闡述了目前市場(chǎng)上較通用的聚氨酯葉片涂料的配方開(kāi)發(fā)要點(diǎn)，對(duì)比了聚氨酯涂料中使用的聚酯樹(shù)脂和丙烯酸樹(shù)脂的性能差異，在實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了選擇聚酯改性丙烯酸樹(shù)脂作為葉片涂料成膜物的必然性。文中還對(duì)比了不同耐磨添加劑對(duì)耐磨性能的影響，以及不用消光粉對(duì)光澤、性能的影響。得出了PTFE蠟和蠟處理的二氧化硅是最佳選擇，給出了最優(yōu)化的聚氨酯葉片涂料配方，同時(shí)，列出了基于最優(yōu)化的配方所得到的聚氨酯葉片涂料的性能結(jié)果。 

      石油、煤炭、天然氣作為不可再生資源，在世界上總的儲(chǔ)量有限，而目前人類(lèi)的能源消耗結(jié)構(gòu)中對(duì)其依賴(lài)性很高。這些常規(guī)能源的可使用量越來(lái)越少，價(jià)格越來(lái)越高，風(fēng)能作為可再生清潔能源，今天越來(lái)越被重視，據(jù)中國(guó)風(fēng)能協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，截至2010年，中國(guó)風(fēng)電的總裝機(jī)容量已達(dá)到44733MW，另根據(jù)國(guó)家“十二五”規(guī)劃，在今后五年要力爭(zhēng)新裝機(jī)容量超過(guò)90000MW，并在2020年力爭(zhēng)使中國(guó)風(fēng)電發(fā)展不低于1.5億kW，風(fēng)電占一次能源的比重約2.2%。以2020年中國(guó)風(fēng)電發(fā)展1.5億kW計(jì)算，如年發(fā)電小時(shí)是2000h，則可發(fā)3000億度電，約1億t標(biāo)準(zhǔn)煤。因此，風(fēng)電在中國(guó)的前景廣闊，相應(yīng)的葉片涂料也有較大的市場(chǎng)需求。國(guó)家863計(jì)劃也專(zhuān)門(mén)有一項(xiàng)支持葉片涂料的國(guó)產(chǎn)化。目前，在國(guó)內(nèi)從事葉片涂料研發(fā)的企業(yè)也比較多，很多涂料企業(yè)瞄準(zhǔn)了這一新興領(lǐng)域，欲大有作為，但葉片涂料不同于一般的涂料，性能要求較高，而目前葉片涂料多以進(jìn)口為主，并主要由幾家國(guó)外企業(yè)壟斷。國(guó)內(nèi)涂料企業(yè)目前大多處于一種摸索開(kāi)發(fā)階段，有些涂料企業(yè)甚至對(duì)葉片涂料所要求的性能還沒(méi)有深刻認(rèn)識(shí)的情況下就盲目上馬研發(fā)，導(dǎo)致一些工程技術(shù)人員疲于應(yīng)對(duì)研發(fā)中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，特別是在傳統(tǒng)思維的影響下，一些涂料工程師以一般的防護(hù)涂料的概念在做配方，這樣很容易導(dǎo)致日后各種問(wèn)題的發(fā)生。因此，探索出一種研發(fā)葉片涂料的新思路，優(yōu)化葉片涂料的配方，實(shí)現(xiàn)一種滿(mǎn)足葉片涂料性能要求的配方研發(fā)途徑迫不及待。

通常來(lái)講，葉片涂料的主要性能要求如下:

(1)直升機(jī)雨滴測(cè)試:高速旋轉(zhuǎn)的螺旋槳下雨點(diǎn)沖擊測(cè)試，這種測(cè)試目前在國(guó)內(nèi)還不能進(jìn)行，只能在國(guó)外測(cè)試。

(2)耐候性:環(huán)氧葉片直接在太陽(yáng)光照射下易粉化，達(dá)到一定程度時(shí)甚至?xí)诟咚傩D(zhuǎn)中斷裂，因此葉片涂料作為葉片表面起保護(hù)作用的涂層，對(duì)耐候的要求自然較高。

 (3)柔韌性:高速旋轉(zhuǎn)的葉片受力變形較大，故涂層需要一定的柔韌性防止漆膜開(kāi)裂、脫落。

 (4)耐磨性:旋轉(zhuǎn)的葉片受大氣、塵埃甚至是砂礫的高速?zèng)_擊、刮擦，特別是葉片邊緣部位，對(duì)耐磨的要求更高。

 (5)附著力:底漆要求對(duì)玻璃鋼葉片附著力較好。

 (6)耐濕熱性能:風(fēng)車(chē)通常安裝在海洋、草原、高山等潮濕環(huán)境。

 (7)施工性能:

①干燥性———葉片涂裝有條件的能做到低溫烘烤，但有些由于條件限制只能自干;

②活化期———輥涂或者高壓無(wú)氣噴涂要求在涂裝過(guò)程中涂料黏度不能有很大的上升;

③厚涂性———葉片涂層底漆和面漆的干膜厚通常均在80～120μm;

④打磨性———葉片表面空隙很多，特別是邊緣，涂裝底漆后通常還打磨、刮膩?zhàn)犹钇?

