一种自修复聚氨酯基超疏水风电叶片表面防护涂料及其制备方法技术

本发明专利技术公布了一种自修复聚氨酯基超疏水风电叶片表面防护涂料及其制备方法，该涂料是由自修复型含氟聚氨酯低聚物、紫外光引发剂、含氟硅烷偶联剂改性的微纳米粒子浆料、开孔剂、稳定剂、流平剂和消泡剂复配而成。该涂料具有无毒、使用安全，经涂装固化后的涂层具有特别卓越的自修复功能，同时具有超疏水、附着力高、耐候、耐水、耐磨等优点，可用于风电叶片防冰、户外电线电缆防冰等场合。冰、户外电线电缆防冰等场合。冰、户外电线电缆防冰等场合。

【技术实现步骤摘要】
一种自修复聚氨酯基超疏水风电叶片表面防护涂料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种防冰涂料及其制备方法，具体涉及一种自修复聚氨酯基超疏水风电叶片表面防护涂料及其制备方法；属于材料表面防护涂料


技术介绍

[0002]作为一种清洁的可再生能源，风能受到世界各国的重视。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。然而大量风机安装在寒冷地区和(或)高海拔地区，在冬季运行时面临冰冻环境的考验。风电叶片结冰会减小翼型升力、增加阻力，导致叶片转矩下降，影响风机发电效率。同时，由于覆冰的增加，致使叶片质量分布不平衡，产生不对称载荷，引发机械故障甚至停机。因此，风机的抗冰冻问题成为风电技术研究的一个热点，防冰、除冰问题也成为了风电领域亟待解决的技术难题，寒冷地区风机叶片的防冰、除冰技术对于风场及大型风力机的安全、经济、高效运行具有重要的意义。
[0003]涂覆超疏水涂料是风机叶片防冰、除冰最为简单的方法。申请号为2019109562952的专利技术专利公开了一种超疏水石墨烯风电叶片防冰涂层材料的制备方法，其首先合成含氟丙烯酸酯二元共聚物，再利用经过改进的Hummers法制备氧化石墨烯，然后利用碱性环境下完成亲核取代反应，制备炔基化石墨烯，最后将含氟丙烯酸酯共聚物接枝到氧化石墨烯表面，完成对石墨烯材料的表面修饰。该方法能够使增大材料表面接触角，使材料具有更好的防冰效果，使用该涂料的风机叶片具有防覆冰的功能。
[0004]随着市场需求的进一步发展，新型的风电叶片防冰涂料不仅需要具有可靠的防冰效果，还需要具有环保、易于施工和长效除冰性，而且风电叶片防冰涂料主要应用于风电叶片材料表面，最好还能具有良好的自修复功能。因此开发具有较好的防冰效果，同时具有自修复、抗划伤、耐候等功能于一体的新型功能材料，成为风电叶片防冰涂料的发展趋势。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一在于针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种具有自修复能力的聚氨酯基超疏水风电叶片表面防护涂料；目的之二在于提供该自修复聚氨酯基超疏水风电叶片表面防护涂料的制备方法。
[0006]为了实现上述目标，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术首先公开了一种自修复聚氨酯基超疏水风电叶片表面防护涂料，由自修复型含氟聚氨酯低聚物10质量份、紫外光引发剂0.2～0.8质量份、含氟硅烷偶联剂改性的微纳米粒子浆料3～8质量份、开孔剂0.1～0.3质量份、稳定剂0.1～0.3质量份、流平剂0.1～0.3质量份和消泡剂0.1～0.3质量份复配而成。
[0008]优选地，前述自修复型含氟聚氨酯低聚物的制备方法如下：在装有搅拌装置、温度计和冷凝管的四口烧瓶中加入100质量份含氟聚醚多元醇，再按
‑
NCO/
‑
OH物质的量之比为
1.3～1.5加入多异氰酸酯，加热到60～90℃，反应2～4h；再加入过量异氰酸酯物质的量的20～50％的含多硫键二元醇，继续反应1～3h；最后加入含羟基丙烯酸酯，继续反应1～3h对剩余的异氰酸酯进行反应，冷却至室温，得到自修复型含氟聚氨酯低聚物。
[0009]本专利技术还公开了如前所述的一种自修复聚氨酯基超疏水风电叶片表面防护涂料的制备方法，包括如下步骤：
[0010]S1、制备自修复型含氟聚氨酯低聚物
[0011]在装有搅拌装置、温度计和冷凝管的四口烧瓶中加入100质量份含氟聚醚多元醇，再按
‑
NCO/
‑
OH物质的量之比为1.3～1.5加入多异氰酸酯，加热到60～90℃，反应2～4h；再加入过量异氰酸酯物质的量的20～50％的含多硫键二元醇，继续反应1～3h；最后加入含羟基丙烯酸酯，继续反应1～3h对剩余的异氰酸酯进行反应，冷却至室温，得到自修复型含氟聚氨酯低聚物；
[0012]S2、制备含硅氟硅烷偶联剂的微纳米粒子改性浆料
[0013]在装有搅拌装置、温度计和冷凝管的四口烧瓶中加入5质量份微纳米粒子、50质量份乙醇和0.5～1质量份含硅氟硅烷偶联剂的混合溶液，加热至50～70℃，回流12～24h；冷却至室温后，将产物转移至旋转蒸发器，通过加热蒸馏除去乙醇；再加入含氟活性稀释剂，超声分散1～2h即制得固含量为15～30％含硅氟硅烷偶联剂的微纳米粒子改性浆料；
[0014]S3、自修复聚氨酯基超疏水风电叶片表面防护涂料的制备
