CN115386268A - 一种风电叶片聚氯乙烯塑料水性涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风电叶片聚氯乙烯塑料水性涂料及其制备方法，涉及聚氯乙烯塑料水性涂料制备技术领域，有以下重量份的原料制成：聚氯乙烯树脂、玻璃纤维、石英砂、氢氧化铝、抗氧剂、润滑剂、填充剂、硬脂酸钙、阻燃剂、热稳定剂、钙粉、改性剂、偶联剂、碳酸钙、氯化石蜡、纳米二氧化硅、矿物油。本发明采用二氧化硅改性后优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性的特性，实现提升涂料的浸润性、界面结合强度和涂料的综合性能，并且大量采用阻燃剂，使涂料具有阻燃效应，同时涂料具有吸热作用、覆盖作用等，且涂料具有塑料的特性，改善涂料的分散性和黏合性。

Description

一种风电叶片聚氯乙烯塑料水性涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚氯乙烯塑料水性涂料制备技术领域，尤其涉及一种风电叶片 聚氯乙烯塑料水性涂料及其制备方法。
背景技术
由氯乙烯聚合而成的塑料，有良好的绝缘性，耐腐蚀，易制造，用途很广， 由氯乙烯聚合而成的塑料，有良好的绝缘性，耐腐蚀，易制造，用途很广，如 制造化工设备、水管、电缆外皮、雨衣、凉鞋、人造革、塑料薄膜等。
利用氯乙烯聚合塑料特性来制作用于风电叶片的表层涂料，使涂料拥有氯 乙烯聚合塑料本身带来的绝缘性、耐腐蚀等特点，同时针对现有市场上的风电 叶片涂料面对紫外线容易老化、氧化，同时涂料需要应对恶劣自然灾害的影响， 故而涂料需要有较强的耐腐蚀性和抗压性，同时具备一定的柔韧度，使涂料的 整体强度足够支撑风电叶片在运作时的负荷，为此我们提出了一种风电叶片聚 氯乙烯塑料水性涂料及其制备方法。
发明内容
(一)发明目的
本发明为解决背景技术中存在的技术问题，提出一种风电叶片聚氯乙烯塑 料水性涂料及其制备方法：
本发明提供了一种风电叶片聚氯乙烯塑料水性涂料及其制备方法，所述聚 氯乙烯塑料水性涂料包括以下重量份的原料组成：聚氯乙烯树脂11-17份、玻 璃纤维4-8份、石英砂2-6份、氢氧化铝2-4份、抗氧剂1-3份、润滑剂2-4 份、填充剂3-5份、硬脂酸钙7-12份、阻燃剂2-4份、热稳定剂2-5份、钙粉6-9份、改性剂3-6份、偶联剂1-4份、碳酸钙6-9份、氯化石蜡5-12份、纳 米二氧化硅4-8份、矿物油2-5份。
优选的，所述热稳定剂采用盐基性铅盐类稳定剂、有机锡类稳定剂、有机 锑类稳定剂、环氧化合物类有机辅助稳定剂、亚磷酸酯类有机辅助稳定剂、多 元醇类有机辅助稳定剂中的一种或者两种组合，且盐基性铅盐类稳定剂中含有 环烷酸、有机脂肪酸、苯甲酸中的一种或者两种酸性辅助液体。
优选的，所述抗氧剂为抗氧剂B225、抗氧剂1010、抗氧剂BHT264和抗氧 剂245等抗氧剂中的任意一种。
优选的，所述润滑剂为硬脂酸酰胺粉末、亚乙基双硬脂酰胺粉末、油酸酰 胺粉末、芥酸酰胺粉末、硬脂酸正丁酯粉末和甘油三羟硬脂酸酯中的任意一种。
优选的，所述偶联剂为辛烯基偶联剂、十二烷基偶联剂、含过氧基偶联剂、 脲基偶联剂、羰烷氧基偶联剂和硅烷偶联剂中的任意一种。
优选的，所述填充剂为气相二氧化硅粉末、硫酸钡粉末、偏高岭土中一种 或者两种组合。
优选的，所述阻燃剂为有机磷系阻燃剂，且有机磷系阻燃剂包括磷酸三苯 酚、磷酸二甲苯酯和丁苯系磷酸酯中的一种或者两种。
一种所述的风电叶片聚氯乙烯塑料水性涂料的制备方法，包括如下步骤：
S1：按照重量份计，将聚氯乙烯树脂11-17份、石英砂2-6份、硬脂酸钙 7-12份和水放入搅拌机中搅拌15-25min，搅拌转速为200r-300r/min，随后将 润滑剂2-4份倒入搅拌机中搅拌5-7min，得到物料A；
S2：将氯化石蜡5-12份、纳米二氧化硅4-8份放入超声搅拌机中搅拌 15-20min，超声搅拌机转速为100r-130r/min，随后将改性剂3-6份、偶联剂 1-4份放入超声搅拌机中进行超声10-15min，得到物料B；