⑤低VOC———由于葉片涂裝的環(huán)境，低VOC不僅環(huán)保，也有助于施工者的健康。

基于上面的性能要求，目前國(guó)內(nèi)的葉片涂料體系主要有聚氨酯涂料、聚脲涂料、硅氟類(lèi)涂料。其中硅氟類(lèi)涂料通常也是做成雙組分的，借助與異氰酸酯的交聯(lián)形成聚氨酯結(jié)構(gòu)的涂膜，在這3種涂料體系中，又以聚氨酯涂料的使用最為普遍，最為市場(chǎng)所接受，3種類(lèi)型的涂料的性能比較如表1。

表1 3種風(fēng)電葉片涂料的主要性能比較

從表1可見(jiàn)，聚氨酯涂料的性?xún)r(jià)比最高，這也是目前市場(chǎng)上最流行的葉片涂料是聚氨酯體系的主要原因。

1·實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)原料

 羥基丙烯酸樹(shù)脂、特殊改性丙烯酸樹(shù)脂:荷蘭產(chǎn);異氰酸酯固化劑:柏斯托;二氧化鈦:杜邦;沉淀硫酸鋇:杭州利澳化工有限公司;輕質(zhì)碳酸鈣:上海一環(huán)化工有限公司;炭黑:卡博特;紫外光吸收劑:巴斯夫;分散劑:畢克化學(xué);氣相二氧化硅:瓦克化學(xué);玻璃粉:廣東南海;尼龍粉:德國(guó)產(chǎn);納米三氧化二鋁:山西;催干劑:氣體化工;消泡劑、流平劑:瓦克化學(xué);二甲苯:、醋酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯:工業(yè)級(jí)市售。

1.2實(shí)驗(yàn)儀器

磨耗儀5151:美國(guó)TABER公司;QUV測(cè)試機(jī):美國(guó)Q－LAB公司;刮板細(xì)度計(jì):Sheen公司;黏度計(jì)(NK－2#)、拉拔附著力測(cè)試儀:英國(guó)Elcometer公司;鉛筆硬度計(jì):Sheen公司;直升機(jī)雨滴測(cè)試儀:企業(yè)自制設(shè)備;分散機(jī):德國(guó)DISPERMAT公司;錐型彎曲儀:德國(guó)ERICHSEN公司312型;高壓無(wú)氣噴涂機(jī):美國(guó)GRACO;鹽霧試驗(yàn)機(jī):德國(guó)ERICHSEN公司;環(huán)境測(cè)試儀:偉思富奇CA180/40。

1.3配方研究

1.3.1樹(shù)脂的選擇

樹(shù)脂是涂料的成膜物質(zhì)，樹(shù)脂的性能將在最大程度上決定涂料的性能。因此，在設(shè)計(jì)葉片涂料配方時(shí)，首先要想到的是選擇合適的主體樹(shù)脂，雙組分聚氨酯涂料常用的樹(shù)脂就是羥基丙烯酸樹(shù)脂或飽和聚酯樹(shù)脂。丙烯酸樹(shù)脂中，羥基的類(lèi)型、位置直接決定羥基與異氰酸酯樹(shù)脂的反應(yīng)活性，從而決定漆膜的化學(xué)干燥性。丙烯酸樹(shù)脂中所含有的羧基的位置決定其對(duì)顏料的潤(rùn)濕分散性能，并對(duì)涂膜的耐水性等形成一定的影響。除羥基、羧基官能團(tuán)之外，合成丙烯酸樹(shù)脂中的其他單體，則對(duì)涂膜的硬度、耐候性、柔韌性等性能形成影響，比如甲基丙烯酸甲酯，由于玻璃化溫度較高，通常含量高的樹(shù)脂硬度偏高，同時(shí)耐候性也好，而苯乙烯單體由于耐候性較差，在樹(shù)脂中的含量偏高時(shí)會(huì)導(dǎo)致耐候性下降，但苯乙烯對(duì)漆膜的物理干燥性卻有很大的幫助。通常來(lái)講，單一的丙烯酸結(jié)構(gòu)的樹(shù)脂需要根據(jù)側(cè)重點(diǎn)的不同去調(diào)整合成配方，但無(wú)論如何調(diào)整，卻都難以憑借單一的樹(shù)脂達(dá)到葉片涂料所要求的全部高性能，比如，丙烯酸能做到很好的干燥性、耐候、硬度、附著力，但在柔韌性、耐磨性方面通常難以兼顧到。在聚酯樹(shù)脂中，不同單體、聚合度和結(jié)構(gòu)也造成聚酯樹(shù)脂的性能不同。

