本发明属于水性纳米涂料的技术领域，具体涉及一种风电叶片用水性纳米涂料及其制备方法与应用。
背景技术：
风电作为一种可在生的绿色能源在全球得到越来越多的重视，许多国家大力发展风电来缓解环境压力，改善能源结构，减少对化石能源的依赖。进入21世纪以来，我国风电进入高速发展期，2015年我国累计风电装机容量达到145104mw，新增风电装机容量为30500mw，为全球第一大风力发电国。
我国的风电资源主要分布在内蒙古、新疆等西北地区，但这些地区风沙大，紫外线强，冬季气温低引起的表面冰冻对风力发电机的叶片造成损害，严重影响风力发电机叶片的寿命。针对这类应用问题，国内科技工作者开发各类提高风力发电机叶片寿命的技术方法，其中在叶片表面涂一层耐候耐磨涂料是防护叶片被腐蚀的重要的一个技术方法。现在采用的聚氨酯涂料或胶衣都难以抵抗风沙侵蚀，特别是叶片迎风面的风沙侵蚀非常严重，一般风机在使用2-5年后均需要对叶片进行再次喷涂涂料。中国专利申请cn105062169a和中国专利cn103665983a通过各自的方法合成了抗风沙、抗紫外线的风电用涂料，但是在应对冰冻天气没有效果。所以，亟需开发一种可以耐受风沙、冰冻等恶劣气候侵蚀，减少涂料喷涂频率，增加风机叶片使用寿命的风电叶片涂料。
技术实现要素：
为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种具有良好附着力，优良的耐风沙侵蚀的耐候耐磨风电叶片用水性纳米涂料。
本发明的另一目的在于提供上述水性纳米涂料的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述水性纳米涂料的应用。所述水性纳米涂料在风电叶片中的应用。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种风电叶片用水性纳米涂料，由以下按重量份计的组分制备而成：
30-40份水性乳液；10-25份纳米填料；15-25份颜料和辅助填料；5-10份紫外吸收剂；1-5份防冻剂；0.5-1.0份基材润湿剂；1.0-5.0份水性润湿分散剂；0.5-2.0份水性消泡剂；0.5-3.0份偶联剂；0.5-2.0份成膜助剂；0.5-1.5份增稠剂；5-10份水。
所述水性乳液为水性氟碳乳液树脂和丙烯酸弹性乳液混合的共混乳液；所述水性氟碳乳液树脂优选为日照弗尔曼新材料科技有限公司产品fem-4f水性氟碳乳液，丙烯酸弹性乳液优选为美国陶氏百历摩乳液primaltmas-48m；
所述水性氟碳乳液树脂和丙烯酸弹性乳液的重量比为(1：3)～(3：1)。
所述水性润湿分散剂为海明斯nuospersefx365，disponer9250，disponerw18中的一种以上。
所述水性消泡剂为海明斯daprodf1760，daprodf1181，defomw082中的一种以上。
所述增稠剂为羟甲基纤维素、羟乙基纤维素或羟乙基甲基纤维素中的一种以上。
所述纳米填料为纳米二氧化硅或纳米硫酸钡中的一种以上，优选为美国卡博特公司生产的m-5型号纳米级二氧化硅和济宁佰一化工有限公司生产的micro纳米改性硫酸钡。所述纳米填料的粒径为20-100nm。
所述紫外吸收剂为河南瑞奇特化工有限公司生产的rqt-x-1高效紫外线吸收王。
所述颜料甲苯胺红、氧化铬绿或氧化铁红的一种，广州市朗门化工有限公司生产。
所述防冻剂为丙二醇、异丙醇、丙二醇甲醚和丙二醇丁醚中的一种以上。
所述成膜助剂为醇酯十二、二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚中的一种以上。
所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的一种。
所述偶联剂优选为含氨基硅烷偶联剂，优选为江苏晨光偶联剂有限公司生产的cg-602。
所述基材润湿剂为迪高的wet260、wet270或wetkl245。
所述辅助填料包括但不限于硅藻土、云母粉、石英粉和玻璃鳞片中的一种以上。
所述颜料和辅助填料重量比为(10～15):(5～15)。
一种风电叶片用水性纳米涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将水性乳液分散均匀，得到乳基料；
(2)将水、纳米填料、颜料、辅助填料和增稠剂，高速分散，得到混合物；