S3：将物料B放入反应釜中加热10-12min，加热温度控制在115℃-135℃ 之间，随后将阻燃剂2-4份加水稀释呈粘稠状和热稳定剂2-5份加入到培养皿 中进行活化培养处理，得到改性纳米二氧化硅物料；
S4：将抗氧剂1-3份、水和物料A依次加入搅拌机中搅拌25-30min，且搅 拌转速控制在135r-160r/min之间，得到物料C，随后将物料自然干燥呈凝胶 状；
S5：接着将改性纳米二氧化硅物料、碳酸钙6-9份、钙粉6-9份放入培养 皿中加水浸泡20-30min，随后将得到混合溶液X；
S6：接着将玻璃纤维4-8份、氢氧化铝2-4份和水翻入搅拌机中搅拌 15-25min，随后将填充剂3-5份倒入搅拌机中继续搅拌5-8min，搅拌机转速为 120r-145r/min，得到混合物Z；
S7：将混合物Z、混合溶液X和物料C加入超声搅拌机中搅拌30-40min， 搅拌机转速为80r-100r/min，随后超声5-10min，得到聚氯乙烯塑料水性涂料 初体；
S8：将聚氯乙烯塑料水性涂料初体和矿物油2-5份倒入搅拌机中充分搅拌 15-20min，搅拌机转速为300r-350r/min，得到聚氯乙烯塑料水性涂料完成体。
优选的，所述改性纳米二氧化硅物料的具体制备方法有如下步骤：
S1：首先检查氯化石蜡、纳米二氧化硅、改性剂、偶联剂、阻燃剂、热稳 定剂原料中是否有异物和异常，随后准备超声搅拌机、反应釜、加热器、导流 棒、密封薄膜、培养皿；
S2：将氯化石蜡5-12份、纳米二氧化硅4-8份和适量的水放入超声搅拌机 中搅拌15-20min，超声搅拌机转速为100r-130r/min，接着超声15-25min，得 到混合悬浊液；
S3：随后将改性剂3-6份、偶联剂1-4份依次加入超声搅拌机中超声 5-10min，得到混合溶液；
S4：将混合悬浊液通过导流棒缓慢导入反应釜中，并利用加热器对反应釜 加热10-12min，加热温度在115-135℃，随后通过导流棒将反应釜中的液体导 入培养皿中，且通过密封薄膜将培养皿密封对混合悬浊液进行活化处理 30-50min；
S5：随后将阻燃剂2-4份加水稀释呈粘稠状和热稳定剂2-5份加入到培养 皿中与混合悬浊液混合，得到改性纳米二氧化硅物料。
与现有技术相比，本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
1、二氧化硅以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，被广泛的应用 于硅橡胶、粘胶剂、油漆涂料、不饱和聚酯树脂及复合材料等，未改性的二氧 化硅表面含有大量的羟基和极性基团，使原生粒子之间极易相互碰撞聚集在一 起，形成二次聚集体，影响了二氧化硅在有机聚合物中的均匀分散，而有针对 性地对气相二氧化硅进行表面化学改性处理，使气相二氧化硅表面由亲水性变 为疏水性，从而改善纳米二氧化硅颗粒与有机物分子之间的浸润性、分散性、 界面结合强度，提高复合材料的综合性能。
2、本发生明采用阻燃剂赋予易燃聚合物难燃性的功能，且通过机械混合方 法加入到聚合物中，使聚合物具有阻燃效应，同时阻燃剂则作为一种单体参加 聚合反应，使聚合物本身含有阻燃成分，其优点是对聚合物材料使用性能影响 较小，阻燃性持久，实现如吸热作用、覆盖作用、抑制链反应、不燃气体的窒 息作用。
3、且在对纳米二氧化硅进行改性时采用偶联剂，而偶联剂是一种具有特殊 结构的有机硅化合物，在它的分子中，同时具有能与无机材料结合的反应性基 团和与有机材料结合的反应性基团，且在用于无机填料填充塑料时，可以改善 塑料的分散性和黏合性。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方 式，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要 限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述， 以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例：一种聚氯乙烯塑料水性涂料
