CN114015297B

CN114015297B - 一种水性抗结冰涂料及其制备方法

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Publication number: CN114015297B
Application number: CN202111389024.7A
Authority: CN
Inventors: 白江卫; 王锦; 刘自强; 张鹏; 李国龙
Original assignee: Shijiazhuang Paint Co
Current assignee: Shijiazhuang Paint Co
Priority date: 2021-11-22
Filing date: 2021-11-22
Publication date: 2023-03-28
Anticipated expiration: 2041-11-22
Also published as: CN114015297A

Abstract

本发明涉及涂料技术领域，具体公开一种水性抗结冰涂料及其制备方法。所述水性抗结冰涂料，包括质量比为5～7:1的A组分和B组分，其中，所述A组分包括：水性氟碳树脂、哑光树脂、聚碳酸酯型聚氨酯分散体、膨润土、增稠剂、钛白粉、高岭土、杀菌剂、疏水助剂、润湿剂、分散剂、消泡剂、纳米填料、颜料和水离子水；所述B组分为异氰酸酯固化剂。本发明采用水性氟碳树脂、哑光树脂、聚碳酸酯型聚氨酯分散体等进行复配，并以异氰酸酯为固化剂，使得漆膜的接触角大，避免水在风电叶片上附着甚至结冰，交联密度高，具有优异的耐磨性和耐老化性能。

Description

一种水性抗结冰涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种水性抗结冰涂料及其制备方法。

背景技术

我国风电叶片大多是使用玻璃纤维增强的环氧树脂和不饱和聚酯作为叶片主体。叶片在高速运转过程中，会受到恶劣环境的破坏，如：昼夜温差大、风沙腐蚀、酸雨腐蚀或紫外线老化等，特别是在一些寒冷地区可能会产生冰雪的附着，增加叶片的重量从而影响发电效率。未经防护的叶片受到这些恶劣环境的影响，严重情况下可能导致叶片断裂，造成人力物力的损失，这就对叶片防护提出了较高要求。

目前，风电叶片使用最多的防护方法是采用表面张力小的防护涂料，其表面张力越小，水在涂层表面的接触角越大，进而提高水在涂层表面附着并结冰的难度。风电叶片采用的防护涂料主要为溶剂型抗结冰涂料，但是该类涂料中VOC含量高，对环境污染影响严重，使用受限，而对环境友好的水性涂料可更好的解决这一问题，但现有的水性抗结冰涂料的耐磨性和耐老化性能相对较差，因此，亟需一种综合性能优异，并兼顾耐磨性和耐老化性能好的水性抗结冰涂料。

发明内容

鉴于此，本申请提供一种水性抗结冰涂料及其制备方法，采用水性氟碳树脂、哑光树脂、聚碳酸酯型聚氨酯分散体等进行复配，并以异氰酸酯为固化剂，漆膜的接触角大，避免水在风电叶片上附着甚至结冰，交联密度高，具有优异的耐磨性和耐老化性能。

为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：

一种水性抗结冰涂料，包括质量比为5～7:1的A组分和B组分，其中，所述A组分包括如下质量百分比的各组分：水性氟碳树脂：30％～40％，哑光树脂：5％～10％，聚碳酸酯型聚氨酯分散体：5％～10％，膨润土：0.1％～0.2％，增稠剂：0.2％～0.5％，钛白粉：15％～25％，高岭土：5％～10％，杀菌剂：0.05％～0.2％，疏水助剂：3％～5％，润湿剂：0.2％～0.6％，分散剂：1％～2％，消泡剂：0.2％～0.6％，纳米填料：0.2％～2％，颜料：0.2％～0.5％和水离子水：5％～15％；所述B组分为异氰酸酯固化剂。

