用于填充风电装置转子叶片中的接缝和缝隙的粘合剂的制作方法
【专利摘要】本发明涉及双组分聚氨酯组合物，所述聚氨酯组合物一方面具有较长的晾置时间，并且即使在具有高空气湿度的气候条件下(例如相对空气湿度70％)暴露较长时间之后在40分钟之后、尤其在60分钟之后仍能粘合并且固化成为具有高机械强度的聚合物。所述组合物包括蓖麻油、至少一种具有5～8个羟基的多元醇、基于蓖麻油或者豆油的两种不同聚醚和／或聚酯多元醇的混合物以及多异氰酸酯。所述双组分聚氨酯组合物尤其适合于以力锁合方式填充大面积结构粘合的模制体、尤其是风电装置的转子叶片的侧翼半壳的接缝或缝隙。
【专利说明】用于填充风电装置转子叶片中的接缝和缝隙的粘合剂
【技术领域】
[0001]本发明涉及双组分聚氨酯粘合剂、尤其是结构型双组分聚氨酯粘合剂的领域，并且尤其涉及粘合和填充风电装置转子叶片的接缝和缝隙的领域。
【背景技术】
[0002]长期以来就已应用基于多元醇和多异氰酸酯的双组分聚氨酯粘合剂。双组分聚氨酯粘合剂的优点在于，其在混合之后即使在不提高的环境温度下也能迅速固化(“冷固化”)并因此在很短时间之后就已经能迅速承受较高的力。但是若要作为结构型粘合剂使用，则对此类粘合剂的强度和粘合力有很高的要求，因为这类粘合剂为承载结构的元素。通常通过高的交联密度实现高的强度。这通常通过提高官能基团的浓度并且使用较高官能度的多元醇或多胺以及较高官能度的多异氰酸酯来实现。
[0003]W02006 / 084900A2公开了一种可以作为结构型粘合剂使用的双组分聚氨酯粘合剂。
[0004]但是尤其就风电装置转子叶片的构造而言(其中必须将预制的侧翼半壳与支撑结构粘合并且还必须将侧翼半壳相互粘合)，迄今为止的双组分聚氨酯粘合剂具有很大的问题，即其必须具有较长的晾置时间，以便大面积涂覆粘合剂并且使得接合过程能够延迟发生。增大的空气湿度的存在会更多地导致异氰酸酯组分中的异氰酸酯基团与水发生副反应。在此过程中会消耗额外的异氰酸酯基团，这些异氰酸酯基团将无法再用来形成交联的聚氨酯。除此之外，所形成的二氧化钛还会使得粘合剂发泡。因此当例如在通常的季节变化时或者由于施工地点的特殊气候所能观察到的空气湿度较高时，粘合剂与空气水分的反应一方面尤其会大大缩短粘合剂的晾置时间，另一方面会使得固化后的粘合剂的机械特性严重变差。
[0005]W02009 / 080740A1公开了一种双组分聚氨酯粘合剂，其适合用来粘合纤维成型件，其特征在于组合了高分子量的聚酯二醇、高官能度的多元醇、疏水性多元醇和其它助齐U。但是这些粘合剂具有很高的刚性，其E-模量值大于2000MPa，并且在机械性能上在改善机械韧性方面仍有改善能力。
[0006]将预制的侧翼半壳与支撑结构粘合时必然会出现接缝。除此之外，在较长时间使用结构粘合的转子叶片之后，还可能会在构件本身中或者在粘合接缝区域内形成可在表面上看见的缝隙形式的应力裂纹。为了填充这些接缝和缝隙，必须使用如上所述具有较长晾置时间和高机械强度并且有在粘弹性改性材料意义上的一定程度粘弹性的粘合剂。
[0007]发明详述
[0008]本发明的任务因此在于提供双组分的聚氨酯组合物，所述聚氨酯组合物一方面具有较长的晾置时间，并且在涂布在基材上之后和在于具有高空气湿度的气候下曝露较长时间之后(例如相对空气湿度70% )，即使在40分钟之后、尤其即使在60分钟之后也能被接合(粘合)并且固化成为具有一定程度弹性(5?15%断裂伸长率)和高拉伸强度(>15MPa)的聚合物。[0009]令人惊奇地已经发现，根据权利要求1的双组分聚氨酯组合物能够解决这个问题。
[0010]已表明，这些组合物因为其机械特性而十分适合于在大面积成型件的结构粘合时填充接缝和缝隙，尤其适合于在建造风电装置时填充转子叶片-半壳的接缝和缝隙。有其表明，根据本发明的粘合剂在粘弹性改性材料意义上的断裂伸长率和拉伸强度之间具有特别好的平衡。
[0011]其它独立权利要求的主题是本发明的其它方面。从属权利要求的主题是本发明的特别优选的实施方式。
[0012]发明的实施方式
[0013]本发明涉及一种由多元醇组分(Kl)和多异氰酸酯组分(K2)构成的双组分聚氨酯组合物。
