CN115785765A - 一种风力发电机组用球墨铸铁件防腐底漆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风力发电机组用球墨铸铁件防腐底漆及其制备方法，防腐底漆包括A组分和B组分；其中，所述A组分按重量百分比包括以下组分：环氧树脂8％‑15％；酚醛环氧树脂5％‑10％；双氨基烷氧基硅烷0.5％‑1％；石墨烯0.5％‑1％；碳纳米管0.25％‑0.5％；锌基料65％‑80％；气相二氧化硅0.1％‑0.5％；助剂0.5％‑1％；溶剂，余量；所述B组分包括酚醛酰胺固化剂95％‑99％和2,4,6‑三(二甲氨基甲基)苯酚1％‑5％。本发明提供的防腐底漆可以解决现有技术中防腐底漆无法兼顾耐热性和防腐性能的问题。

Description

一种风力发电机组用球墨铸铁件防腐底漆及其制备方法

技术领域

本发明涉及化工技术领域，特别涉及一种用于风电行业发电机组用球墨铸铁件如轮毂、底座等电气设备的防腐底漆及其制备方法。

背景技术

根据《中国风电发展路线图2050》显示，到2020年和2050年，中国风电装机容量将分别达到2亿和10亿千瓦，分别满足5％和17％的电力需求，风电将成为中国的五大电力能源之一。风电行业的蓬勃发展，也带动了其他相关产业的发展机遇，例如广泛应用于风电机组上的防腐涂料，防腐涂料给风电机组提供了关键性保护性材料，虽然它在风电机组成本中占有比例不大，但缺少了它，风电机组会被各种恶劣环境侵蚀，尤其是海上的风电设施，长期受到水汽、盐雾及海浪的冲击，容易发生腐蚀问题，处理不恰当，将大大缩短风电机组的使用寿命。

风力发电机组重要的组成部件如轮毂、底座等均采用球墨铸铁材质，这些核心部件的防腐处理对风力发电机组的正常运行显得尤为关键。由于风力发电机组多使用在风沙、雨雪、结冰、水汽、盐雾等恶劣环境中，因此，需要采用保护涂料涂覆在风力发电机组的这些重要部件表面进行保护。但风力发电机组设备运转时期有时还会受到高温环境的影响，常规的保护涂层耐温性能弱容易开裂，而采用常规的耐温涂层则会由于涂料防腐性能低导致风力发电机组的部件容易被腐蚀，因此，风力发电机组的球墨铸铁件的防腐要求比普通铸铁钢管的要求更高，现有技术中一般会通过多层涂料涂层对球墨铸铁件进行保护，其中底漆是直接涂覆在球墨铸铁件上的第一道保护涂层，一方面对球墨铸铁件起到直接的保护作用，另一方面后续的配套涂层都会在底漆涂层上形成，底漆涂层需要具备良好的结合能力和抗开裂能力，以便与后续配套涂层一起起到对更好的防护效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风力发电机组用球墨铸铁件防腐底漆及其制备方法，可以与传统的环氧中间漆和聚氨酯面漆组成重防腐涂料配套体系，并解决现有技术中防腐底漆无法兼顾耐热性和防腐性能的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种风力发电机组用球墨铸铁件防腐底漆，包括A组分和B组分；

