專利名稱：用于風力渦輪葉片的改進的涂料組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于風力渦輪葉片的抗侵蝕面涂層的改進的涂料組合物。
背景技術(shù)：
許多年來通過將抗侵蝕膠帶粘到關(guān)鍵區(qū)域上保護葉片的前緣免受雨滴、塵粒、昆蟲、冰雹等碰撞所產(chǎn)生的侵蝕已是風力渦輪機工業(yè)中的慣例。施加膠帶是許多葉片制造公司將優(yōu)選避免的困難且費時的工作。此外，膠帶的邊緣可能產(chǎn)生不希望的紊流和噪聲。用高度抗侵蝕的面涂層代替膠帶減少了生產(chǎn)時間并且確保了平滑的表面。到現(xiàn)在為止，據(jù)認為用于所述前緣的涂層的一個主要特征應(yīng)當是高度的耐磨損性，但是近來已經(jīng)提出彈性也起到一定作用。US 2004/110918 Al公開了用于聚氨酯粉末涂料的交聯(lián)劑的制備工藝。該交聯(lián)劑典型地包含很少的游離異氰酸酯基，然而異氰酸酯二聚體基團將會在加熱時分解并且產(chǎn)生更多的異氰酸酯基。US2007/01似608A1公開了其中使用含鉍催化劑的Dl工藝的進一步發(fā)展。WO 2005/092586A1公開了用適合作為風力渦輪葉片表面的熱塑性膜制備風力渦輪葉片涂層的方法。優(yōu)選地，形成所述涂層的材料包括基于丙烯酸類的材料、聚碳酸酯、 F⑶F (聚偏二氟乙烯)、聚氨酯或共混物。US 4，859，791公開了在用于制備聚氨酯的組合物中使用的多元醇。該多元醇具有850-2，000的分子量和5-9的官能度，并且由多官能多環(huán)脂族或芳族羧酸和任選地至多約50wt%的至少一種無環(huán)多官能羧酸制備。JP 2006-124610和JP 2006-328252公開了多元醇與脲基甲酸酯型多異氰酸酯的組合的涂料組合物。WO 2009/111227公開了包含多層涂層體系的復(fù)合材料，其包括含羥基和/或胺基的官能組分和含異氰酸酯和/或酸酐官能團的固化劑的面涂層。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)由特別選定類型的多元醇與特別選定類型的多異氰酸酯的組合形成的聚氨酯基涂層構(gòu)成優(yōu)異的用于風力渦輪葉片的最外層涂層，因為這些涂層提供合適的撓性與耐久性的組合。發(fā)明目的本發(fā)明的實施方案的目的在于提供用于風力渦輪葉片的面涂層的改進的涂料組合物，其將減少由相互作用粒子如雨滴的碰撞所造成的葉片前緣處的大面積磨損。發(fā)明概述與以前集中在耐磨涂層上的考慮相反，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)具有特別調(diào)整過的撓性程度的涂層可以更有利地解決風力渦輪葉片的前緣處的大面積磨損的問題，因為這些涂層能夠吸收和/或反射與葉片高速碰撞的粒子(例如雨滴)的能量。因此，本發(fā)明提供了傳統(tǒng)抗侵蝕膠帶的容易應(yīng)用的替代方案，此外，它消除或減少了不希望的紊流和噪聲。在風力渦輪葉片的前緣(或整個葉片表面)上施涂高度抗侵蝕的面涂層延長風力渦輪葉片的壽命以及減緩局部損傷的擴展。更特別地，本發(fā)明為風力渦輪葉片的前緣提供了抵抗由相互作用粒子如雨滴的碰撞造成的侵蝕的必要保護。因此，本發(fā)明的一個方面涉及在其外表面的至少一部分上具有作為最外層的聚氨酯基涂層的風力渦輪葉片，參見權(quán)利要求1。本發(fā)明的另一方面涉及涂料組合物，參見權(quán)利要求7。本發(fā)明的另一方面涉及涂布基材的方法，參見權(quán)利要求11。附例

