一种面漆及其在制备防覆冰涂层中的应用

本发明涉及涂料，尤其涉及一种面漆及其在制备防覆冰涂层中的应用。

背景技术：

1、高原、山脊、山顶等地区的风力资源丰富，具有较大的开发价值，但是这些地方由于海拔高、湿度大、温度低，容易引起叶片结冰，导致叶片过载、叶片荷载分布不均，影响叶片旋转。

2、目前常用的防结冰方法包括：(1)机械除冰法：通过机械方法将冰破碎后，依靠气流吹除；该方法虽然运行成本低，但是效率低下、工作强度大；(2)喷洒防结冰剂：向基材的表面喷洒乙醇、乙烯乙二醇等降低冰点，防止结冰；该方法有效时间短，防结冰剂用量大，容易污染土壤和腐蚀路面；(3)加热除冰法：利用各种热能加热物件，通过材料表面电气元件和金属器件通电加热进行表面快速除冰；该方法对材料性能要求较高，可能会影响材料的使用寿命，增加运营成本；(4)涂层除冰法：在基材表面涂覆防冰涂料，减少冰对基材表面的附着力和表面的覆冰量，再利用风和重力的作用下使冰更容易脱离基材表面；该方法简单易行、成本低，工作效率高，但是存在涂层易脱落、使用寿命短的问题。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提供一种面漆及其在制备防覆冰涂层中的应用。本发明提供的面漆可以与底漆配合制备双层涂覆的防覆冰涂层，其固化后在玻璃钢、铝合金、碳纤维、金属等多种材质上均具有良好的附着力，解决了现有技术中尤其是风电叶片的防覆冰涂层易脱落、使用寿命短的问题。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一方面，本发明提供一种面漆，所述面漆的制备原料按重量份数计包括3～10份介孔填料、0.15～2份吸能填料、0.15～2份疏水改性剂和100份第一溶剂；

4、其中，所述介孔填料为粒径50～100nm的介孔二氧化硅与粒径1～3μm的介孔二氧化硅的组合物。

5、在本发明的技术方案中，不同粒径的介孔二氧化硅组合使用能够形成粒度梯度，有利于冰层脱落。

6、作为优选地实施方式，所述粒径50～100nm的介孔二氧化硅与粒径1～3μm的介孔二氧化硅的质量比为(0.2～1.5)：1；

7、优选地，所述介孔填料的孔径为20～50nm。

8、作为优选地实施方式，所述吸能填料的种类选自纳米炭黑、石墨烯、纳米富勒烯、纳米氧化铁、纳米氧化钼、纳米黑色氧化钛和纳米氧化铱中的一种或多种；所述吸能填料的粒径优选为5～20nm；所述吸能填料与所述介孔填料的重量比为0.05～0.2：1；

9、和/或，所述第一溶剂选自甲醇、乙醇、丙酮、水和丁酮中的至少两种；在本发明的技术方案中，采用两种及以上的溶剂混合使用能够辅助干燥；

10、和/或，所述疏水改性剂为氟硅烷改性剂，选自全氟癸基三甲氧基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷和全氟辛基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

11、又一方面，本发明提供上述面漆的制备方法，包括以下步骤：

12、将疏水改性剂加入至介孔填料、吸能填料和第一溶剂的分散液中，加热反应。

13、作为优选地实施方式，所述加热反应的温度为65～75℃；

14、优选地，所述加热反应的时间为24～36h；

15、在本发明的技术方案中，所述介孔填料、吸能填料和第一溶剂的分散液的ph为4～6或8～9；在某些具体的实施方式中，所述ph用硫酸、氢氧化钠或氢氧化钾调节；所述反应为疏水改性剂的水解反应。

16、又一方面，本发明提供一种由上述面漆固化后形成的面漆固化层。

17、本发明的技术方案中，所述面漆无需加热，常温下即可以实现固化。

18、又一方面，本发明提供一种涂层，包括上述面漆固化层。

19、作为优选地实施方式，所述涂层还包括形成于所述面漆固化层下的底漆固化层；

20、优选地，所述面漆固化层的厚度为5～10μm；所述底漆固化层的厚度为100～200μm。

21、作为优选地实施方式，所述底漆固化层由底漆组合物固化得到；所述底漆组合物按重量份计包括40～70份树脂、10～35份硬质填料、2～8份份助剂和10～35份第二溶剂。

22、作为优选地实施方式，所述树脂选自环氧树脂、羟基丙烯酸树脂、氟碳树脂和多异氰酸酯树脂中的一种或多种；

23、和/或，所述硬质填料选自聚四氟乙烯粉、消光粉和碳化硅微粉中的一种或多种；所述硬质填料的粒径优选为50～100μm；使用硬质填料能够提供涂层的耐磨结构，提高超疏水涂层的耐磨性，延长涂层的使用寿命。

24、和/或，所述助剂选自消泡剂、流平剂和分散剂中的一种或多种；

25、和/或，所述第二溶剂选自乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲苯、二甲苯、丙二醇甲醚醋酸酯和正丁醇中的一种或多种。