       根據(jù)飽和聚酯樹(shù)脂的微觀結(jié)構(gòu)，可以把聚酯樹(shù)脂分為直線(xiàn)型聚酯、微支化聚酯、支化聚酯和高支化聚酯，4種類(lèi)型的飽和聚酯性能比較如表2。

表2 4種聚酯性能比較

    從表2可見(jiàn)，考慮到葉片涂料的性能要求，聚酯樹(shù)脂在干燥性、硬度、耐候等方面通常難以滿(mǎn)足葉片涂料的性能要求，因此，單獨(dú)的聚酯樹(shù)脂不能用于葉片涂料的制備。而要制得高性能的葉片涂料，普通的丙烯酸樹(shù)脂或者聚酯樹(shù)脂都難以達(dá)到要求，在這種情況，丙烯酸和聚酯的拼用成為一個(gè)方向，這也是目前很多從事葉片涂料配方研發(fā)的工程師的選擇，但如果僅僅是簡(jiǎn)單地丙烯酸冷拼聚酯，勢(shì)必造成有些性能能兼顧到，但有些性能卻比單獨(dú)用聚酯或者丙烯酸還要差。而如果從樹(shù)脂合成的角度就去思考在丙烯酸樹(shù)脂的主鏈結(jié)構(gòu)中引入聚酯結(jié)構(gòu)，兼顧到干燥性、耐候、耐磨、柔韌性、附著力以及其他一些苛刻的要求，就會(huì)比單獨(dú)的冷拼樹(shù)脂效果有質(zhì)的改變。因此，在合成時(shí)就進(jìn)行聚酯改性的丙烯酸樹(shù)脂成為理想的選擇。

    1.3.2助劑的選擇

    葉片涂料中使用到的助劑主要有分散劑、流平劑、紫外光吸收劑、耐磨添加劑、催干劑等。

    ①分散劑方面———由于葉片涂料主要是實(shí)色漆，配方中使用到的顏填料基本上都是無(wú)機(jī)的，因此比較容易分散，一般的分散劑即能很好地分散，如BYK－110、BYK－161、BYK－163等，而不需要使用一些特殊分散劑，如超分散劑或者協(xié)同分散劑等。考慮到配方中使用到一定量的消光粉，因此，在生產(chǎn)過(guò)程中必須控制好分散工藝，以達(dá)到最好的顏料和消光粉的分散效果。

    ②流平劑方面———一般的有機(jī)硅類(lèi)流平劑可作為葉片涂料面漆的流平劑，但需要測(cè)試和主體樹(shù)脂的相容性，同時(shí)，調(diào)整到最佳加入量，既不能出現(xiàn)流平不好，又不能出現(xiàn)暗泡、影響重涂的問(wèn)題。

    ③老化劑方面———樹(shù)脂、顏料對(duì)耐候性起決定性作用，耐老化劑的添加會(huì)對(duì)耐侯性有一些幫助作用，在耐老化劑的選擇方面，需要根據(jù)樹(shù)脂的類(lèi)型和涂料的顏色，比如是清漆、淺色漆或者深色漆而選擇不同的耐老化劑。

    ④催干劑方面———通常有機(jī)錫或者有機(jī)鉍類(lèi)催干劑可以作為葉片聚氨酯涂料的催干劑，而胺類(lèi)催干劑由于耐候性等問(wèn)題不適宜使用。

    1.3.3溶劑的選擇

    葉片雙組分聚氨酯涂料中溶劑的含量一般不高，主要受高固含量和施工方式的需求。通常配方中應(yīng)該選擇酯類(lèi)溶劑，如醋酸丁酯和丙二醇甲醚醋酸酯作為主溶劑，而芳香烴類(lèi)的危害性及酮類(lèi)溶劑的味道限制了其在葉片涂料中的大量使用。

    1.3.4顏料的選擇

    由于耐候性和耐磨性等苛刻的要求，面漆使用到的顏料必須是耐候性好的，而底漆使用的顏填料也必須考慮到打磨性和填充性。

    1.3.5固化劑的選擇

    在聚氨酯涂料中，考慮到耐候性和漆膜延伸率的需要，適合的固化劑是HDI類(lèi)型的異氰酸酯，在干燥方面，三聚體的干燥性明顯優(yōu)于縮二脲的，因此，HDI三聚體比較適合做葉片涂料的固化劑。

    1.3.6葉片涂料初始參考配方

    基于目前通用的體系是雙組分聚氨酯底漆和雙組分聚氨酯面漆組合，涂料配方需考慮到底漆和面漆性能要求的差異，初始配方如表3和表4。

表3 葉片底漆初始參考配方

表4 葉片面漆初始參考配方