其中，所述A组分按重量百分比包括以下组分：

所述B组分按重量百分比包括以下组分：

酚醛酰胺固化剂 95％-99％；

2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚 1％-5％。

进一步的，所述A组分中，所述石墨烯与碳纳米管的质量比为2:1。

进一步的，环氧树脂的环氧当量为184-190g/eq；酚醛环氧树脂的环氧当量为164-176g/eq。

进一步的，所述酚醛酰胺固化剂的胺值为162mg KOH/g，活泼氢当量为256。

进一步的，所述助剂选自蓖麻油改性衍生物流变助剂。

进一步的，所述防腐底漆在使用时，将A组分和B组分按照质量比100:15-35的比例混合使用。

进一步的，所述溶剂选自二甲苯和正丁醇的组合。所述二甲苯占比A组分质量的2％-7％，正丁醇占比A组分质量的1％-3％。

进一步的，所述防腐底漆中所述A组分按照质量百分比包括以下组分：

所述B组分按照质量百分比包括：

酚醛酰胺固化剂 95％；

2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚 5％。

进一步的，所述防腐底漆在使用时，将A组分和B组分按照质量比100:15-35的比例混合使用。

本发明还提供了一种防腐底漆的制备方法，包括如下步骤：

制备A组分：

S1：量取部分二甲苯和正丁醇溶剂，混合均匀，然后滴加水，分散乳化，得到混合溶液；

S2：向所述S1的混合溶液中加入石墨烯和碳纳米管，分散均匀；

S3：将所述S2处理后的溶液升温至60-70℃，然后在搅拌状态下加入双氨基烷氧基硅烷；

S4：向经过S3处理后的溶液中加入酚醛环氧树脂，升温至60-90℃反应；

S5：向经过S4处理后的溶液中加入环氧树脂，搅拌均匀，然后加入除水剂；

S6：向经过S5处理后的溶液中加入助剂和气相二氧化硅，分散均匀升温至45-50℃；

S7：向经过S6处理后的溶液中加入锌基料，分散均匀，得到所述A组分；

制备B组分：按比例称取酚醛酰胺固化剂和2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚混合均匀，得到所述B组分。

综上所述，与现有技术相比，本发明提供的防腐底漆的A组分中，石墨烯与碳纳米管结合，在树脂内部形成三维网络结构，具有更充分的导电导通能力，更适合应用在风电机组的球墨铸铁件上。

而且，结合锌基料后，使锌基料的阴极保护性能更优异发挥，同时也在微观上对涂层进行了结构加强，具有更好的耐开裂、耐冲击性能。

此外，防腐底漆中，使用锌粉基料搭配新型的石墨烯和碳纳米管材料，大大减少了锌粉基料的用量，可以在保证涂层性能提高的基础上大幅降低产品生产的成本。

另外，石墨烯和碳纳米管上的氨基与酚醛环氧树脂的环氧基团反应，将石墨烯和碳纳米管原位接枝于树脂链上，使得材料的分散性更好，可以避免后期储存团聚，也减少微观上的相分离。

进一步的，本发明底漆中A组分可以形成酚醛-硅烷-石墨烯/碳纳米管网络结构，由于无机链段原位引入聚合物骨架，可以进一步增强涂层的耐高温性能，耐高温高达250℃以上。

此外，本发明的底漆可以保留原有涂层施工便捷，综合性能平衡的特点，能保证球墨铸件轮毂、底座等风机结构中重要的支撑部件的使用寿命，维持风力发电设备长期正常运行，减少维修成本。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本发明提出的一种风力发电机组用球墨铸铁件防腐底漆及其制备方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。本文所述的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。需要说明的是，本发明中的化合物原料除另有说明外，其余均为市售原料。

本发明的目的在于提供一种风力发电机组用球墨铸铁件防腐底漆及其制备方法，可以与传统的环氧中间漆和聚氨酯面漆组成重防腐涂料配套体系，并解决现有技术中防腐底漆无法兼顾耐热性和防腐性能的问题

为实现上述思想，本发明提供了一种风力发电机组用球墨铸铁件防腐底漆，包括A组分和B组分；

其中，所述A组分按重量百分比包括以下组分：

所述B组分按重量百分比包括以下组分：

酚醛酰胺固化剂 95％-99％；

2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚 1％-5％。

在本发明的方案中，防腐底漆的A组分中，石墨烯与碳纳米管结合，在树脂内部形成三维网络结构，具有更充分的导电导通能力，更适合应用在风电机组的球墨铸铁件上。而且，结合锌基料后，使锌基料的阴极保护性能更优异发挥，同时也在微观上对涂层进行了结构加强，具有更好的耐开裂、耐冲击性能。此外，防腐底漆中，使用锌粉基料搭配新型的石墨烯和碳纳米管材料，大大减少了锌粉基料的用量，可以在保证涂层性能提高的基础上大幅降低产品生产的成本。另外，石墨烯和碳纳米管上的氨基与酚醛环氧树脂的环氧基团反应，将石墨烯和碳纳米管原位接枝于树脂链上，使得材料的分散性更好，可以避免后期储存团聚，也减少微观上的相分离。进一步的，本发明底漆中A组分可以形成酚醛-硅烷-石墨烯/碳纳米管网络结构，由于无机链段原位引入聚合物骨架，可以进一步增强涂层的耐高温性能，耐高温高达250℃以上。

进一步的，本发明的防腐底漆中，所述石墨烯与碳纳米管的质量比优选为2:1，这样可以在涂料体系中形成更加稳定的三维网络结构。

优选的，本发明的环氧树脂的环氧当量可以为184-190g/eq；酚醛环氧树脂的环氧当量可以为164-176g/eq。所述酚醛酰胺固化剂的胺值可以为162mg KOH/g，活泼氢当量为256。所述双氨基烷氧基硅烷的固含量≥95％。所述溶剂可以选自二甲苯和正丁醇的组合，其中二甲苯的用量优选占比A组分质量的2％-7％，正丁醇优选为1％-3％。所述助剂选自蓖麻油改性衍生物流变助剂。所述石墨烯可以为石墨烯浆料。

