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      聚酯聚氨酯風機葉片涂料的研究

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      聚酯聚氨酯風機葉片涂料的研究
      □ 張 靜,崔利娟
      (海洋化工研究院有限公司,海洋涂料國家重點實驗室,山東青島 266071)

      0 前言
      近年來風能的開發備受矚目,但我國風能市場的核心技術主要掌握在國外大型風電企業手中,歐美等國外的風機葉片應用環境與國內的有較大不同,在中國西部主要風場建設的地方,每年沙塵天較多、沙塵密度大、顆粒粗,對葉片的磨損、沖擊十分嚴重,國外的風機葉片涂料在中國已經出現了水土不服的現象。然而目前,國內的風機葉片涂料還存在一些問題:
      (1)溶劑型聚氨酯涂料體系的涂膜具有較好的耐老化性能,但涂膜硬度高、剛性強,經風沙撞擊后容易損傷脫落,對底材失去保護作用。
      (2)聚天門冬氨酸酯涂料雖然為環保型高固體分涂料[3],但是成本較高,而且涂料的均勻性不易控制。
      (3)水性涂料也為環保型涂料,但是成本較高,而且涂膜較脆,面漆在葉片搬運過程中易出現刮擦問題。
      本文通過篩選找出合適的樹脂體系、顏基比、耐磨顏料,使涂料在具有極好的耐候、耐磨性的同時還具有優異的柔韌性,解決涂料在葉片高速運轉時產生的形變問題。
       
