T1768-2006)、附着力(拉开法)(GB/T 5210-2006)、拉伸强度(GB/T 528-2009)进行测试。
表1性能测试结果
由表1可知，本发明制备得到的防腐涂料耐冲击性能优良，并具有优异的耐磨性、附着力以及拉伸强度。由实施例1和对比例1-3相比，大豆油多元醇、聚四氢呋喃醚二元醇、二氧化硅包覆碳纤维可有效提升防腐涂料的性能。
2、耐腐蚀性能测试
对实施例1中的风机叶片用防腐涂料以及对比例1-2中的涂料进行性能测试。
表2实施例1中风机叶片用防腐涂料耐腐蚀性能测试结果
表3对比例1中涂料耐腐蚀性能测试结果
表4对比例3中涂料耐腐蚀性能测试结果
由实施例1和对比例1、3的耐腐蚀性能测试数据可知，本发明风机叶片用防腐涂料的耐腐蚀性能优异。
本发明风机叶片用防腐涂料应用于海洋设备的风机叶片时，先将玻璃纤维叶片整体进行环氧树脂底漆的喷涂，喷涂厚度为30-40μm，环氧底漆需要在80℃下烘烤。再喷涂底胶，喷涂厚度为20-30μm，底胶表干12-24h后，再采用风机叶片用防腐涂料(面漆)进行施工，包边厚度为1000-1500μm，本体厚度为500-800μm。
以上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精神和范围。
Claims (1)
1.一种风机叶片用防腐涂料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：聚四氢呋喃醚二元醇24份、大豆油多元醇8份、羟基丙烯酸树脂26份、1,4-丁二醇2.5份、异氰酸酯21份、二月桂酸二丁基锡1.3份、二氧化硅包覆碳纤维4.5份、助剂1.8份、DMF 25份；
其中，上述羟基丙烯酸树脂由海明斯德谦FS-4365AF羟基丙烯酸树脂、海明斯德谦FS-2460AF羟基丙烯酸树脂按质量比1：0.5组成；聚四氢呋喃醚二元醇的数均分子量为1800；大豆油多元醇的数均分子量为700；异氰酸酯由异佛尔酮二异氰酸酯、三甲基己烷二异氰酸酯按质量比1：1组成；助剂由流平剂BYK-310、分散剂BYK9076、消泡剂BYK028按质量比1：0.5：0.5组成；
二氧化硅包覆碳纤维由以下方法制备得到：向100g碳纤维中先加入700mL乙醇搅拌分散，再加入30mL水搅拌分散，升温至60℃后，加入30g硅烷偶联剂KH550，继续搅拌分散1h；然后边搅拌边同时加入60mL质量浓度为40％的正硅酸乙酯的乙醇溶液和5mL氨水，然后搅拌3h后，用无水乙醇清洗，再进行真空干燥，即得；上述碳纤维的长度为50-300μm，长径比为5-20；
上述风机叶片用防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配比称取各原料；
(2)取2/3量的DMF，加入聚四氢呋喃醚二元醇、大豆油多元醇、二氧化硅包覆碳纤维，升温至50℃，混匀，得预混物Ⅰ；向剩余量的溶剂中加入异氰酸酯，再加入二月桂酸二丁基锡混匀，得预混物Ⅱ；
(3)在氮气保护下，将2/5量的预混物Ⅱ滴入预混物Ⅰ中，滴加完毕后，将温度升温至70℃，搅拌2.5h后，再加入羟基丙烯酸树脂，然后滴入2/5量的预混物Ⅱ，搅拌80min，再加入1,4-丁二醇，加入剩余量的预混物Ⅱ，继续搅拌80min，得混合料；
(4)将混合料冷却至室温，并加入助剂，高速搅拌均匀，之后再超声处理30min，即得。
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| GR01 | Patent grant | ||
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