[0014]在此，所述多元醇组分(Kl)包括
[0015]蓖麻油(AO)；
[0016]至少一种具有5?8个羟基的多元醇(Al)；
[0017]至少一种基于蓖麻油或豆油且羟值为150?200mg KOH / g的聚醚多元醇和/或聚酯多元醇(A2-1)
[0018]以及至少一种基于蓖麻油或豆油且羟值为210?300mg KOH / g的聚醚多元醇和/或聚酯多元醇(A2-2)。
[0019]在此所述多异氰酸酯组分(K2)包括至少一种多异氰酸酯(BI)。
[0020]物质名称中的前缀“多/聚”，例如“多元醇”、“多异氰酸酯”、“聚醚”或“多胺”，在本发明中表示相应的物质在形式上每个分子包含一个以上在其名称中出现的官能基团。
[0021]在本发明中将结构粘合的转子叶片表面上可见的裂纹称作缝隙。
[0022]所述多元醇组分(Kl)包括蓖麻油(AO)。蓖麻油是一种天然再生的原料，并从蓖麻灌木(Ricinus communi s,大戟种植物)的种子中获取。蓖麻油基本上是一种甘油三酸酯。蓖麻酸具有仲羟基。因此蓖麻油是一种疏水性多元醇。可以使用粗制或者提纯的蓖麻油。已证明特别适合的是使用具有减少的游离脂肪酸含量的蓖麻油(低FFA蓖麻油)。优选使用游离脂肪酸的含量小于重量5%、尤其在I?4重量％之间的蓖麻油。
[0023]在工业产品中使用作为可再生天然产物的蓖麻油从生态角度来看极其有价值的，因此非常有益。
[0024]蓖麻油(AO)在多元醇组分(Kl)中的含量有利地在5?30重量％之间，尤其在10?25重量％之间，优选在14?20重量％之间。
[0025]多元醇组分(Kl)包括至少一种具有5?8个羟基的多元醇(Al)。在粘合剂行业中通常很少使用此类高官能度的多元醇作为多元醇，因为其交联作用很强，并因此在多数体系中会在固化之后导致脆化。尤其适用的是糖醇以及基于糖醇的多元醇，其具有相应的羟基数，尤其是戊五醇或己六醇或者基于二糖的多元醇。也可以使用相应的糖，但尤其涉及加氢糖醇。例如有山梨醇、肌醇、甘露醇、阿东糖醇、核糖醇、木糖醇、卫矛醇、葡萄糖、半乳糖、甘露糖、阿洛糖、阿卓糖、古洛糖、艾杜糖、塔罗糖、果糖、山梨糖、阿洛酮糖、蔗糖、乳糖、海藻糖、麦芽糖、纤维二糖、蜜二糖以及芸香糖。也可以使用具有最多15个环氧烷单元的相应乙氧基化产物和丙氧基化产物。[0026]具有5?8个羟基的这些多元醇(Al)的分子量可以为120?3000g / mol、尤其可以为 250 ?2000g / mol ο
[0027]也可以使用聚醚多元醇。为此的例子是5?6官能度的醇类的反应产物，其可以通过与环氧乙烷或环氧丙烷进行反应制备。
[0028]另一类适用的聚醚多元醇是聚四亚甲基二醇，尤其是例如可以通过四氢呋喃的酸聚合制备的聚(THF) 二醇。在此，这些聚醚多元醇的分子量大体上在200?6000g / mol之间，优选在400?3000g / mol范围内。
[0029]具有5?8个羟基的多元醇(Al)由于反应性羟基的高数量而具有较高的极性。它们因此至少部分地也可以与水混合。
[0030]具有5?8个羟基的多元醇(Al)优选基于山梨醇。具有5?8个羟基的多元醇(Al)特别优选地仅仅具有仲羟基。
[0031]具有5?8个羟基的多元醇(Al)在多元醇组分(Kl)中的含量有利地在5?30重量％之间，尤其在0.5?20重量％之间，优选在I?10重量％之间。
[0032]多元醇组分(Kl)包括至少一种基于蓖麻油或豆油且羟值为150?200mg KOH /g的聚醚多元醇和/或聚酯多元醇(A2-1)。优选羟值为155?190mg KOH / g。此外还优选具有300?400g / eq的羟基当量。
[0033]优选将蓖麻油与酮树脂的反应产物作为此类聚醚多元醇和/或聚酯多元醇(A2-1),尤其是例如由Bayer公司以名称Desmophen? 1150和Cognis公司以名称Sovermol? 805销售的产品。
[0034]所述多元醇组分(Kl)包括至少一种基于蓖麻油或豆油且羟值为210?300mgKOH / g的聚醚多元醇和/或聚酯多元醇(A2-2)。优选的是羟值为215?270mgK0H / g。此外还优选其具有2.5?3、尤其2.6?2.9之间的羟基官能变。