包括由以下重量份的原料组成：聚氯乙烯树脂17份、玻璃纤维7份、石英 砂4份、氢氧化铝4份、抗氧剂2份、润滑剂2份、填充剂3份、硬脂酸钙11 份、阻燃剂4份、热稳定剂5份、钙粉7份、改性剂4份、偶联剂3份、碳酸 钙7份、氯化石蜡7份、纳米二氧化硅8份、矿物油5份。
具体制备方法如下：按照配比称取聚氯乙烯树脂17份、玻璃纤维7份、石 英砂4份、氢氧化铝4份、抗氧剂2份、润滑剂2份、填充剂3份、硬脂酸钙 11份、阻燃剂4份、热稳定剂5份、钙粉7份、改性剂4份、偶联剂3份、碳 酸钙7份、氯化石蜡7份、纳米二氧化硅8份、矿物油5份；
1)将聚氯乙烯树脂17份、石英砂4份、硬脂酸钙11份和水放入搅拌机中 搅拌15-25min，搅拌转速为200r-300r/min，随后将润滑剂2份倒入搅拌机中 搅拌5-7min，得到物料A；
2)将氯化石蜡7份、纳米二氧化硅8份放入超声搅拌机中搅拌15-20min， 超声搅拌机转速为100r-130r/min，随后将改性剂4份、偶联剂3份放入超声 搅拌机中进行超声10-15min，得到物料B；
3)将物料B放入反应釜中加热10-12min，加热温度控制在115℃-135℃之 间，随后将阻燃剂4份加水稀释呈粘稠状和热稳定剂5份加入到培养皿中进行 活化培养处理，得到改性纳米二氧化硅物料；
4)将抗氧剂2份、水和物料A依次加入搅拌机中搅拌25-30min，且搅拌 转速控制在135r-160r/min之间，得到物料C，随后将物料自然干燥呈凝胶状；
5)接着将改性纳米二氧化硅物料、碳酸钙7份、钙粉7份放入培养皿中加 水浸泡20-30min，随后将得到混合溶液X；
6)接着将玻璃纤维7份、氢氧化铝4份和水翻入搅拌机中搅拌15-25min， 随后将填充剂3份倒入搅拌机中继续搅拌5-8min，搅拌机转速为 120r-145r/min，得到混合物Z；
7)将混合物Z、混合溶液X和物料C加入超声搅拌机中搅拌30-40min，搅 拌机转速为80r-100r/min，随后超声5-10min，得到聚氯乙烯塑料水性涂料初 体；
8)将聚氯乙烯塑料水性涂料初体和矿物油5份倒入搅拌机中充分搅拌 15-20min，搅拌机转速为300r-350r/min，得到聚氯乙烯塑料水性涂料试件1。
对比例：一种聚氯乙烯塑料水性涂
配比同实施例，区别是原料种类和操作步骤的改变。
包括由以下重量份的原料组成：聚氯乙烯树脂17份、玻璃纤维4份、石英 砂6份、氢氧化铝4份、抗氧剂3份、润滑剂3份、填充剂3份、硬脂酸钙12 份、阻燃剂4份、热稳定剂5份、钙粉9份、偶联剂3份、碳酸钙7份、氯化 石蜡7份、纳米二氧化硅8份、矿物油5份。
具体制备方法如下：按照配比称取聚氯乙烯树脂17份、玻璃纤维4份、石 英砂6份、氢氧化铝4份、抗氧剂3份、润滑剂3份、填充剂3份、硬脂酸钙 12份、阻燃剂4份、热稳定剂5份、钙粉9份、偶联剂3份、碳酸钙7份、氯 化石蜡7份、纳米二氧化硅8份、矿物油5份；
1)将聚氯乙烯树脂17份、石英砂6份、硬脂酸钙12份和水放入搅拌机中 搅拌15-25min，搅拌转速为200r-300r/min，随后将润滑剂3份倒入搅拌机中 搅拌5-7min，得到物料A；
2)将氯化石蜡7份、纳米二氧化硅8份、阻燃剂4份加水稀释呈粘稠状和 热稳定剂5份放入超声搅拌机中搅拌15-20min，超声搅拌机转速为 100r-130r/min，偶联剂3份放入超声搅拌机中进行超声10-15min，得到物料B；
3)将抗氧剂3份、水、物料A和物料B依次加入搅拌机中搅拌25-30min， 且搅拌转速控制在135r-160r/min之间，得到物料C，随后将物料自然干燥呈 凝胶状；
4)接着将物料C、碳酸钙7份、钙粉9份放入培养皿中加水浸泡20-30min， 随后将得到混合溶液X；
5)接着将玻璃纤维4份、偶联剂3份、氢氧化铝4份和水翻入搅拌机中搅 拌15-25min，随后将填充剂3份倒入搅拌机中继续搅拌5-8min，搅拌机转速为 120r-145r/min，得到混合物Z；
6)将混合物Z、混合溶液X加入超声搅拌机中搅拌30-40min，搅拌机转速 为80r-100r/min，随后超声5-10min，得到聚氯乙烯塑料水性涂料初体；