圖1說明一組7種參考涂層的雨水侵蝕試驗(RET)的結(jié)果。圖2說明一組6種范例涂層的雨水侵蝕試驗(RET)的結(jié)果。圖3說明用于雨水侵蝕試驗(RET)的實驗裝置。發(fā)明詳述如上所述，本發(fā)明提供了在其外表面的至少一部分上具有作為最外層的聚氨酯基涂層的風力渦輪葉片，所述涂層包含由如下組分制成的聚氨酯基料(a)由一種或多種多元醇組成的基體組分，所述一種或多種多元醇具有至少2. 0 且小于8. 0的平均官能度；其中至少50wt%、例如至少60wt%、特別是至少70wt%的所述一種或多種多元醇具有包含在其中的脂族聚酯鏈段并具有300-3，000g/mol的分子量；和(b)由一種或多種多異氰酸酯組成的固化劑組分，所述一種或多種多異氰酸酯具有小于3. 0的平均官能度；其中至少50wt%、例如至少60wt%、特別是至少70wt%的所述一種或多種多異氰酸酯選自(i)具有包含在其中的聚酯鏈段并具有500-3，000g/mol的分子量和至少2. 0且小于3.0的官能度的多異氰酸酯；(ii)具有250-2，000g/mol的分子量和至少2. 0且小于3. 0的官能度的脲基甲酸
酯型多異氰酸酯；和(iii)具有250-2，000g/mol的分子量和至少2. 0且小于3. 0的官能度的異氰酸酯
二聚體型多異氰酸酯。在本文上下文中，術(shù)語“最外層”是指施涂于風力渦輪葉片上的最后涂層體系，即， 風力渦輪葉片運轉(zhuǎn)時的最外層。所述聚氨酯基料的主要成分為所述基體組分和所述固化劑組分。在大多數(shù)實施方案中，這些組分實際上是僅有的在所述聚氨酯基料的最終結(jié)構(gòu)中反映出的組分。就完整的涂料組合物而言，它典型地由“基體”(其中包括所述基體組分(即一種或多種多元醇))和“固化劑”(其中包括所述固化劑組分(即一種或多種多異氰酸酯))組成。典型地，“基體”和“固化劑”進一步包含若干其它成分，例如填料和顏料、促進劑、添加劑和溶劑。這些其它成分的特性在下文進一步論述。多元醇和多異氰酸酯的一個重要特征為官能度。對于每一種多元醇(所述基體組分的成分)，“官能度”定義為每分子存在的羥基的數(shù)目。實際上，羥基的數(shù)目由于商業(yè)產(chǎn)品內(nèi)存在各種相關(guān)類型的多元醇分子而作為平均值提供。類似地，對于每一種多異氰酸酯(所述固化劑組分的成分)，“官能度”定義為每分子存在的異氰酸酯基的數(shù)目。再一次地以及實際上，異氰酸酯基的數(shù)目由于商業(yè)產(chǎn)品內(nèi)存在各種相關(guān)類型的多異氰酸酯分子而作為平均值提供。措辭“平均官能度”是指兩種或更多種多元醇的組合或者兩種或更多種多異氰酸酯的組合的官能度。在這兩種情況下，“平均官能度”都作為反應(yīng)性基團(羥基或異氰酸酯基)的總數(shù)除以分子(多元醇或多異氰酸酯)的總數(shù)進行計算。措辭“分子量”意圖是指所論述的物種的重均分子量，除非另有規(guī)定。實際上，商業(yè)聚合物產(chǎn)品總會包括不同長度的聚合物鏈的混合物，因此采用措辭“平均分子量”。對于本文定義的聚氨酯基料，一種或多種多元醇的平均官能度必須為至少2. 0且小于8.0。對于更高的平均官能度，據(jù)認為聚氨酯基料可能變得太不可撓曲(脆性)，對于更低的平均官能度，聚氨酯基料可能在機械上變得太不牢固。在當前最優(yōu)選的實施方案中， 一種或多種多元醇的平均官能度為2. 0-6. 3，例如2. 0-5. 5。此外，對于本文定義的聚氨酯基料，一種或多種多異氰酸酯的平均官能度必須小于3.0。對于更高的平均官能度，據(jù)認為聚氨酯基料變得太不可撓曲。在當前最優(yōu)選的實施方案中，一種或多種多異氰酸酯的平均官能度為至少2. 0且小于3. 0。固化劑組分中的異氰酸酯基的數(shù)目(總計)與基體組分中的羥基的數(shù)目(總計)之比也似乎起一定作用。