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高耐候、耐磨型聚氨酯风电叶片涂料的研究

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高耐候、耐磨型聚氨酯风电叶片涂料的研究
□ 李儒剑,曾凡辉,陈立斌,张步峰
(株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲 412007)

0 前 言
作为典型的清洁能源,风电不但可以节省煤炭、石油等不可再生资源,具有极其重要的经济价值,而且对减少二氧化碳等温室气体排放,实现中国在2009年哥本哈根气候变化大会上作出的减排承诺有着极其重要的作用。从2007年初开始,能源局、发改委、税务总局等相关部门就联合出台诸多优惠政策促进风电产业的发展。近年来,我国风电产业飞速发展,根据中国风能协会(CWEA)统计
,2011年中国新增装机容量17 630.9MW,装机总量达到了62 364.2 MW。根据这一数据可以计算出2011年风电叶片涂料用量为3 000 t左右,价值近3亿元。由于风电叶片涂料性能要求高,开发难度大,目前风电叶片涂料市场几乎被BASF、PPG、美凯维奇等进口品牌垄断。国内风电叶片涂料的研发工作自2009年开始,至今已经实现应用和产业化的厂家并不多,如株洲时代电气绝缘、天津德威和江苏普兰纳等少数几家涂料企业已经开发出成熟的产品并销售多年。2006年以来,许多涂料技术工作者针对风电叶片涂料进行了深入的研究。廖有为等采用聚天门冬氨酸酯树脂和脂肪族异氰酸酯预聚物为成膜物制备出了高反应活性的双组分聚脲风电叶片涂料;沈剑平等采用羟基水分散体和氨基磺酸盐改性HDI多聚体制备出了环保型水性聚氨酯风电叶片涂料。赵庆军等采用改性丙烯酸树脂、聚酯树脂为成膜物,脂肪族异氰酸酯为固化剂制备出了溶剂型聚氨酯风电叶片涂料。本文旨在开发一种耐候、耐磨性更加出色的风电叶片涂料,在满足其他性能的要求下将耐候性提高到1 600 h以上,GB/T 23988落砂法耐磨性可以比进口产品提高一倍。
 
1 试验部分
1.1 原材料及主要制漆、检测设备羟基丙烯酸树脂(固含60%,固体分羟基含量为3.5%)、聚酯多元醇树脂(固含80%,固体分羟基含量为5.8%),国产;HI 190脂肪族聚异氰酸酯固化剂,德国BASF
;润湿分散剂、有机硅消泡剂、流平剂,德国毕克;防沉助剂1,海名斯特殊化学;防沉助剂2,德国德固赛;金红石型钛白粉,美国杜邦;中铬黄颜料,美国KOMAX;炭黑,日本三菱;酞菁蓝,国产;二甲苯、100号溶剂油、乙酸丁酯和丙二醇醚酯混合溶剂,国产自配;紫外光吸收剂、光稳定剂,汽巴。
主要制漆设备:ML3002电子天平,美国梅特勒-托利多;SWFS-400实验室用高速分散机、SWS实验室用卧式砂磨机,上海索维。
主要检测设备:Taber橡胶砂轮磨耗仪,美国Taber公司;EW0220高低温试验机,广州爱斯佩克环境仪器有限公司;JFL-B60通用型光泽度仪,天津金孚伦科技有限公司;QUV紫外加速老化试验机、Q-Fog盐雾循环腐蚀试验机,美国Q-Lab公司;PositestAT附着力测试仪,美国Defelsko;LS落砂耐磨试验器,上海现代环境工程技术有限公司;JC2000D1接触角测量仪,厦门迈凯伦精瑞科仪有限公司。
1.2 设计配方
以耐候型羟基丙烯酸树脂与脂肪族聚酯多元醇树脂为成膜载体,与助剂、颜填料及溶剂一起研磨并调漆制备出涂料主剂组分,本试验配方均保持涂料干燥后涂膜中质量颜基比约为0.73左右,其试验配方主要以羟基丙烯酸树脂与聚酯多元醇的所占体系质量分数做了5个不同的配方(见表1),以便研究不同配方所得涂膜的耐候性能、耐磨性、附着力及韧性的变化规律。
叶片涂料基本配方
1.3 制漆工艺简述
叶片涂料的制漆工艺与常规丙烯酸聚氨酯防腐面漆的制备工艺相同,主要分为以下3个工序:
(1)配料、分散:将表1中配方量的物料1~物料11一同投入料缸分散均匀;
(2)研磨:将分散好的物料研磨至细度为15 μm以下;(3)调漆:将表1中物料12~物料14按配方量加入研磨好的涂料中并分散均匀和调整至合适黏稠度。
 
2 分析与讨论
2.1 各配方耐候性能的比较
本部分研究了表1中5个配方的耐候性能,将这5个配方制备出来的涂料分别喷涂在20块70 mm×150mm×4 mm的标准环氧玻璃钢板材上(底材需用腻子做填缝修补处理),厚度控制在100 μm左右。按照GB/T 14522每个配方的样板投入3块做加速紫外老化试验,采用QUV-B型灯管,试验条件为60℃老化4 h与50℃冷凝4 h交替进行,1 000 h内每500 h检查1次,1 000 h后每200 h检查1次,直至涂料样板粉化时停止该样板的检测。这些样板老化检测的失光、粉化随检测时间变化情况见图1,各配方样板粉化前变色情况与丙烯酸树脂/聚酯多元醇树脂质量比关系见图2。
由图1可知,随着聚酯多元醇树脂用量的增加,涂料的耐候性能有所降低。配方1和2能达到1 800 h以上不粉化(本文假定涂膜粉化时60°光泽度值接近0,一般在0~1),而配方3、4和5的不粉化耐候时间分别下降到了1 600 h、1 400 h和1 400 h;由图2可知,随着聚酯多元醇树脂用量的增加,涂膜粉化前ΔE从0.34上升至0.82,其原因为聚酯多元醇树脂的加入,降低了涂膜的耐黄变性能。
各配方及某进口产品的耐候测试结果
各配方产品粉化前ΔE测试结果
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