(3)在中低搅拌速度下，将混合物、乳基料、偶联剂、基材润湿剂、水性润湿分散剂、水性消泡剂、紫外线吸收剂、防冻剂和成膜助剂，搅拌均匀，真空消泡，得到水性纳米涂料。
步骤(1)中所述所述分散均匀是指进行搅拌，搅拌的转速为400-500r/min，所述搅拌的时间为30-50分钟；
步骤(2)中所述高速分散的条件为以1200r/min-1500r/min分散30-60分钟；
步骤(3)中所述中低搅拌速度为400r/min-500r/min；所述搅拌均匀的时间为40-60分钟。
所述水性纳米涂料在风电叶片中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的水性纳米涂料具有抗冰冻、耐磨、耐候，耐紫外线、对基材的附着力好等优点；用于风电叶片。同时本发明的制备方法简单易操作，水性化，绿色环保。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例的风电叶片用水性纳米涂料，按重量份数计的组分制备而成：日照弗尔曼新材料科技有限公司产品fem-4f水性氟碳乳液20份，美国陶氏百历摩乳液primaltmas-48m20份；纳米硫酸钡10份，纳米二氧化硅10份；800目云母粉10份，氧化铁红15份；rqt-x-1高效紫外线吸收王5份；防冻剂(异丙醇)1.5份，基材润湿剂(迪高的wet260)0.5份，水性润湿分散剂(海明斯nuospersefx365)1.0份，水性消泡剂(海明斯daprodf1760)0.5份，含氨基硅烷偶联剂cg-602(cg-602)0.5份，成膜助剂(醇酯十二)0.5份，增稠剂(羟乙基纤维素)0.5份，水5.0份。
所述风电叶片用水性纳米涂料的方法，包括以下步骤:
(1)将两种不同乳液混合，搅拌分散均匀，得到乳基料；所述搅拌的转速为400r/min，所述搅拌的时间为30分钟；
(2)将水、纳米填料、颜料、辅助填料和增稠剂，高速分散，得到混合物；所述高速分散的条件为以1200r/min分散40分钟；
(3)在中低搅拌速度下，将混合物、乳基料、偶联剂、基材润湿剂、水性润湿分散剂、水性消泡剂、紫外线吸收剂、防冻剂和成膜助剂，搅拌均匀，真空消泡，再过滤包装。所述中低搅拌速度为400r/min；所述搅拌均匀的时间为40分钟。
实施例2
本实施例的风电叶片用水性纳米涂料，按重量份数计的组分制备而成：日照弗尔曼新材料科技有限公司产品fem-4f水性氟碳乳液30份，美国陶氏百历摩乳液primaltmas-48m10份；纳米硫酸钡10份，纳米二氧化硅10份；800目云母粉15份，甲苯胺红10份；rqt-x-1高效紫外线吸收王5份；防冻剂(丙二醇)1.5份，基材润湿剂(迪高的wet260)0.5份，水性润湿分散剂(海明斯nuospersefx365)1.0份，水性消泡剂(海明斯daprodf1760)0.5份，含氨基硅烷偶联剂cg-602(cg-602)0.5份，成膜助剂(醇酯十二)0.5份，增稠剂(羟乙基纤维素)0.5份，水5.0份。
所述风电叶片用水性纳米涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将两种不同乳液混合，搅拌分散均匀，得到乳基料；所述搅拌的转速为400r/min，所述搅拌的时间为40分钟；
(2)将水、纳米填料、颜料、辅助填料和增稠剂，高速分散，得到混合物；所述高速分散的条件为以1300r/min分散50分钟；
(3)在中低搅拌速度下，将混合物、乳基料、偶联剂、基材润湿剂、水性润湿分散剂、水性消泡剂、紫外线吸收剂、防冻剂和成膜助剂，搅拌均匀，真空消泡，再过滤包装。所述中低搅拌速度为400r/min；所述搅拌均匀的时间为40分钟。
实施例3
本实施例的风电叶片用水性纳米涂料，按重量份数计的组分制备而成：日照弗尔曼新材料科技有限公司产品fem-4f水性氟碳乳液10份，美国陶氏百历摩乳液primaltmas-48m30份；纳米硫酸钡10份，纳米二氧化硅15份；800目云母粉5份，甲苯胺红15份；rqt-x-1高效紫外线吸收王5份；防冻剂(丙二醇甲醚)1.5份，基材润湿剂(迪高的wet245)0.5份，水性润湿分散剂(海明斯nuospersefx365)1.0份，水性消泡剂(海明斯daprodf1760)0.5份，含氨基硅烷偶联剂cg-602(cg-602)0.5份，成膜助剂(醇酯十二)0.5份，增稠剂(羟乙基纤维素)0.5份，水5.0份。