本发明的所述防腐底漆在使用时，优选将A组分和B组分按照质量比100:15-35的比例混合使用，进一步优选的，A组分和B组分的质量比为100:17.86-34。

作为本发明的一种优选方案，所述防腐底漆中所述A组分按照质量百分比包括以下组分：

所述B组分按照质量百分比包括：

酚醛酰胺固化剂 95％；

2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚 5％。

本发明还提供了一种所述的防腐底漆的制备方法，包括如下步骤：

制备A组分：

S1：在洁净的容器中，按照配方量取部分二甲苯和正丁醇溶剂，混合均匀，然后滴加水，例如可以滴加纯水或去离子水，水的用量占A组分质量的0.2％-0.5％，然后在高速搅拌作用下分散乳化，得到混合溶液，混合溶液偏白色；

S2：向所述S1的混合溶液中加入石墨烯浆料和碳纳米管，然后在高速搅拌下分散30-90分钟，均匀分散至溶液中；

S3：S2最后的分散步骤完成后，将所述S2处理后的溶液升温至60-70℃，然后在搅拌状态下加入双氨基烷氧基硅烷，搅拌时间大约为2-6小时，基本以匀速搅拌，使整个溶液体系颜色加深，让双氨基烷氧基硅烷水解接枝在石墨烯和碳纳米管表面；

S4：向经过S3处理后的溶液中加入酚醛环氧树脂，分散均匀后，升温至60-90℃反应大约4-8小时，使经过双氨基烷氧基硅烷改性后的石墨烯和碳纳米管上的氨基与酚醛环氧树脂的环氧基团反应，将改性后的石墨烯和碳纳米管原位接枝于树脂链上；

S5：向经过S4处理后的溶液中加入环氧树脂，搅拌均匀，然后加入除水剂，除水剂用量占比0.5％-1％，以充分去除反应体系中的水分，避免水与后续加入的锌粉发生反应；

S6：向经过S5处理后的溶液中加入助剂和气相二氧化硅，助剂可以为蓖麻油改性衍生物流变助剂，加入后高速分散均匀升温至45-50℃，保温20-40分钟，使流变助剂充分活化；

S7：向经过S6处理后的溶液中加入锌基料，分散均匀至细度合格，得到所述A组分；

制备B组分：按比例称取酚醛酰胺固化剂和固化促进剂混合均匀，具体来说，可以分别将酚醛酰胺和2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚置于干净无水、无醇类溶剂残留的拉缸中，中速分散15分钟，分散均匀后即可得到所述B组分。

本发明的防腐底漆在使用前，将A组分和B组分按上述提到的比例混合使用涂覆在风电机组的球墨铸铁件表面。

为了进一步理解本发明，下面将结合更加详细具体的实施方式对本发明的优选方案进行描述，以凸显本发明提供的防腐底漆的特点和特征。这些描述只是举例说明本发明方法的特征和优点，而非限制本发明的保护范围。

根据涂料中各组分的配比不同，本发明提供了以下3个实施例对防腐底漆的配方组成进行了描述。

其中，实施例1-3的防腐底漆中A组分和B组分的原料均相同，差别在于各实施例中组分的配比比例不同，实施例1-3中涂料的组分配比(重量份数)如下表1所示。

其中，各实施例中的原料均为市售原料，环氧树脂选用南亚环氧树脂NPEL-128，其环氧当量为184-190g/eq；酚醛环氧树脂选用美国CVC酚醛环氧树脂EPALLOY 8240，其环氧当量为164-176g/eq；双氨基烷氧基硅烷为市售原料；气相二氧化硅选用赢创德固赛特种化学有限公司的R972疏水性气相二氧化硅产品；蓖麻油改性衍生物流变助剂选用海明斯德谦化学公司的THIXATROL ST产品；锌基料选用优美科富虹湖南锌业有限公司生产的产品；其他试剂也均从市场上购买获得。B组分中的酚醛酰胺固化剂则选自卡德莱化工珠海有限公司LITE3005固化剂，其胺值为162mg KOH/g，活泼氢当量为256。