相对于现有技术，本申请提供的水性抗结冰涂料具有以下优势：

本申请以水性氟碳树脂、哑光树脂、聚碳酸酯型聚氨酯分散体进行复配，由于聚氨酯链段的引入，降低了整个体系的极性基团的密度，与水分子之间形成的氢键减少，使得成膜物质中的反应基团均参与反应，提高漆膜的交联密度，进而提高漆膜的耐老化和耐腐蚀性能，此外通过控制各成膜物质之间的添加量，引入多种可聚合基团，增强漆膜的屏蔽性能，提高漆膜的接触角，从而得到综合性能优异、耐磨性和耐老化性能俱佳的水性抗结冰涂料。

上述水性氟碳乳液为东氟DF-M05、东氟DF-12A或东氟DF-S80。

上述聚碳酸酯型聚氨酯分散体为帝斯曼NeoRezR-986或Bayhydrol U2757。

可选的，所述哑光树脂为水性聚氨酯分散体。

进一步可选的，所述水性聚氨酯分散体为Neorer R1010、Neorer R1000或湛新6795。

可选的，所述疏水助剂为含羟基的聚醚改性聚二甲基硅氧烷。

进一步可选的，所述含羟基的聚醚改性聚二甲基硅氧烷为五色石WSS-1026、BYK-3720或嘉智信诺9750中的至少一种。

优选的疏水助剂有利于提高漆膜的接触角，避免水在风电叶片上附着甚至结冰。

可选的，所述纳米填料包括质量比为1:2～5的氟化石墨烯和粉子，所述粉子为消光粉或纳米二氧化硅中的至少一种。

所述氟化石墨烯购买于重山光电。

所述消光粉为德固赛TS-100。

所述纳米二氧化硅为上海向岚化工有限公司，Nanosil 9909。

优选的消光粉或纳米二氧化硅能有效降低氟化石墨烯的表面能，使得漆膜具有更好的疏水疏油的性能，提高漆膜的接触角。

可选的，所述润湿剂为有机硅双生结构表面活性剂。

进一步可选的，所述润湿剂为TEGO Twin 4100。

优选的润湿剂能提高漆膜的流动性和流平性，可有效降低表面张力，提高水在漆膜表面的接触角，避免水在风电叶片上附着甚至结冰；同时还能降低消泡剂的用量来避免弊病，如鱼眼，针孔，蠕变纹等。

可选的，所述分散剂为BYK-190。

可选的，所述消泡剂为质量比为0.8～1.2:0.8～1.2的BYK-024和TEGO Airex902W。

进一步可选的，所述消泡剂为质量比为1:1的BYK-024和TEGO Airex902W。

优选的消泡剂能快速消泡和持久消泡，有助于防止并消除表面的泡沫和夹杂的空气，而不会产生诸如膜瑕疵等问题。

润湿剂、分散剂和消泡剂均作为功能助剂，相互作用，相辅相成，使得漆膜的综合性能优异，并且具有优异的耐磨性、耐候性，且漆膜本身VOC含量低，对环境友好。

可选的，所述异氰酸酯固化剂为二异氰酸酯。

进一步可选的，所述二异氰酸酯包括质量比为3～5:1的六亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯。