26、在本发明的技术方案中，所述底漆固化层由上述底漆组合物与固化剂混合后固化得到；所述固化无需加热，常温即可以实现；所述固化剂选自改性胺固化剂、多异氰酸酯固化剂中的一种或两种混合使用；所述底漆组合物与固化剂的用量关系没有特别地限制。

27、在某些具体的实施方式中，所述涂层的制备方法包括以下步骤：将所述底漆组合物与固化剂混合均匀后涂覆于基材的表面，然后涂覆面漆，常温下固化，即得到所述涂层。

28、又一方面，本发明提供上述面漆、面漆固化层、涂层在制备防覆冰涂层中的应用。

29、上述技术方案具有如下优点或者有益效果：

30、本发明通过不同粒径的介孔二氧化硅与吸能填料，与其余组分配合使用制备得到了能够形成粒度梯度的面漆。该面漆与底漆组合物通过双层涂覆的方式形成了具有优异超疏水性能，且能够抑制结冰的防覆冰涂层。

31、相较于现有技术，本发明具备以下优点：

32、1、本发明提供的面漆采用不同粒径的介孔二氧化硅组合使用，其在涂层上能够形成粒度梯度，有效提高了涂层的超疏水性，并延长使用寿命，最终得到的涂层具有优异的超疏水性：接触角(ca)＞160°，滚动角(sa)＜2°；表现为水滴易从涂层表面滚落，停留时间短，从而有效降低表面的润湿程度。涂层表面即使沾附上水珠，水珠也能够在基材小角度倾斜或风吹等外力作用下从表面滚落。同时，由于材料表面的冷凝水滴与固体表面的接触面积较小，固体冷表面与冷凝水滴之间的热传递受到抑制，在过冷度不太大时，冷凝水滴在超疏水材料表面的结冰时间得到延长；

33、2、本发明提供的涂层采用底漆、面漆双层涂覆的方式，有效提高了涂层的附着力，在玻璃钢、铝合金、碳纤维、金属等多种材质上都表现出良好的附着力；

34、3、本发明提供的涂层由于具有低表面能组分和特殊的粗糙结构，因此能够减少挂水量以及液滴与表面的实际接触面积，水珠容易在自然外力作用下滚落、滑落，从而减少冻结前的挂水量；

35、4、本发明提供的面漆含有黑色吸能材料，能够吸收太阳光。在光照下，即使温度在冰点以下，涂层表面的温度也会比环境温度高2～5℃。因此，冰层与涂层表面的连接处更易融化，冰层更易脱落。

技术特征：

1.一种面漆，其特征在于，所述面漆的制备原料按重量份数计包括3～10份介孔填料、0.15～2份吸能填料、0.15～2份疏水改性剂和100份第一溶剂；

2.根据权利要求1所述的面漆，其特征在于，所述粒径50～100nm的介孔二氧化硅与粒径1～3μm的介孔二氧化硅的质量比为(0.2～1.5)：1；

3.根据权利要求1所述的面漆，其特征在于，所述吸能填料的种类选自纳米炭黑、石墨烯、纳米富勒烯、纳米氧化铁、纳米氧化钼、纳米黑色氧化钛和纳米氧化铱中的一种或多种；所述吸能填料的粒径优选为5～20nm；所述吸能填料与所述介孔填料的重量比为0.05～0.2：1；

4.权利要求1-3任一所述的面漆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述加热反应的温度为65～75℃；

6.一种由权利要求1-3任一所述的面漆固化后形成的面漆固化层。

7.一种涂层，其特征在于，包括权利要求6所述面漆固化层。

8.根据权利要求7所述的涂层，其特征在于，所述涂层还包括形成于所述面漆固化层下的底漆固化层；

9.根据权利要求8所述的涂层，其特征在于，所述树脂选自环氧树脂、羟基丙烯酸树脂、氟碳树脂和多异氰酸酯树脂中的一种或多种；

10.权利要求1-3任一所述的面漆、权利要求6所述面漆固化层或权利要求7-9任一所述的涂层在制备防覆冰涂层中的应用。

技术总结本发明公开了一种面漆及其在制备防覆冰涂层中的应用。该面漆的制备原料按重量份数计包括3～10份介孔填料、0.15～2份吸能填料、0.15～2份疏水改性剂和100份第一溶剂；其中，所述介孔填料为粒径50～100nm的介孔二氧化硅与粒径1～3μm的介孔二氧化硅的组合物。本发明还提供了上述面漆固化后形成的面漆固化层，以及包含该面漆固化层的涂层。本发明通过不同粒径的介孔二氧化硅与吸能填料，与其余组分配合使用制备得到了能够形成粒度梯度的面漆。该面漆与底漆组合物通过双层涂覆的方式形成了具有优异超疏水性能，且能够抑制结冰的防覆冰涂层。技术研发人员：何睿,喻学锋,康翼鸿,许多铎,张光武受保护的技术使用者：中国科学院深圳先进技术研究院技术研发日：技术公布日：2024/7/15