用于风力涡轮机叶片的抗冰涂料、其制备过程、应用以及涂覆该抗冰涂料的风力涡轮机叶片的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及用于风力满轮机组件的工业涂层技术领域，并尤其设及用于风力满轮 机叶片的抗冰涂料。
【背景技术】
[0002] 风力满轮机叶片的空气动力特性对风力满轮机性能是至关重要的。在寒冷季节 和寒冷气候中，叶片的外表面曝露结冰。冰的积聚，尤其在前缘区域上，因为它不仅影响风 力满轮机的能量性能，而且通过在运行的风力满轮机中产生振动和失衡还影响转子结构载 荷，从而在组件上造成更大的磨损，所W，对叶片的空气动力特性具有负面甚至实质影响。 由于转子上的叶片（通常为Ξ片）必须在重量上平衡，且因此如果冰积聚危及该平衡的完 整性，该风力满轮机必须停止W防止风力满轮机机械部件中的不平衡导致的毁坏，所W过 度的冰积聚甚至可引起强制关机。由于叶片上已形成的大冰块可能脱离并且W提升的速度 落下，因此结冰叶片的显著速度和高度同样地招致危险。
[0003] 已设想出各种系统处理风力满轮机叶片上冰的形成，例如主动和被动抗冰和除冰 系统。
[0004] 一种被动抗冰系统需用诸如基于氣乙烧的黑色涂料的抗冰涂料涂覆叶片，W在日 间吸收热能并在夜间释放，由此加热叶片表面并有助于在一定程度上防止结冰。然而，该方 式涂料的效力极其受限，特别是在非常寒冷的气候或在非常短的冬日中。 阳〇化]疏水物是另一种抗冰涂料。它们阻晓水附着于叶片表面，从而阻止结冰。然而，运 种方式的涂料随着时间的推移变得多孔、失去其疏水性，由此要求一定时期后的修复，不仅 由于较短有效使用寿命，还因为相应工作期间风力满轮机必须关机，导致了高成本。此外， 疏水性的增加导致粘附力的下降，运可能引起叶片表面上涂料粘附问题。
[0006] 用于风力满轮机叶片的抗冰涂料在例如ES2230913T3和GB2463675A中描述。
[0007] 进一步地，高固体分涂料（服涂料）也被广泛用于漆涂风力满轮机叶片。服涂料 具有两种组分，即：基于聚氨醋的底漆，即，主要包括合成的聚氨醋树脂、有机溶剂和颜料的 混合物，其具有按质量计固体含量>70%、低密度（1. 2 - 1. 4g/cm3)W及挥发性有机化合物 (V0C)含量<30g^ ;和第二基于异氯酸醋的固化组分，其与底漆组分在漆涂叶片前混合。W 运种方式获得的涂料在露天中硬化并干燥，并产生满足光泽和色彩稳定性（甚至在极端气 候中）最严格要求的涂层。它们还是高度柔初的，对由例如风和/或雨、刮伤、溶剂、试剂、液 压油等引起的天气和磨损有抵抗力，由此被广泛应用于涂覆风力满轮机叶片的涂料中。尽 管如此，运些涂料的疏水性是受限的，并由此对冰的形成无预期效果。 阳00引运些高固体分涂料在市场上有售，例如，德国公司BASFCOATINGS GMBH(RELEST?:线）和MANKIEWICZGEBR. &C0. (ALEXIT⑧线）。
[0009] 运将由此需要获得一种涂料，其具有易于避免风力满轮机叶片上冰形成的特性， 且不像作为风力满轮机叶片涂层的传统涂料那样损害对物理和化学试剂的抵抗力，并尤其 具有对uv福射和腐蚀（在颗粒和雨引起的腐蚀范围内）的抵抗力。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的是通过用于风力满轮机叶片的新型抗冰涂料的使用、生成该抗冰涂 料的过程、其应用、W及用该抗冰涂料至少部分涂覆的叶片克服本领域现有状态中上述缺 点。
[0011] 根据本发明的抗冰涂料包括抗冰基底，该基底依次包括高固体分涂料的主要组 分，其本身可为传统的高固体分涂料并具有溶解在主要有机溶剂中的合成的、基于聚氨醋 树脂的粘合组分；W及疏水组分，其包括选自聚合物官能化的纳米颗粒和溶胶凝胶中官能 化纳米颗粒的疏水抗冰官能纳米颗粒；
[0012] 所述抗冰涂料特征在于，
[0013] 所述抗冰涂料包括主要组分与分散体的混合物，该分散体为在主要溶剂和分散剂 的分散混合物中的分散官能纳米颗粒的分散体，
[0014] 所述分散组合物形成基础基质；