所述六亚甲基二异氰酸酯为东曹株式会社coronate hxlv、Desmodur N 3900或万华HT-100。

所述异佛尔酮二异氰酸酯为Bayhydur 401-70、Bayhydur 401-60或仕全兴S-401。

可选的，所述钛白粉为杜邦R706。

可选的，所述颜料包括质量比1:5～6的科迪黑9007和骏能Y154yellow。

进一步的，本发明还提供一种水性抗结冰涂料的制备方法，至少包括以下步骤：

步骤一、按照上述的原料配比称取各组分；

步骤二、将所述去离子水、润湿剂、分散剂、消泡剂、膨润土、杀菌剂、颜料、高岭土、钛白粉和纳米填料，进行第一混料处理，得水浆；

步骤三、将水性氟碳树脂、哑光树脂、聚碳酸酯型聚氨酯分散体、增稠剂疏水助剂和所述水浆进行第二混料处理，得A组分；

步骤四、将所述B组分与所述A组分混合均匀，即得所述水性抗结冰涂料。

相对于现有技术，本申请提供的制备方法具有以下优势：

本申请提供的制备方法简单，过程容易控制，适用于工业化推广。

可选的，步骤二中，所述第一混料处理的转速为300rpm～500rpm。

可选的，步骤二中，所述水浆的细度为20μm～40μm。

可选的，步骤三中，所述第二混料处理的转速为500rpm～800rpm。

优选的搅拌速度，有利于各成分达到均一效果，有助于体系的分散。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例提供一种水性抗结冰涂料，包括质量比为6:1的A组分和B组分，其中，所述A组分包括如下质量百分比的各组分：水性氟碳树脂：30％，水性聚氨酯分散体：5％，聚碳酸酯型聚氨酯分散体：5.5％，膨润土：0.1％，增稠剂：0.5％，钛白粉：25％，高岭土：10％，杀菌剂：0.2％，疏水助剂：5％，润湿剂：0.6％，分散剂：2％，消泡剂：0.6％，纳米填料：0.2％，科迪黑9007：0.1％，骏能Y154yellow：0.2％和水离子水：15％；所述B组分为异氰酸酯固化剂质量比为3:1的六亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯的混合物。

上述水性氟碳乳液为东氟DF-M05；上述水性聚氨酯分散体为Neorer R1010；上述聚碳酸酯型聚氨酯分散体为帝斯曼NeoRezR-986；上述钛白粉为杜邦R706；上述疏水助剂为BYK-3720；上述润湿剂为TEGO Twin 4100；上述分散剂为BYK-190；上述消泡剂为质量比为1:1的BYK-024和TEGO Airex 902W；上述六亚甲基二异氰酸酯为东曹株式会社coronatehxlv；上述异佛尔酮二异氰酸酯为Bayhydur 401-7。

上述纳米填料为质量比为1:3的氟化石墨烯和消光粉，其中上述氟化石墨烯购买于重山光电；上述消光粉为德固赛TS-100。

上述水性抗结冰涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、按照上述的原料配比称取各组分；

步骤二、将上述去离子水、润湿剂、分散剂、消泡剂、膨润土、杀菌剂、颜料、高岭土、钛白粉和纳米填料于300rpm的转速下混合均匀，得水浆；

步骤三、将水性氟碳树脂、哑光树脂、聚碳酸酯型聚氨酯分散体、增稠剂疏水助剂和所述水浆于500rpm的转速下混合均匀，得A组分；

步骤四、将上述六亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯混合均匀，得B组分，将所述B组分与所述A组分混合均匀，即得所述水性抗结冰涂料。

实施例2

本实施例提供一种水性抗结冰涂料，包括质量比为5:1的A组分和B组分，其中，所述A组分包括如下质量百分比的各组分：水性氟碳树脂：35％，水性聚氨酯分散体：10％，聚碳酸酯型聚氨酯分散体：5.6％，膨润土：0.2％，增稠剂：0.2％，钛白粉：20％，高岭土：10％，杀菌剂：0.07％，疏水助剂：5％，润湿剂：0.2％，分散剂：1％，消泡剂：0.2％，纳米填料：2％，科迪黑9007：0.03％，骏能Y154yellow：0.5％和水离子水：10％；所述B组分为异氰酸酯固化剂为质量比为4:1的六亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯的混合物。

上述水性氟碳乳液为东氟DF-12A；上述水性聚氨酯分散体为Neorer R1000；上述聚碳酸酯型聚氨酯分散体为Bayhydrol U2757；上述钛白粉为杜邦R706；上述疏水助剂为嘉智信诺9750；上述润湿剂为TEGO Twin 4100；上述分散剂为BYK-190；上述消泡剂为质量比为0.8:1.2的BYK-024和TEGO Airex 902W；上述六亚甲基二异氰酸酯为Desmodur N 3900；上述异佛尔酮二异氰酸酯为Bayhydur 401-60。