表1防腐底漆中的A组分配比

A组分原材料	实施例1	实施例2	实施例3
				环氧树脂	8％	13％	10％
酚醛环氧树脂	10％	5％	8％
				双氨基烷氧基硅烷	0.8％	0.5％	0.6％
石墨烯	1％	0.65％	0.5％
				碳纳米管	0.5％	0.325％	0.25％
锌基料	73.15％	70.875％	68.6％
				气相二氧化硅	0.35％	0.15％	0.25％
蓖麻油改性衍生物流变助剂	0.5％	0.8％	0.7％
				去离子水	0.2％	0.5％	0.3％
除水剂	0.5％	1％	0.8％
				二甲苯	2％	5％	7％
正丁醇	3％	2.2％	3％

表2防腐底漆中的B组分配比

B组分原材料	实施例1	实施例2	实施例3
				酚醛酰胺固化剂	95％	97％	99％
2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚	5％	3％	1％

表3防腐底漆使用前A组分与B组分的质量配比

A组分与B组分的比例	实施例1	实施例2	实施例3
				A:B	100:25	100:20	100:30

实施例1-3中的防腐底漆的制备方法均按照上述描述的制备方法进行制备。三个实施例的防腐底漆使用前按照表3的配比将A组分与B组分混合。

在使用时，按照如下方法使用：

在使用本发明提供的防腐底漆对风力发电机组的球墨铸铁件表面进行防腐处理时，需要对风电机组的轮毂、底座等球墨铸铁件的表面进行预处理，例如对表面进行除油、除锈、热清洁及喷砂清洁，是球墨铸铁件的表面无氧化皮、无油污、无水、无裂纹、无毛刺、无螺旋划痕；

接着，在施工前，按照上述表3的配比，将A组分与B组分混合均匀；

然后在球墨铸铁件的表面进行涂覆，涂覆时可以单道喷涂或多道喷涂，湿膜涂覆厚度可达300μm，而且本发明的防腐底漆在涂覆时基本不会产生流挂现象。如果进行多道喷涂，在25℃常温环境下，两道涂覆工艺的间隔不得低于4小时。在进行涂覆后，基本上可在7天内完全固化。

为了验证本发明实施例1-3的防腐底漆的性能效果，对本发明实施例1至实施例3中的涂料的涂装性能进行检测，并以现有技术中已有的防腐涂料作为对照组，分别将实施例1-3的涂料以及对照组的涂料按照上述的涂覆工艺涂覆在风电机组的球墨铸铁件表面，然后对涂层的性能进行评估，得到各实施例1-3以及对照组的涂料的性能数据。

其中，对照组现有技术的防腐涂料配方为：

A组分

环氧树脂18％；采用NPEL-128，南亚(昆山)树脂。

环氧硅烷偶联剂0.5％；采用A-187，迈图高新材料集团。

有机膨润土1.0％；采用HF140，浙江丰虹新材料有限公司。

锌基料78％；优美科富虹湖南锌业有限公司。

二甲苯1.5％；从专业市场上购买原料。

正丁醇1.0％；从专业市场上购买原料。

B组分

聚酰胺固化剂100％；采用Sunmide 305-70X，空气化工产品有限公司。

使用时，A组分与B组分的混合比例为100：21。

在对涂料的性能进行测试时，按照如下表4的检测项目和测试标准对涂覆于风电机组球墨铸铁件表面的底漆涂层进行性能测试。

表4底漆测试标准

除上述表4中的检测指标外，本发明还进一步对防腐底漆与其他漆配套组成的完整保护涂层进行性能测试，具体来说，将防腐底漆分别与环氧树脂中间漆和聚氨酯面漆组成三层配套漆面，从而形成风电机组球墨铸铁件表面的完整保护涂层，其中，中间漆和面漆均为现有技术中常用于风电机组部件表面保护的涂料，在本发明中不再赘述。本发明在此进一步对形成的完整保护涂层进行性能测试，其中，实施例1-3以及对照组的完整保护涂层，除底漆配方不同外，中间漆和面漆均相同，对完整保护涂层进行性能测试时，按照下表5中的检测指标进行测试。

表5配套后的完整保护涂层的测试标准

按照上述表4和表5的检测指标，以及上述的测试方法，对实施例1-3和对照组的防腐底漆以及防腐底漆配套中间漆和面漆形成的完整保护涂层的性能进行测试，结果如下表6和表7所示。

表6反应了本发明实施例1-3以及对照组的防腐底漆的涂料性能效果。

表6对照组及实施例1-3的底漆涂层性能对比

表7对照组及实施例1-3的完整保护涂层性能对比

通过上述对比试验，我们可以看到，本发明提供的防腐底漆相比于现有技术的普通环氧富锌底漆，具有更优异的附着力、耐盐雾性、耐温性能、耐开裂和耐冲击性能，而且配套形成的完整的保护涂层也同样具备更优异的涂料性能指标，能够有效的保护风电机组的球墨铸铁件，提高轮毂、底座等使用寿命，维持风力发电设备长期的正常运行，减少了维修成本。