[0015] 所述分散组合物和所述官能纳米颗粒形成纳米颗粒的分散体，其中所述官能纳米 颗粒在所述基础基质中；
[0016] 分散剂纳米颗粒的所述分散体与所述主要组分混合，W形成所述抗冰涂料的抗冰 基础组分。
[0017] 本说明书使用下面限定的W下术语：
[0018] 主要组分：不带有官能纳米颗粒的涂料组分；
[0019] 主要组分：包括溶解在主要溶剂中的粘合组分的、本身为传统型的高固体分涂料 组分。
[0020] 主要溶剂：所述主要组分中存在的主要溶剂。
[0021] 官能纳米颗粒：抗冰官能纳米颗粒选自聚合物官能化的纳米颗粒和溶胶凝胶中官 能化的纳米颗粒，运样它们是抗冰且疏水的；
[0022] 分散组合物：包括所述溶剂和分散剂的组合物，W形成用于所述官能纳米颗粒的 所述基础基质；
[0023] 纳米颗粒分散体：包括在所述基础基质上的所述官能纳米颗粒的分散体；
[0024] 抗冰基础组分：包括所述主要组分和所述纳米颗粒分散体的混合物-当所述抗冰 涂料具有单一组分时，术语"抗冰基础组分"等同于"抗冰涂料"，但当所述抗冰涂料具有至 少两种组分时，所述"抗冰基础组分"相当于所述主要组分。
[00巧]当为两种组分的方式时，所述抗冰涂料，除作为所述主要组分的所述抗冰基础组 分外，包括作为第二组分的固化组分，其选自基于异氯酸醋、聚氯酸醋和它们的组合的固化 剂。
[00%] 根据本发明，事实上所述抗冰官能纳米颗粒已被预先分散在形成所述基础基质的 所述分散组合物中，所述基础基质具有至少与所述高固体分涂料的所述主要组分相似的组 合物，允许抗冰官能纳米颗粒在所述主要组分中的引入、分散和分布比将官能纳米颗粒直 接引入所述主要组分中时更为均匀和有效，所W根据本发明的抗冰涂料保留了用于涂覆风 力满轮机叶片的传统涂料的理化性质，尤其耐腐蚀和紫外福射，确保了与原有的涂料相同 的对老化的耐用度和抵抗力。因此，用作"特洛伊木马"的所述官能纳米颗粒的分散方式使 得官能纳米颗粒在所述高固体分涂料的所述主要组分中分散。
[0027] 所述分散溶液（分散剂）可包括质量比例为2:1，优选为3:1的所述主要溶剂和表 面活性剂；分散剂为按重量计纳米颗粒质量的2-3. 5%，并且纳米颗粒为按重量计溶剂的 20-30%。
[0028] 所述抗冰基础组分可包括按质量计含有4-6%官能纳米颗粒的所述纳米颗粒分散 体。
[0029]当其为两种组分涂料，其中所述主要组分为传统高固体分涂料时，所述抗冰基础 组分可与所述固化剂混合，由此最终抗冰涂料具有大约2-3%的官能纳米颗粒。
[0030] 所述主要溶剂可选自醇类或有机类溶剂，通常在其聚氨醋化学组成中，例如乙酸 下醋、乙酸乙醋、1-甲氧基-2-丙醇醋酸醋、甲苯、二甲苯、石油脑溶剂、1，4-二氧己环、二 丙酬醇、N-甲基化咯烧酬、二甲基乙酷胺、二甲基甲酯胺、二甲基亚讽、或其任意混合物。根 据本发明，所述主要溶剂可为中等极性的有机化合物，优选为乙酸正下醋，因为后者是用于 满轮机叶片的传统基于聚氨醋树脂的高固体分涂料中最常用的。该传统基于聚氨醋树脂 涂料在市场上有售，例如，德国公司BASFCOATINGSGMBH(民ELEST(氏线，如LELESTWIND 1306)和MANKIEWICZGEBR.&C0.(ALEXIT?;线，例如，ALEXIT495-498)。
[0031] 所述分散组合物中的所述分散剂可为诸如两亲性聚合物分散剂的非极性系统中 的聚合物分散剂，例如，非极性系统中的聚合物分散剂。
[0032]在本发明的一实施方式中，所述分散剂是阳离子聚合物分散剂，其可包括烷基 醋、脂肪酸和烷基胺的混合物。适合的该类型的分散剂为，例如，那些属于英国公司CR0DA INTERNATIONAL,PLC在市场上销售的HYPERMER邸-3线的分散剂。
[0033] 根据本发明的所述抗冰涂料含有的所述抗冰官能纳米颗粒是可在其表面上负载 疏水基的疏水纳米颗粒（优选为无机疏水纳米颗粒），具体由有机官能二氧化娃组成，并可 具有至少一个与所述无机亲水纳米颗粒的所述亲水基反应的官能团和至少一个疏水自由 基。
[0034] 用于生成抗冰官能纳米颗粒的无机亲水纳米颗