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沈劍平 張之涵

(拜耳材料科技(中國)有限公司，上海201206)

摘要：介紹了高性能雙組分水性聚氨酯風電葉片涂料的(文章來源環(huán)球聚氨酯網(wǎng))研發(fā)、性能及施工工藝。著重闡述涂料成膜物的選擇及配方設計的要點。

關鍵詞：風電葉片;水性聚氨酯涂料;柔韌性;耐磨性;耐候性

0引言

作為新型綠色能源，風力發(fā)電無疑是近年來全球能源市場中的熱點。風力發(fā)電在中國發(fā)展迅速，由此帶動的相關產(chǎn)業(yè)也迅速升溫。聚焦風電葉片涂料，我們發(fā)現(xiàn)：跨國涂料供應商仍然占據(jù)國內(nèi)市場的主導地位，大量的國內(nèi)涂料企業(yè)也已經(jīng)在開展這方面的研發(fā)工作，并且取得了明顯的進展，有的國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)在市場上占有一席之地。

近年來，風電葉片涂料技術不斷發(fā)展，新技術、新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，涂料的各項性能較之傳統(tǒng)產(chǎn)品都有了明顯提高，雖然目前市場上溶劑型涂料仍占據(jù)主導地位，但更為符合風力發(fā)電綠色能源概念的高性能雙組分水性聚氨酯涂料也在國內(nèi)外的一些葉片上得到了應用，其必將成為將來的發(fā)展趨勢。

水性聚氨酯涂料的發(fā)展經(jīng)歷了漫長的過程。早在1943年，德國化學家P.Schlack便成功制備出了聚氨酯乳液，但并未工業(yè)化生產(chǎn)。直到1972年，拜耳公司成功將聚氨酯水分散體用于紡織涂層，此后水性聚氨酯涂料正式獲得商業(yè)化應用。早期的水性聚氨酯涂料以單組分為主，在耐水性、硬度等性能上與傳統(tǒng)的雙組分溶劑型聚氨酯涂料相差甚遠。20世紀90年代，Jocobs等人成功開發(fā)出一種水可分散型異氰酸酯固化劑，這一關鍵技術的突破性進展使雙組分水性聚氨酯涂料技術進入實際應用研究階段。特別是含羥基水分散體與低黏度或水可分散型多異氰酸酯配用制得的水性涂料，具有與傳統(tǒng)雙組分溶劑型聚氨酯涂料相近甚至更好的性能。這種將高性能與環(huán)保性集于一身的雙組分水性聚氨酯涂料，得到了業(yè)內(nèi)的廣泛認可，其應用領域不斷拓寬，日漸成為高性能聚氨酯涂料的新標桿。

1高性能水性聚氨酯葉片涂料的配方

1.1成膜物的選擇

成膜物是涂料性能的決定因素，合理選擇成膜物是配方設計的第一步。結(jié)合風電葉片涂料的具體要求，選擇成膜物時，首先需要對如下性能進行評估，主要包括：干燥時間、混合使用期、一次施工最高成膜厚度、雙組分易混合性、柔韌性、耐磨性。實驗中，我們首先對含羥基水分散體進行篩選，實驗結(jié)果見表1。

表1 含羥基水分散體性能對比

注：(1)本實驗選用以上分散體制作清漆，固化劑選用氨基磺酸鹽改性的HDI多聚體;

(2)本實驗選用的羥基分散體對應如下化學成分：分散體1—水性丙烯酸多元醇二級分散體;分散體2—具有核殼結(jié)構(gòu)的水性丙烯酸多元醇二級分散體，低助溶劑含量;分散體3—聚碳酸酯改性的彈性水性聚氨酯多元醇二級分散體，無助溶劑;分散體4—水性丙烯酸聚氨酯共聚多元醇二級分散體;分散體5—水性丙烯酸多元醇初級分散體，無助溶劑。

根據(jù)風場地理環(huán)境的不同，風電葉片涂料的性能要求也不盡相同，可以根據(jù)實際需要來決定選材。比如，當風場條件并不惡劣，對葉片涂料無特殊要求時，各方面性能比較均衡的分散體1即可勝任，該分散體具有較高的性價比。如果風場位于風蝕情況嚴重的環(huán)境中時，需要高耐磨性的涂層，聚碳酸酯改性的分散體3顯然是最佳選擇，在聚氨酯中引入碳酸酯基團后，所得的聚碳酸酯型聚氨酯具有比傳統(tǒng)的以聚酯多元醇為原料的聚酯型聚氨酯更好的耐水解性、耐候性和耐磨性，但該分散體干燥時間過長，難以滿足現(xiàn)場施工需要。將分散體3與快干的分散體2進行混拼是一種行之有效的解決方案。

又如，當需要一次施工能夠得到厚膜時，可以選擇分散體4或5。雙組分水性聚氨酯涂料的厚膜主要受到-NCO與水反應生成的CO2氣體的制約。Nabuurs等人研究發(fā)現(xiàn)：涂膜中CO2氣泡的產(chǎn)生量與合成乳液時所用的羧酸單體類型、-NCO/-OH當量比以及涂膜中水分的含量有關。但對CO2氣泡消除和無泡厚膜的形成機理，尚待進一步研究。目前，對于厚膜涂層的選材主要還是通過實驗直接判定。

固化劑的選用對漆膜性能也有很大影響。我們對一系列常用的水性聚異氰酸酯固化劑進行篩選試驗，結(jié)果列于表2。

表2 常用水性聚異氰酸酯固化劑性能對比

注：(1)本實驗選用同一水性聚氨酯多元醇分散體制作清漆;

　　以上是《高性能雙組分水性聚氨酯風電葉片涂料》的詳細內(nèi)容。