據(jù)國家發(fā)改委能源研究所發(fā)布《中國風(fēng)電發(fā)展路線圖2050》顯示，到2020年、2030年和2050年，中國風(fēng)電裝機(jī)容量將分別達(dá)到2億、4億和10億千瓦風(fēng)電將成為中國的5大電源之一。風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展熱潮，也帶動(dòng)了風(fēng)電葉片涂料產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，據(jù)測(cè)算，2014-2020年，國內(nèi)風(fēng)電涂料總計(jì)約需13萬噸（2萬噸/年），有近70億元的市場(chǎng)。目前風(fēng)機(jī)葉片涂料主要為溶劑型的聚氨酯或丙烯酸涂料，具有性能好、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)，也有VOC排放高、污染大氣的缺點(diǎn)。如果按風(fēng)機(jī)葉片涂料VOC排放為400g/L計(jì)算，風(fēng)機(jī)葉片涂料每年排放VOC0.8萬噸，會(huì)加劇大氣污染、形成霧霾。在國內(nèi)外日益重視環(huán)保的今天，高效環(huán)保型風(fēng)機(jī)葉片涂料成為了迫切需求。

    風(fēng)機(jī)葉片的工作環(huán)境一般比較惡劣，運(yùn)行時(shí)間長，葉片邊緣線速度高（70～80km/h），而且葉片工作在高空、全天候條件下，經(jīng)常受到空氣、輻射、沙塵、雷電、暴雨、冰雪的侵襲，因此葉片的運(yùn)行條件和運(yùn)行環(huán)境極其嚴(yán)酷；另外大型葉片的吊裝費(fèi)用極其昂貴且費(fèi)時(shí)，一般運(yùn)轉(zhuǎn)10a以上才進(jìn)行一次修繕維護(hù)。然而，制造葉片的材料本身很難在這樣惡劣的環(huán)境中長時(shí)間保持完好，因此往往需要涂裝葉片保護(hù)涂料。風(fēng)電葉片涂料不同于一般的工業(yè)防腐涂料，大型葉片用防護(hù)涂料對(duì)原材料、涂料技術(shù)含量要求苛責(zé)，加上風(fēng)電起源于歐洲，國內(nèi)風(fēng)電裝備廠商基本全套引進(jìn)歐洲技術(shù)，因此，緣于地緣和歷史方面的優(yōu)勢(shì)，歐系品牌的涂料供應(yīng)商在風(fēng)電葉片涂料領(lǐng)域一直占據(jù)主導(dǎo)地位。中國的風(fēng)電涂料主要由國外涂料品牌供應(yīng)，幾乎全部依賴進(jìn)口，德國的美凱維奇公司（Mankiewicz）、美國的PPG、德國的巴斯夫和德國的博格林公司（Bergolin）等企業(yè)占有優(yōu)勢(shì)，在一線風(fēng)電涂料生產(chǎn)企業(yè)中始終難覓中國企業(yè)的身影，開發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的風(fēng)機(jī)葉片涂料，可打破國外企業(yè)的壟斷，為我國涂料企業(yè)創(chuàng)造良好的效益。

    天冬聚脲是一種新型脂肪族、慢反應(yīng)、高性能的環(huán)保涂層材料[3,4]，天冬聚脲涂料能形成一種高交聯(lián)密度、耐磨且光澤高、顏色鮮艷的涂膜，其涂膜具有極高的表面硬度又具有良好的彈性、柔韌性、抗彎曲性能和卓越的物理力學(xué)性能，包括很好的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和表面硬度；同時(shí)具有突出的耐化學(xué)品性、耐磨性和耐沖擊性。聚天門冬氨酸酯涂料既可以作為單一的防護(hù)涂層，直接噴涂在基材表面，也可作為其他芳香族聚脲、聚氨酯和聚氨酯脲的面漆，是一種合成高固低粘風(fēng)機(jī)葉片涂料的理想材料。

    1.試驗(yàn)部分

    1.1主要原料

    F520、F524聚天門冬氨酸酯，珠海飛揚(yáng)新材；氟碳樹脂QK570，大金化工；N3390固化劑，煙臺(tái)萬華；SP103P彈性固化劑，珠海飛揚(yáng)新材；A3粉漿，珠海飛揚(yáng)新材；BS-20，巴斯夫；R595，上海浦皓；玻璃粉，深圳漢能。

    1.2基本配方

    1.3制備工藝

    A組分：將樹脂、粉料、助劑依次加入調(diào)漆缸中，高速分散30min，然后用砂磨機(jī)研磨分散至細(xì)度15μm以下，加入剩下的溶劑以調(diào)整黏度和固體含量，得到A組分；

    B組分：將各原料混合均勻后，過濾包裝。

    1.4涂膜制備

    將A、B組分按質(zhì)量比2:1的比例混合，噴涂在4mm后的玻璃鋼板上，根據(jù)檢測(cè)指標(biāo)的需要，試驗(yàn)用玻璃鋼板基材表面應(yīng)進(jìn)行打磨處理，打磨處理的試板在使用前應(yīng)按GB/T9271—2008中3.3的規(guī)定進(jìn)行清洗處理，玻璃鋼板可預(yù)先刮膩?zhàn)樱磕ず穸瓤刂疲?.2±0.02）mm，在（25±2）℃條件下固化，養(yǎng)護(hù)7天，做性能測(cè)試。

    1.5性能測(cè)試

    性能測(cè)試依據(jù)《JB／T10194-2000風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片/機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。