上述纳米填料为质量比为1:2的氟化石墨烯和纳米二氧化硅，其中上述氟化石墨烯购买于重山光电；上述纳米二氧化硅为上海向岚化工有限公司，Nanosil 9909。

上述水性抗结冰涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、按照上述的原料配比称取各组分；

步骤二、将上述去离子水、润湿剂、分散剂、消泡剂、膨润土、杀菌剂、颜料、高岭土、钛白粉和纳米填料于500rpm的转速下混合均匀，得水浆；

步骤三、将水性氟碳树脂、哑光树脂、聚碳酸酯型聚氨酯分散体、增稠剂疏水助剂和所述水浆于700rpm的转速下混合均匀，得A组分；

实施例3

本实施例提供一种水性抗结冰涂料，包括质量比为7:1的A组分和B组分，其中，所述A组分包括如下质量百分比的各组分：水性氟碳树脂：40％，水性聚氨酯分散体：9.4％，聚碳酸酯型聚氨酯分散体：10％，膨润土：0.2％，增稠剂：0.4％，钛白粉：15％，高岭土：8％，杀菌剂：0.1％，疏水助剂：3％，润湿剂：0.5％，分散剂：1.5％，消泡剂：0.5％，纳米填料：1％，科迪黑9007：0.1％，骏能Y154yellow：0.3％和水离子水：10％；所述B组分为异氰酸酯固化剂质量比为5:1的六亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯的混合物。

上述水性氟碳乳液为东氟DF-S80；上述水性聚氨酯分散体为湛新6795；上述聚碳酸酯型聚氨酯分散体为帝斯曼NeoRezR-986；上述钛白粉为杜邦R706；上述疏水助剂为五色石WSS-1026；上述润湿剂为TEGO Twin 4100；上述分散剂为BYK-190；上述消泡剂为质量比为1.2:0.8的BYK-024和TEGO Airex 902W；上述六亚甲基二异氰酸酯为万华HT-100；上述异佛尔酮二异氰酸酯为仕全兴S-401。

上述纳米填料为质量比为1:5的氟化石墨烯和纳米二氧化硅，其中上述氟化石墨烯购买于重山光电；上述纳米二氧化硅为上海向岚化工有限公司，Nanosil 9909。

上述水性抗结冰涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、按照上述的原料配比称取各组分；

步骤二、将上述去离子水、润湿剂、分散剂、消泡剂、膨润土、杀菌剂、颜料、高岭土、钛白粉和纳米填料于400rpm的转速下混合均匀，得水浆；

步骤三、将水性氟碳树脂、哑光树脂、聚碳酸酯型聚氨酯分散体、增稠剂疏水助剂和所述水浆于800rpm的转速下混合均匀，得A组分；

实施例4

本实施例提供一种水性抗结冰涂料，包括质量比为6:1的A组分和B组分，其中，所述A组分包括如下质量百分比的各组分：水性氟碳树脂：40％，水性聚氨酯分散体：10％，聚碳酸酯型聚氨酯分散体：10％，膨润土：0.1％，增稠剂：0.2％，钛白粉：20％，高岭土：5％，杀菌剂：0.1％，疏水助剂：4％，润湿剂：0.5％，分散剂：2％，消泡剂：0.5％，纳米填料：2％，科迪黑9007：0.1％，骏能Y154yellow：0.5％和水离子水：5％；所述B组分为异氰酸酯固化剂质量比为4:1的六亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯的混合物。

上述水性氟碳乳液为东氟DF-S80；上述水性聚氨酯分散体为Neorer R1010；上述聚碳酸酯型聚氨酯分散体为帝斯曼NeoRezR-986；上述钛白粉为杜邦R706；上述疏水助剂为1:1:1的五色石WSS-1026、BYK-3720和嘉智信诺9750的混合物；上述润湿剂为TEGO Twin4100；上述分散剂为BYK-190；上述消泡剂为质量比为1:1的BYK-024和TEGO Airex 902W；上述六亚甲基二异氰酸酯为Desmodur N 3900；上述异佛尔酮二异氰酸酯为仕全兴S-401。