      1 試驗部分
      1.1 試驗用儀器設備
      電子天平BS2000S,北京賽多利斯儀器公司;砂磨分散多用機JDF-400,上,F代環境工程技術研究所;錐形磨QZM,天津中環試驗儀器廠;鹽霧腐蝕實驗箱Q-FOG_CCT1100,美國Q-Panel公司;電子拉力機WDW-20,上海華龍測試儀器廠;涂膜測厚儀MINITEST600,德國EPK公司;漆膜涂布器,英國R.K.Print coat instruments公司。
      1.2 主要原材料
      (1)樹脂:670/BA、680/BA、TSR-175、1007、2460A;
      (2)固化劑:N3375、N3390;
      (3)鈦白粉,工業級;炭黑,工業級;云母粉,工業級;微粉化蠟,工業級;膨潤土,工業級;環烷酸鋅,工業級;環烷酸銅;二月桂酸二丁基錫,工業級;環烷酸鈷,工業級;二甲苯,工業級;醋酸丁酯,工業級。
      1.3 涂料配方
      聚酯聚氨酯風機葉片涂料的配方如表1所示。
      聚酯聚氨酯風機葉片涂料配方
      1.4 制備工藝
      將一部分聚酯樹脂用混合溶劑溶解,加入分散劑、消泡劑、流平劑、顏填料,高速預分散后,采用砂磨機對涂料顏料漿研磨,底漆細度達到50 μm以下,面漆細度達到35 μm以下,出料,調入余量聚酯樹脂、羥基丙烯酸樹脂、觸變劑、消光粉、紫外光吸收劑等組分,用高速攪拌機混合均勻,用120目的銅網過濾,進行包裝。
      1.5 性能檢測
      將漆漿和固化劑按配方量加入容器中,攪拌混合均勻,靜置15 min左右,刷涂在按國標制備的樣板上,室溫干燥后,進行性能測試。性能檢測結果見表2。
      聚酯聚氨酯風機葉片涂料性能檢測結果
      2 結果與討論
      2.1 樹脂的篩選
      以常用的聚氨酯固化劑N3375為固化劑,對羥基聚酯樹脂(680/BA、sovermol 1007、TSR-175)、有機硅聚氨酯樹脂(TSR-175)、羥基丙烯酸樹脂(2460A)從黏度、附著力、柔韌性、沖擊強度、鉛筆硬度等方面進行了比較,結果如表3所示。
      不同快干樹脂對涂層性能的影響
      從試驗結果可以看出,1007樹脂由于較少苯環存在,羥基的活性降低,所以干燥時間最長,而且和底漆的附著力不佳。2460A是丙烯酸聚氨酯樹脂,干燥速度最快,但是硬度較大。TSR-175由于是有機硅改性的樹脂,柔韌性不好。680/BA樹脂和底漆的附著力好,柔韌性和硬度都比較合適,但是干燥時間稍微有些長。通過比較,最終選擇680/BA為底漆和面漆的基體樹脂,為了改善涂料的固化時間,加入少量的快干樹脂縮短樹脂的固化時間。
      2.2 催化劑的篩選
      催化劑對聚氨酯涂料的反應影響很大,在生產聚氨酯涂料時,對催化劑的研究很重要。一般重金屬離子都能在異氰酸酯與活性氫化合物反應時起催化作用。選擇了環烷酸銅、環烷酸鋅、環烷酸鈷、二月桂酸二丁基錫等催化劑進行比較,檢測干燥時間以及涂膜的各種性能,結果如表4所示。
      不同催化劑對涂層性能的影響
      從表4的試驗對比結果來看,不同催化劑的干燥速度為:二月桂酸二丁基錫>環烷酸銅>環烷酸鋅>環烷酸鈷。其中,二月桂酸二丁基錫的干燥速度最快,加入量為萬分之幾就可以使涂料在很短的時間內干燥,但是二月桂酸二丁基錫對涂料的耐候性有較大的影響,失光率較高,而且,從測試結果上可以看出,涂膜的附著力不是很好。環烷酸鈷的干燥時間過長,而環烷酸銅的干燥時間雖短,但是由于環烷酸銅的催化活性大,聚氨酯的反應比較快,涂膜在干燥的過程中較容易起泡。用環烷酸鋅作催化劑,反應時間適中,涂膜的各種性能比較好,最終確定環烷酸鋅作催化劑,經過大量的試驗證明,環烷酸鋅的含量在0.3%(質量分數)時效果最佳。
      2.3 耐磨顏料的篩選
      風機葉片的使用環境比較惡劣,由于經常會受到風沙等的襲擊,對耐磨性的要求比較高,所以風機葉片涂料顏填料要具有很好的耐磨性能?紤]到風機葉片涂料顏色的特定要求,選擇了一些研磨后不易發黑的白色防銹耐磨顏料。以選定的聚酯基料樹脂與多異氰酸酯固化劑為涂料基本體系,選擇三聚磷酸鋁、磷酸鋅、改性二氧化鈦、云母粉、微粉化蠟等防銹耐磨顏料進行配方試驗,結果如表5所示。
      不同顏填料涂層的耐磨性試驗結果
      從表5的結果可知,從耐磨性來看,微粉化蠟可以提高涂層的抗摩擦、抗劃傷性能,而且本試驗添加了聚四氟乙烯微粉化蠟后涂層的耐磨性能得到明顯的改善,選擇了云母粉和微粉化蠟作為防腐耐磨顏料。
      2.4 不同顏基比對涂料性能的影響
      顏基比對涂料的性能有很大的影響,分別考察了不同顏基比對面漆性能影響結果,如表6所示。
      不同顏基比對涂層性能影響
      從表6中可以看出,涂料的顏基比過大時,會影響涂料的耐候性能,且涂料的柔韌性、耐沖擊性能也會有所下降,因此,在綜合涂料的耐鹽霧、耐人工加速老化等各項性能后,最終確定面漆的顏基比為1.5/1。
      2.5 助劑對涂料性能的影響
      涂料要有良好的開罐性能、加工性能、施工性能,需在涂料中添加流平劑、消泡劑、潤濕分散劑等涂料助劑,通過對多種助劑的篩選,用潤濕分散劑來提高顏料的分散性能,用消泡劑達到該涂料體系良好的消泡效果,且不影響涂料的復涂性,用有機膨潤土來提高涂層的抗流掛性能。為了防止風機葉片受到飛鳥的撞擊,面漆必須為啞光,通過試驗,消光粉加入量為6%時光澤度在20%以下,可以滿足啞光的要求。同時,風機葉片受到強烈日光的照射,面漆要具有良好的抗老化性能,加入紫外光吸收劑,提高面漆的抗老化性能。
       
      3 結語
      使用聚酯多元醇樹脂680和少量快干樹脂作為基體樹脂,以多異氰酸酯N3375為固化劑,采用云母粉、微粉化蠟等防銹耐磨顏料,加入流平劑、消泡劑、潤濕分散劑、觸變劑、消光粉、紫外光吸收劑等助劑,制得的風機葉片涂料具有優異的防磨性、防腐性、耐候性以及柔韌性,適合風機葉片等玻璃鋼復合材料的使用。
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