7)将聚氯乙烯塑料水性涂料初体和矿物油5份倒入搅拌机中充分搅拌 15-20min，搅拌机转速为300r-350r/min，得到聚氯乙烯塑料水性涂料试件2。
对上述实施例和对比例所得试件1和2的表面强度、阻燃性和有毒气体进 行检测，表面强度检测方法如下：将实施例和对比例中得到的试件1和2分别 均匀涂抹在两块大小质量一致的风电叶片表面，并且等待涂料干燥后通过 Elcometer415涂层强度检测仪检测(表一)；阻燃性检测方法参照 《GB/T8524-2012》，将实施例和对比例中得到的试件1和2分别均匀地涂抹在 两块大小质量一致的风电叶片表面，随后利用100℃的火源对涂有试件1和2 的风电叶片炙烤，检测最终燃烧的时间(见表二)；有毒气体检测方法如下： 将试件1和2分别均匀涂抹在两块大小质量一致的风电叶片表面，接着将涂有 试件1和2的叶片置于密闭的检测箱内36h，随后检测箱内的有毒气体释放量 (见表三)
表一
位置 正面 背面 四角 侧边
试件1 3.62dt 3.43dt 2.33dt 3.59dt
试件2 2.78dt 3.05dt 2.97dt 2.11dt
表二
试件1 253.23s 最终燃烧时间
试件2 196.89s 最终燃烧时间
表三
种类 试件1 试件2
甲醛 0.042mg/m<sup>3</sup> 0.027mg/m<sup>3</sup>
二氧化硫 1.65mg/m<sup>3</sup> 1.42mg/m<sup>3</sup>
硫化氢 0.93mg/m<sup>3</sup> 0.23mg/m<sup>3</sup>
三氧化硫 1.76mg/m<sup>3</sup> 0.95mg/m<sup>3</sup>
从表一、表二和表三能够看出，经过改性操作的试件1对比试件2，其表 面强度有一定幅度的提升，同时试件1的阻燃性比试件2的阻燃性要好，做到 了阻燃时间长于试件2阻燃时间的效果，并且试件1的表面强度与强于试件2， 另一层面说明试件1的耐久性和耐磨损性较与试件2要好，在表三能够看出试 件1释放的有害气体总量比试件2的多，但仍旧保持在国家有害气体释放标准 的范围以内，由此得知，试件1在通过改性等操作手段后，综合性能明显强于 普通的聚氯乙烯塑料水性涂料。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本 发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围 的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围 之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或 者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改。

Claims (9)

1.一种风电叶片聚氯乙烯塑料水性涂料，其特征在于，所述聚氯乙烯塑料水性涂料包括以下重量份的原料组成：聚氯乙烯树脂11-17份、玻璃纤维4-8份、石英砂2-6份、氢氧化铝2-4份、抗氧剂1-3份、润滑剂2-4份、填充剂3-5份、硬脂酸钙7-12份、阻燃剂2-4份、热稳定剂2-5份、钙粉6-9份、改性剂3-6份、偶联剂1-4份、碳酸钙6-9份、氯化石蜡5-12份、纳米二氧化硅4-8份、矿物油2-5份。
2.根据权利要求1所述的一种风电叶片聚氯乙烯塑料水性涂料，其特征在于，所述热稳定剂采用盐基性铅盐类稳定剂、有机锡类稳定剂、有机锑类稳定剂、环氧化合物类有机辅助稳定剂、亚磷酸酯类有机辅助稳定剂、多元醇类有机辅助稳定剂中的一种或者两种组合，且盐基性铅盐类稳定剂中含有环烷酸、有机脂肪酸、苯甲酸中的一种或者两种酸性辅助液体。