上述纳米填料为质量比为1:5的氟化石墨烯和粉子，所述粉子为质量比为1:1的消光粉和纳米二氧化硅的混合物；其中上述氟化石墨烯购买于重山光电；上述纳米二氧化硅为上海向岚化工有限公司，Nanosil 9909；上述消光粉为德固赛TS-100。

上述水性抗结冰涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、按照上述的原料配比称取各组分；

为了更好的说明本发明的技术方案，下面还通过对比例和本发明的实施例做进一步的对比。

对比例1

将实施例1中的水性氟碳乳液替换为羟基丙烯酸乳液，其余的组分和制备方法与实施例1一致，不再赘述。

对比例2

将实施例1中的聚碳酸酯型聚氨酯分散体替换为醇酸树脂，其余的组分和制备方法与实施例1一致，不再赘述。

对比例3

将实施例1中的氟化石墨烯替换为氟化纳米碳纤维，其余的组分和制备方法与实施例1一致，不再赘述。

为了更好的说明本发明实施例提供的水性抗结冰涂料的特性，下面将实施例1以及对比例1～3制备的水性抗结冰涂料进行性能检测，检测结果如下表1所示。从表1中可以看出，本申请采用水性氟碳树脂、哑光树脂、聚碳酸酯型聚氨酯分散体等进行复配，并以异氰酸酯为固化剂，漆膜的接触角大，达到105°，避免水在风电叶片上附着甚至结冰，交联密度高，具有优异的耐磨性和耐老化性能，提高风电叶片的使用寿命。

表1

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注：耐磨性的检测条件为60r/min，负重1000g，CS-10砂轮。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种水性抗结冰涂料，其特征在于：包括质量比为5~7:1的A组分和B组分，其中，所述A组分包括如下质量百分比的各组分：水性氟碳树脂：30%~40%，哑光树脂：5%~10%，聚碳酸酯型聚氨酯分散体：5%~10%，膨润土：0.1%~0.2%，增稠剂：0.2%~0.5%，钛白粉：15%~25%，高岭土：5%~10%，杀菌剂：0.05%~0.2%，疏水助剂：3%~5%，润湿剂：0.2%~0.6%，分散剂：1%~2%，消泡剂：0.2%~0.6%，纳米填料：0.2%~2%，颜料：0.2%~0.5%和水离子水：5%~15%；所述B组分为异氰酸酯固化剂；所述纳米填料包括质量比为1:2~5的氟化石墨烯和粉子，所述粉子为消光粉或纳米二氧化硅中的至少一种；所述疏水助剂为含羟基的聚醚改性聚二甲基硅氧烷；所述异氰酸酯固化剂为二异氰酸酯；所述二异氰酸酯包括质量比为3~5:1的六亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯；所述哑光树脂为水性聚氨酯分散体。

2.如权利要求1所述的水性抗结冰涂料，其特征在于：所述润湿剂为有机硅双生结构表面活性剂；和/或

所述分散剂为BYK-190；和/或

所述消泡剂为质量比为0.8~1.2:0.8~1.2的BYK-024和TEGO Airex 902W。

3.如权利要求1所述的水性抗结冰涂料，其特征在于：所述钛白粉为杜邦R706；和/或

所述颜料包括质量比1:5~6的科迪黑9007和骏能Y154yellow。

4.一种水性抗结冰涂料的制备方法，其特征在于：至少包括以下步骤：

步骤一、按照如权利要求1~3任一项所述的原料配比称取各组分；

步骤三、将水性氟碳树脂、哑光树脂、聚碳酸酯型聚氨酯分散体、增稠剂、疏水助剂和所述水浆进行第二混料处理，得A组分；

5.如权利要求4所述的水性抗结冰涂料的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述第一混料处理的转速为300rpm ~500rpm；和/或

步骤二中，所述水浆的细度为20μm~40μm；和/或

步骤三中，所述第二混料处理的转速为500rpm~800rpm。