事實上，異氰酸酯基的數(shù)目優(yōu)選超過羥基的數(shù)目。特別地，可能優(yōu)選的是固化劑組分中的異氰酸酯基的數(shù)目與基體組分中的羥基的數(shù)目之比為 80 100-160 100、例如 90 100-125 100、或者 80 100-105 100、或者 80 100-100 100、或者 100 100-160 100。另外重要的是用于制備所述聚氨酯基料的多元醇(基體組分)和多異氰酸酯(固化劑組分)的實際類型。就基體組分而言，至少50wt%、例如至少60wt%、特別是至少70襯％的一種或多種多元醇應(yīng)當具有包含在其中的脂族聚酯鏈段并應(yīng)當具有300-3，OOOg/mol、特別是 500-2，500g/mol的分子量。更優(yōu)選地，至少80wt%、例如至少90wt%、特別是基本上所有的多元醇達到這些標準。術(shù)語“脂族聚酯鏈段”意圖包含-C_C( = 0)-O-C-和/或-C-0-C( = 0)-O-C-結(jié)構(gòu)要素。此外，上述鏈段不包括芳族或雜芳族結(jié)構(gòu)要素；因此采用措辭“脂族”。優(yōu)選類型的多元醇為那些“線型”多元醇，S卩，不具有或者具有很少的導(dǎo)致高度分子運動性的側(cè)鏈和/或環(huán)狀結(jié)構(gòu)的那些。在一些實施方案中，所述多元醇可以具有線型脂族聚酯鏈段和環(huán)狀脂族聚酯鏈段的組合。除了 “脂族聚酯鏈段”以外，在一些實施方案中所述多元醇還可以具有“芳族聚酯鏈段”。術(shù)語“芳族聚酯鏈段”意圖包括-X-C ( = 0) -O-Y-和/或-X-O-C ( = 0) -O-Y-結(jié)構(gòu)要素，其中X和Y中的至少一個表示芳族/雜芳族結(jié)構(gòu)要素?？捎糜诒景l(fā)明的市售可得的多元醇的說明性實例為例如選自以下的那些 Desmophen 670-BA80(Bayer Material Science)、Setal 26855-80(Nuplex)、Synolac 9770 BA80 (Cray Valley)，以及不具有側(cè)鏈的那些，例如 Synolac 5085 (Cray Valley)、Synolac 5086 (Cray Valley)> Desmophen VP LS 2328 (Bayer Material Science)、Desmophen C XP 2716 (Bayer Material Science) > Desmophen C 1100 (Bayer Material Science) > Capa2043(Perstorp)、Oxymer Ml12(Perstorp)禾口 Oxymer M56(Perstorp)。就一種或多種多元醇而言，至多100wt%可以是聚己內(nèi)酯型的。當用于本文時，術(shù)
語“聚己內(nèi)酯型”意圖是指含有下列鏈段的物質(zhì)
權(quán)利要求
1.在其外表面的至少一部分上具有作為最外層的聚氨酯基涂層的風力渦輪葉片，所述涂層包含由如下組分制成的聚氨酯基料(a)由一種或多種多元醇組成的基體組分，所述一種或多種多元醇具有至少2.0且小于8. 0的平均官能度；其中至少50wt%、例如至少60wt%、特別是至少70wt%的所述一種或多種多元醇具有包含在其中的脂族聚酯鏈段并具有300-3，000g/mol的分子量；和(b)由一種或多種多異氰酸酯組成的固化劑組分，所述一種或多種多異氰酸酯具有小于3. 0的平均官能度；其中至少50wt%、例如至少60wt%、特別是至少70wt%的所述一種或多種多異氰酸酯選自(i)具有包含在其中的脂族聚酯鏈段并具有500-3，000g/mol的分子量和至少2. 0且小于3.0的官能度的多異氰酸酯；( )具有250-2，000g/mol的分子量和至少2. 0且小于3. 0的官能度的脲基甲酸酯型多異氰酸酯；和(iii)具有250-2，000g/mol的分子量和至少2. 0且小于3. 0的官能度的異氰酸酯二聚體型多異氰酸酯。