[0035]优选将蓖麻油与酮树脂的反应产物作为此类聚醚多元醇和/或聚酯多元醇(A2-2)。
[0036]在此关键要实现，不仅需要存在多元醇(A2-1)，而且也需要存在多元醇(A2-2)，才能实现有利的特性。多元醇(A2-1)与多元醇(A2-2)的重量比有利地在8?I之间、尤其在5?1.5之间、优选在2?3之间。
[0037]此外，多元醇组分(Kl)还优选包含其量为0.5?5重量％、优选1.5?2.5重量％的至少一种多胺(PA)。
[0038]适用的多胺(PA)是聚氨酯化工行业中常用的多胺，尤其是二胺。但是特别适用的是疏水性多胺，尤其是芳族多胺。特别优选的多胺(PA)是具有结构式(II)的芳族二胺:
[0039]
【权利要求】
1.由多元醇组分(Kl)和多异氰酸酯组分(K2)构成的双组分聚氨酯组合物； 其中所述多元醇组分Kl包含 蓖麻油(AO)； 至少一种具有5~8个羟基的多元醇(Al)； 至少一种基于蓖麻油或豆油且羟值为150~200mg KOH / g的聚醚多元醇和/或聚酯多元醇(A2-1)； 以及至少一种基于蓖麻油或豆油且羟值为210~300mg KOH / g的聚醚多元醇和/或聚酯多元醇(A2-2)； 并且其中所述多异氰酸酯组分(K2)包含至少一种多异氰酸酯(BI)。
2.根据上述权利要求中任一项所述的双组分聚氨酯组合物，其特征在于，具有5~8个羟基的多元醇(Al)是仅仅具有仲羟基的多元醇。
3.根据上述权利要求中任一项所述的双组分聚氨酯组合物，其特征在于，具有5~8个羟基的多元醇(Al)是基于山梨醇的聚醚多元醇。
4.根据上述权利要求中任一项所述的双组分聚氨酯组合物，其中所述多异氰酸酯(BI)是芳族多异氰酸酯。
5.根据上述权利要求中任一项所述的双组分聚氨酯组合物，其特征在于，多元醇组分(Kl)还含有其量为0.5~5 重量％、优选1.5~2.5重量％的多胺。
6.根据上述权利要求中任一项所述的双组分聚氨酯组合物，其特征在于，所述多元醇组分(KI)含有: 10~25重量％的蓖麻油(AO)； I~10重量％且具有5~8个羟基的多元醇(Al)； I~40重量％的基于蓖麻油或豆油且羟值为150~200mgK0H / g的聚醚多元醇和/或聚酯多元醇(A2-1)； I~30重量％的基于蓖麻油或豆油且羟值为210~300mg KOH / g的聚醚多元醇和/或聚酯多元醇(A2-2)。
7.以力锁合方式对甚材中的接缝和缝隙进行填充的方法，包括以下步骤: a)将根据权利要求1~6中任一项的双组分聚氨酯组合物的多元醇组分(Kl)与多异氰酸酯组分(K2)混合， b)将经混合的聚氨酯组合物施涂到两个基材之间待弥补的接缝之中或者施涂到基材表面上待填充的缝隙之中， c)将接缝或者缝隙中的聚氨酯组合物固化。
8.粘合方法，包括以下步骤: a')将根据权利要求1~6中任一项的双组分聚氨酯组合物的多元醇组分(Kl)与多异氰酸酯组分(K2)混合， b/ )将经混合的聚氨酯组合物施涂到至少一个待粘合的基材表面上， c,)在晾置时间之内进行接合， cT )将聚氨酯组合物固化。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述待粘合的基材是塑料，尤其是纤维增强的塑料。
10.根据权利要求7~9中任一项所述方法获得的制品。
11.根据权利要求10所述的制品，其特征在于，所述制品是风电装置的转子叶片。
12.根据权利要求1~6中任一项的双组分聚氨酯组合物的用途，作为粘合剂，尤其作为结构型粘合剂。
13.根据权利要求1~6中任一项的双组分聚氨酯组合物的用途，作为用于接缝或缝隙的力锁合型填充剂。
14.根据权利要求12或13所述的用途，作为在风电装置的转子叶片制造过程中力传递的结构单 元。
【文档编号】B29D99/00GK103477068SQ201180062638
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2011年12月20日 优先权日:2010年12月24日
【发明者】M·平德, B·奥尔森 申请人:Sika技术股份公司