3.根据权利要求1所述的一种风电叶片聚氯乙烯塑料水性涂料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂B225、抗氧剂1010、抗氧剂BHT264和抗氧剂245等抗氧剂中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种风电叶片聚氯乙烯塑料水性涂料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸酰胺粉末、亚乙基双硬脂酰胺粉末、油酸酰胺粉末、芥酸酰胺粉末、硬脂酸正丁酯粉末和甘油三羟硬脂酸酯中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种风电叶片聚氯乙烯塑料水性涂料，其特征在于，所述偶联剂为辛烯基偶联剂、十二烷基偶联剂、含过氧基偶联剂、脲基偶联剂、羰烷氧基偶联剂和硅烷偶联剂中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种风电叶片聚氯乙烯塑料水性涂料，其特征在于，所述填充剂为气相二氧化硅粉末、硫酸钡粉末、偏高岭土中一种或者两种组合。
7.根据权利要求1所述的一种风电叶片聚氯乙烯塑料水性涂料，其特征在于，所述阻燃剂为有机磷系阻燃剂，且有机磷系阻燃剂包括磷酸三苯酚、磷酸二甲苯酯和丁苯系磷酸酯中的一种或者两种。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的风电叶片聚氯乙烯塑料水性涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：按照重量份计，将聚氯乙烯树脂11-17份、石英砂2-6份、硬脂酸钙7-12份和水放入搅拌机中搅拌15-25min，搅拌转速为200r-300r/min，随后将润滑剂2-4份倒入搅拌机中搅拌5-7min，得到物料A；
S2：将氯化石蜡5-12份、纳米二氧化硅4-8份放入超声搅拌机中搅拌15-20min，超声搅拌机转速为100r-130r/min，随后将改性剂3-6份、偶联剂1-4份放入超声搅拌机中进行超声10-15min，得到物料B；
S3：将物料B放入反应釜中加热10-12min，加热温度控制在115℃-135℃之间，随后将阻燃剂2-4份加水稀释呈粘稠状和热稳定剂2-5份加入到培养皿中进行活化培养处理，得到改性纳米二氧化硅物料；
S4：将抗氧剂1-3份、水和物料A依次加入搅拌机中搅拌25-30min，且搅拌转速控制在135r-160r/min之间，得到物料C，随后将物料C自然干燥呈凝胶状；
S5：接着将改性纳米二氧化硅物料、碳酸钙6-9份、钙粉6-9份放入培养皿中加水浸泡20-30min，随后将得到混合溶液X；
S6：接着将玻璃纤维4-8份、氢氧化铝2-4份和水翻入搅拌机中搅拌15-25min，随后将填充剂3-5份倒入搅拌机中继续搅拌5-8min，搅拌机转速为120r-145r/min，得到混合物Z；
S7：将混合物Z、混合溶液X和物料C加入超声搅拌机中搅拌30-40min，搅拌机转速为80r-100r/min，随后超声5-10min，得到聚氯乙烯塑料水性涂料初体；
S8：将聚氯乙烯塑料水性涂料初体和矿物油2-5份倒入搅拌机中充分搅拌15-20min，搅拌机转速为300r-350r/min，得到聚氯乙烯塑料水性涂料完成体。
9.根据权利要求8所述的一种风电叶片聚氯乙烯塑料水性涂料的制备方法，其特征在于，所述改性纳米二氧化硅物料的具体制备方法有如下步骤：
S1：首先检查氯化石蜡、纳米二氧化硅、改性剂、偶联剂、阻燃剂、热稳定剂原料中是否有异物和异常，随后准备超声搅拌机、反应釜、加热器、导流棒、密封薄膜、培养皿；
S2：将氯化石蜡5-12份、纳米二氧化硅4-8份和适量的水放入超声搅拌机中搅拌15-20min，超声搅拌机转速为100r-130r/min，接着超声15-25min，得到混合悬浊液；
S3：随后将改性剂3-6份、偶联剂1-4份依次加入超声搅拌机中超声5-10min，得到混合溶液；
S4：将混合悬浊液通过导流棒缓慢导入反应釜中，并利用加热器对反应釜加热10-12min，加热温度在115-135℃，随后通过导流棒将反应釜中的液体导入培养皿中，且通过密封薄膜将培养皿密封对混合悬浊液进行活化处理30-50min；
S5：随后将阻燃剂2-4份加水稀释呈粘稠状和热稳定剂2-5份加入到培养皿中与混合悬浊液混合，得到改性纳米二氧化硅物料。
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