综上所述，与现有技术相比，本发明提供的防腐底漆的A组分中，石墨烯与碳纳米管结合，在树脂内部形成三维网络结构，具有更充分的导电导通能力，更适合应用在风电机组的球墨铸铁件上。

而且，结合锌基料后，使锌基料的阴极保护性能更优异发挥，同时也在微观上对涂层进行了结构加强，具有更好的耐开裂、耐冲击性能。

此外，防腐底漆中，使用锌粉基料搭配新型的石墨烯和碳纳米管材料，大大减少了锌粉基料的用量，可以在保证涂层性能提高的基础上大幅降低产品生产的成本。

另外，石墨烯和碳纳米管上的氨基与酚醛环氧树脂的环氧基团反应，将石墨烯和碳纳米管原位接枝于树脂链上，使得材料的分散性更好，可以避免后期储存团聚，也减少微观上的相分离。

进一步的，本发明底漆中A组分可以形成酚醛-硅烷-石墨烯/碳纳米管网络结构，由于无机链段原位引入聚合物骨架，可以进一步增强涂层的耐高温性能，耐高温高达250℃以上。

此外，本发明的底漆可以保留原有涂层施工便捷，综合性能平衡的特点，能保证球墨铸件轮毂、底座等风机结构中重要的支撑部件的使用寿命，维持风力发电设备长期正常运行，减少维修成本。

上述描述仅是对本发明较佳实施方式的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种风力发电机组用球墨铸铁件防腐底漆，其特征在于，包括A组分和B组分；

其中，所述A组分按重量百分比包括以下组分：

所述B组分按重量百分比包括以下组分：

酚醛酰胺固化剂 95％-99％；

2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚 1％-5％。

2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组用球墨铸铁件防腐底漆，其特征在于，所述A组分中，所述石墨烯与碳纳米管的质量比为2:1。

3.根据权利要求1所述的一种风力发电机组用球墨铸铁件防腐底漆，其特征在于，环氧树脂的环氧当量为184-190g/eq；酚醛环氧树脂的环氧当量为164-176g/eq。

4.根据权利要求1所述的一种风力发电机组用球墨铸铁件防腐底漆，其特征在于，所述酚醛酰胺固化剂的胺值为162mg KOH/g，活泼氢当量为256。

5.根据权利要求1所述的一种风力发电机组用球墨铸铁件防腐底漆，其特征在于，所述助剂选自蓖麻油改性衍生物流变助剂。

6.根据权利要求1所述的一种风力发电机组用球墨铸铁件防腐底漆，其特征在于，所述溶剂选自二甲苯和正丁醇的组合。

7.根据权利要求6所述的一种风力发电机组用球墨铸铁件防腐底漆，其特征在于，所述二甲苯占比A组分质量的2％-7％，正丁醇占比A组分质量的1％-3％。

8.根据权利要求1所述的一种风力发电机组用球墨铸铁件防腐底漆，其特征在于，所述防腐底漆中所述A组分按照质量百分比包括以下组分：

所述B组分按照质量百分比包括：

酚醛酰胺固化剂 95％；

2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚 5％。

9.根据权利要求1所述的一种风力发电机组用球墨铸铁件防腐底漆，其特征在于，所述防腐底漆在使用时，将A组分和B组分按照质量比100:15-35的比例混合使用。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的防腐底漆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

制备A组分：

S1：量取部分二甲苯和正丁醇溶剂，混合均匀，然后滴加水，分散乳化，得到混合溶液；

S2：向所述S1的混合溶液中加入石墨烯和碳纳米管，分散均匀；

S3：将所述S2处理后的溶液升温至60-70℃，然后在搅拌状态下加入双氨基烷氧基硅烷；

S4：向经过S3处理后的溶液中加入酚醛环氧树脂，升温至60-90℃反应；

S5：向经过S4处理后的溶液中加入环氧树脂，搅拌均匀，然后加入除水剂；

S6：向经过S5处理后的溶液中加入助剂和气相二氧化硅，分散均匀升温至45-50℃；

S7：向经过S6处理后的溶液中加入锌基料，分散均匀，得到所述A组分；

制备B组分：按比例称取酚醛酰胺固化剂和2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚混合均匀，得到所述B组分。