所述风电叶片用水性纳米涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将两种不同乳液混合，搅拌分散均匀，得到乳基料；所述搅拌的转速为400r/min，所述搅拌的时间为50分钟；
(2)将水、纳米填料、颜料、辅助填料和增稠剂，高速分散，得到混合物；所述高速分散的条件为以1400r/min分散50分钟；
(3)在中低搅拌速度下，将混合物、乳基料、偶联剂、基材润湿剂、水性润湿分散剂、水性消泡剂、紫外线吸收剂、防冻剂和成膜助剂，搅拌均匀，真空消泡，再过滤包装。所述中低搅拌速度为400r/min；所述搅拌均匀的时间为50分钟。
实施例4
本实施例的风电叶片用水性纳米涂料，按重量份数计的组分制备而成：日照弗尔曼新材料科技有限公司产品fem-4f水性氟碳乳液20份，美国陶氏百历摩乳液primaltmas-48m20份；纳米硫酸钡15份，纳米二氧化硅10份；800目硅藻土5份，氧化铁红15份；rqt-x-1高效紫外线吸收王5份；防冻剂(丙二醇)1.5份，基材润湿剂(迪高的wet260)0.5份，水性润湿分散剂(海明斯nuospersefx365)1.0份，水性消泡剂(海明斯daprodf1760)0.5份，含氨基硅烷偶联剂cg-602(cg-602)0.5份，成膜助剂(醇酯十二)0.5份，增稠剂(羟乙基纤维素)0.5份，水5.0份。
所述风电叶片用水性纳米涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将两种不同乳液混合，搅拌分散均匀，得到乳基料；所述搅拌的转速为600r/min，所述搅拌的时间为40分钟；
(2)将水、纳米填料、颜料、辅助填料和增稠剂，高速分散，得到混合物；所述高速分散的条件为以1500r/min分散30分钟；
(3)在中低搅拌速度下，将混合物、乳基料、偶联剂、基材润湿剂、水性润湿分散剂、水性消泡剂、紫外线吸收剂、防冻剂和成膜助剂，搅拌均匀，真空消泡，再过滤包装。所述中低搅拌速度为400r/min；所述搅拌均匀的时间为40分钟。
实施例5
本实施例的风电叶片用水性纳米涂料，按重量份数计的组分制备而成：日照弗尔曼新材料科技有限公司产品fem-4f水性氟碳乳液20份，美国陶氏百历摩乳液primaltmas-48m20份；纳米硫酸钡10份，纳米二氧化硅10份；800目石英粉10份，氧化铬绿15份；rqt-x-1高效紫外线吸收王5份；防冻剂(丙二醇)1.5份，基材润湿剂(迪高的wet270)0.5份，水性润湿分散剂(海明斯nuospersefx365)1.0份，水性消泡剂(海明斯daprodf1760)0.5份，含氨基硅烷偶联剂cg-602(cg-602)0.5份，成膜助剂(二丙二醇甲醚)0.5份，增稠剂(羟乙基纤维素)0.5份，水5.0份。
所述风电叶片用水性纳米涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将两种不同乳液混合，搅拌分散均匀，得到乳基料；所述搅拌的转速为400r/min，所述搅拌的时间为40分钟；
(2)将水、纳米填料、颜料、辅助填料和增稠剂，高速分散，得到混合物；所述高速分散的条件为以1500r/min分散40分钟；
(3)在中低搅拌速度下，将混合物、乳基料、偶联剂、基材润湿剂、水性润湿分散剂、水性消泡剂、紫外线吸收剂、防冻剂和成膜助剂，搅拌均匀，真空消泡，再过滤包装。所述中低搅拌速度为400r/min；所述搅拌均匀的时间为60分钟。
性能测试：
以专利cn102031059b公开的涂料为对照，将实施例1～5所得涂料进行性能测试，在玻璃钢板材作为基材，在基材上施加上述的涂料。冲击强度照gb/t1732-93检测，干燥时间照gb/t1728-79检测，附着力照gb/t1720-79检测，耐磨性(500g-500转)照gb1768-79检测。结果如表1所示。
表1实施例1～5制备的涂料与对照例的涂料性能测试参数
由上表可知，本发明的涂料具有与玻璃钢板良好的附着力，所得涂层具有优异的冲击强度和耐磨性。
另外，实施例1～5所制备的涂料易成膜，成膜温度低，并具有抗冻效果。本发明采用的氨基的偶联剂能够提高涂层与钢铁基底材料的附着力；选用丙二醇、异丙醇、丙二醇甲醚和丙二醇丁醚等组分可以与水混合降低冰点，使涂料具有抗冰冻效应；选用醇酯十二、二丙二醇甲醚和二丙二醇丁醚等成分能较好的降低最低成膜温度，有助于乳液成膜。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。