2.前述權(quán)利要求任一項的風力渦輪葉片，其中在一種或多種促進劑存在下制備聚氨酯基料。
3.前述權(quán)利要求任一項的風力渦輪葉片，其中固化的涂層的厚度為20-1，000μ m，典型地為50-300 μ m。
4.前述權(quán)利要求任一項的風力渦輪葉片，其中所述固化劑組分中的異氰酸酯基的數(shù)目與基體組分中的羥基的數(shù)目之比為80 100-160 100。
5.前述權(quán)利要求任一項的風力渦輪葉片，其中所述固化劑包含基于六亞甲基二異氰酸酯的多異氰酸酯類型。
6.前述權(quán)利要求任一項的風力渦輪葉片，其中所述外表面的被涂布的部分至少包括葉片前緣的主要部分。
7.涂料組合物，其包含(a)由一種或多種多元醇組成的基體組分，所述一種或多種多元醇具有至少2.0且小于8. 0的平均官能度；其中至少50wt%、例如至少60wt%、特別是至少70wt%的所述一種或多種多元醇具有包含在其中的脂族聚酯鏈段并具有300-3，000g/mol的分子量；和(b)由一種或多種多異氰酸酯組成的固化劑組分，所述一種或多種多異氰酸酯具有小于3. 0的平均官能度；其中至少50wt%、例如至少60wt%、特別是至少70wt%的所述一種或多種多異氰酸酯選自(i)具有包含在其中的聚酯鏈段并具有500-3，000g/mol的分子量和至少2. 0且小于 3.0的官能度的多異氰酸酯；( )具有250-2，000g/mol的分子量和至少2. 0且小于3. 0的官能度的脲基甲酸酯型多異氰酸酯；和(iii)具有250-2，000g/mol的分子量和至少2. 0且小于3. 0的官能度的異氰酸酯二聚體型多異氰酸酯；(c)一種或多種選自填料和顏料、添加劑、促進劑和溶劑的其它組分。
8.權(quán)利要求7的涂料組合物，其具有150-15，OOOmPa· s的粘度。
9.權(quán)利要求7-8任一項的涂料組合物，其可在不超過50°C的溫度下固化。
10.權(quán)利要求7-9任一項的涂料組合物，其包含0-45Wt%的一種或多種溶劑。
11.涂布基材的方法，所述方法包括如下步驟(a)將權(quán)利要求7-9任一項的涂料組合物施涂于所述基材的表面的至少一部分；(b)使所述涂料組合物在不超過90°C的涂料組合物的溫度下固化。
全文摘要
本發(fā)明公開了在其外表面上具有聚氨酯基涂層的風力渦輪葉片，所述涂層包含由如下組分制成的聚氨酯基料平均官能度≥2.0且＜8.0的一種或多種多元醇；至少50％(w/w)的所述多元醇具有包含在其中的脂族聚酯鏈段并具有300-3,000g/mol的Mw；以及平均官能度＜3.0的一種或多種多異氰酸酯；至少50％(w/w)的所述多異氰酸酯選自(i)具有包含在其中的脂族聚酯鏈段并具有500-3,000g/mol的分子量和≥2.0且＜3.0的官能度的多異氰酸酯；(ii)具有250-2,000g/mol的Mw和≥2.0且＜3.0的官能度的脲基甲酸酯型多異氰酸酯；和(iii)具有250-2,000g/mol的Mw和≥2.0且＜3.0的官能度的異氰酸酯二聚體型多異氰酸酯。本申請還公開了相應(yīng)的涂料組合物和涂布基材的方法。
文檔編號C08G18/42GK102459390SQ201080024261
公開日2012年5月16日 申請日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者E·卡里索依, L·尼斯汀 申請人:漢伯公司