[0015]将步骤S1制得的自修复型含氟聚氨酯低聚物10质量份、步骤S2制得的含硅氟硅烷偶联剂改性的微纳米粒子浆料3～8质量份混合均匀，再向其中加入0.2～0.8质量份紫外光引发剂、0.1～0.3质量份开孔剂、0.1～0.3质量份稳定剂、0.1～0.3质量份流平剂和0.1～0.3质量份消泡剂，搅拌，使各种助剂混合均匀，再超声分散2～4h，即制得自修复聚氨酯基超疏水风电叶片表面防护涂料。
[0016]优选地，前述含多硫键二元醇结构式如下：
[0017][0018]其中，R选自H、C1‑
C
12
的烷烃基、苯环中一种。
[0019]更优选地，前述紫外光引发剂为2
‑
羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
苯基丙酮、1
‑
羟基环己基苯基甲酮、2
‑
甲基
‑2‑
(4
‑
吗啉基)
‑1‑
[4
‑
(甲硫基)苯基]‑1‑
丙酮、2,4,6
‑
三甲基苯甲酰基
‑
二苯基氧化膦、2
‑
羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
[4
‑
(2
‑
羟基乙氧基)苯基]‑1‑
丙酮、二苯甲酮中一种。
[0020]再优选地，前述含硅氟硅烷偶联剂为十七氟癸基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷中的一种；所述微纳米粒子为微纳米二氧化钛、微纳米二氧化硅、微纳米高岭土中的一种。
[0021]进一步优选地，前述稳定剂为4
‑
苯甲酸基
‑
2,2,6,6
‑
四甲基哌啶、癸二酸(2,2,6,6
‑
四甲基哌啶基)酯、三(1,2,2,6,6
‑
五甲基哌啶基)亚磷酸酯、3,5
‑
二叔丁基
‑4‑
羟苄基磷酸单乙酯镍、2,2
‑
硫代双(4
‑
叔辛基苯酚)镍
‑
正丁基氨、二丁基二硫代氨基甲酸镍、水杨酸酯、苯并三唑中的一种。
[0022]再进一步优选地，前述流平剂为聚有机硅氧烷、聚醚改性的聚有机硅氧烷、含氟表面活性剂中的一种；所述消泡剂为有机硅消泡剂。
[0023]更进一步优选地，前述多异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自修复聚氨酯基超疏水风电叶片表面防护涂料，其特征在于，由自修复型含氟聚氨酯低聚物10质量份、紫外光引发剂0.2～0.8质量份、含氟硅烷偶联剂改性的微纳米粒子浆料3～8质量份、开孔剂0.1～0.3质量份、稳定剂0.1～0.3质量份、流平剂0.1～0.3质量份和消泡剂0.1～0.3质量份复配而成。2.根据权利要求1所述的一种自修复聚氨酯基超疏水风电叶片表面防护涂料，其特征在于，所述自修复型含氟聚氨酯低聚物的制备方法如下：在反应容器中加入100质量份含氟聚醚多元醇，再按
‑
NCO/
‑
OH物质的量之比为1.3～1.5加入多异氰酸酯，加热到60～90℃，反应2～4h；再加入过量异氰酸酯物质的量的20～50％的含多硫键二元醇，继续反应1～3h；最后加入含羟基丙烯酸酯，继续反应1～3h对剩余的异氰酸酯进行反应，冷却至室温，得到自修复型含氟聚氨酯低聚物。3.如权利要求1或2所述的一种自修复聚氨酯基超疏水风电叶片表面防护涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、制备自修复型含氟聚氨酯低聚物在反应容器中加入100质量份含氟聚醚多元醇，再按
‑
NCO/
‑
OH物质的量之比为1.3～1.5加入多异氰酸酯，加热到60～90℃，反应2～4h；再加入过量异氰酸酯物质的量的20～50％的含多硫键二元醇，继续反应1～3h；最后加入含羟基丙烯酸酯，继续反应1～3h对剩余的异氰酸酯进行反应，冷却至室温，得到自修复型含氟聚氨酯低聚物；S2、制备含硅氟硅烷偶联剂的微纳米粒子改性浆料在反应容器中加入5质量份微纳米粒子、50质量份乙醇和0.5～1质量份含硅氟硅烷偶联剂的混合溶液，加热至50～70℃，回流12～24h；冷却至室温后，将产物转移至旋转蒸发器，通过加热蒸馏除去乙醇；再加入含氟活性稀释剂，超声分散1～2h即制得固含量为15～30％含硅氟硅烷偶联剂的微纳米粒子改性浆料；S3、自修复聚氨酯基超疏水风电叶片表面防护涂料的制备将步骤S1制得的自修复型含氟聚氨酯低聚物10质量份、步骤S2制得的含硅氟硅烷偶联剂改性的微纳米粒子浆料3～8质量份混合均匀，再向其中加入0.2～0.8质量份紫外光引发剂、0.1～0.3质量份开孔剂、0.1～0.3质量份稳定剂、0.1～0.3质量份流平剂和0.1～0.3质量份消泡剂，搅拌，使各种助剂混合均匀，再超声分散2～4h，即制得自修复聚氨酯基超疏水风电叶片表面防护涂料。4.根据权利要求3所述的一种自修复聚氨酯基超疏水风电叶片表面防护涂料的制备方法，其特征在于，所述含多硫键二元醇结构式如下：其中，R选自H、C1‑
C
12
的烷烃基、苯环中一种。5.根据权利要求3所述的一种自修复聚氨酯基超疏水风电叶片表面防护涂料的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：邬烔，敖海，谭光道，徐超，赵江，杨文云，胡辉，吴孝伟，刘勇，付荣方，周世银，文军，孟鹏飞，冯磊，项尚林，蔡栋宇，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司中国华能集团有限公司南京工业大学，
类型：发明
国别省市：