    1.5.1常規(guī)性能測(cè)試

    主要檢測(cè)儀器：AUW320型分析天平、干燥試驗(yàn)箱、ISO刮板細(xì)度計(jì)、QTJ彎度儀、QCJ沖擊儀、HM-1磨耗試驗(yàn)機(jī)、PosiTest涂層拉力儀、CTP701可編程式高低溫試驗(yàn)箱、HRTR03調(diào)溫調(diào)濕儀。

    1.5.2耐紫外線（QUV）測(cè)試

    測(cè)試依據(jù)：ASTMD4587-2005

    測(cè)試儀器：QUV加速老化試驗(yàn)箱、SM-4-2色差計(jì)算機(jī)、UGV-5D型光澤儀。

    1.5.3鹽霧試驗(yàn)

    按GB/T1771—2007的規(guī)定進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)到規(guī)定時(shí)間后，在GB/T9278—2008規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條件下停放24h，按GB/T5210—2006測(cè)定附著力。

    2.結(jié)果與討論

    2.1涂膜性能

    *注：1.將試樣放置在高溫高濕箱內(nèi)，采用冷熱+高溫高濕循環(huán)試驗(yàn)方法，每一循環(huán)試驗(yàn)條件為：80℃/3h→室溫/1h→-30℃/3h→室溫/1h→40℃/98%RH/3h。試驗(yàn)至規(guī)定循環(huán)次數(shù)后，取出試樣至室溫，觀察漆膜變化。2.以上風(fēng)機(jī)葉片涂料涂層膩?zhàn)硬捎弥楹ｏw揚(yáng)自己開發(fā)的的聚天門冬氨酸酯膩?zhàn)印?/span>

    2.2性能的影響因素

    2.2.1天冬樹脂對(duì)性能的影響

    聚天門冬氨酸酯采用脂環(huán)族二胺和馬來酸酯進(jìn)行邁克爾加成合成含有仲氨基的天冬聚脲樹脂，脂環(huán)族二胺含六元環(huán)結(jié)構(gòu)，給固化后的涂膜提供硬鏈段，使涂層具有良好的硬度；另外分子中含有四個(gè)大分子的酯基形成“冠狀”結(jié)構(gòu)，一方面可以形成空間位阻降低樹脂的反應(yīng)速度；第二方面具有較多的支鏈，降低樹脂的粘度，增強(qiáng)固化后涂層的柔韌性和彈性；第三方面此“冠狀”結(jié)構(gòu)可以對(duì)固化后的分子鏈形成保護(hù)作用，使紫外線、鹽霧、酸堿等破壞涂層的作用力不能輕易達(dá)到主鏈，從而增強(qiáng)涂層的耐候性、耐鹽霧、耐酸堿性等各項(xiàng)性能。

    本配方中使用的F520相當(dāng)于拜爾的NH1520樹脂，具有相容性好，涂膜外觀通透豐滿，施工活化期長等特點(diǎn)，由于F520分子結(jié)構(gòu)中-NH基團(tuán)為冠狀側(cè)鏈烷基，加上其鄰位環(huán)烷鏈上的甲基位阻效應(yīng)，妨礙了-NHR基團(tuán)與異氰酸酯-NCO基團(tuán)反應(yīng)后所形成的分子鏈的自由旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致其涂膜玻璃化溫度Tg高，因此需加入柔韌性好的樹脂。因此在配方中加入F524樹脂，F(xiàn)524樹脂為大分子醇與順酐合成的馬來酸酯與PACM反應(yīng)而得，具有柔韌性好、適用期長、力學(xué)性能好的特點(diǎn)，其與F520搭配，可克服涂膜硬脆的缺點(diǎn)。

    2.2.2改性氟碳樹脂對(duì)性能的影響

    風(fēng)機(jī)葉片所處環(huán)境惡劣，經(jīng)常處于超低溫環(huán)境下，需要風(fēng)機(jī)葉片涂料具有抗結(jié)冰的性能，因此在配方中加入氟碳樹脂QK570。氟樹脂中具有鍵能非常高的C-F鍵，一方面屏蔽了與碳鍵間的正電效應(yīng)，使漆膜具有較小的聚合能和低表面張力；另一方面，氟原子與碳碳鍵形成一個(gè)螺旋形結(jié)構(gòu)，具有屏蔽作用，保護(hù)碳碳鍵免受紫外線和化學(xué)品腐蝕。氟碳樹脂的加入，一方面利用了其本身的高耐候性以不至于影響天冬聚脲風(fēng)機(jī)葉片涂料本身的耐候性，另一房間可增強(qiáng)涂膜的憎水性，雨滴滴落到風(fēng)機(jī)葉片上就會(huì)馬上掉落而不會(huì)附著，可有效提高風(fēng)機(jī)葉片涂層的抗結(jié)冰性能。

    2.2.3固化劑對(duì)性能的影響

    作為涂料的另一種主要組分固化劑的性能也是影響涂料的重大因素，本課題所需要的固化劑不僅要求粘度低，與氨基反應(yīng)速度適中，還要求耐候、耐酸堿、耐鹽霧等要求，只有用異氰酸酯封端的聚酯型固化劑能滿足要求，但是市場(chǎng)上所售的聚酯多為固態(tài)和粘度高的產(chǎn)品，不能滿足高固低粘的要求。

    本文獻(xiàn)用拜爾公司生產(chǎn)的HDI三聚體N3390和飛揚(yáng)公司生產(chǎn)的彈性固化劑SP103P作為主體，N3390為三官能度的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，具有硬度高、柔韌性好、耐候性好、交聯(lián)密度高、慢干等特點(diǎn)。SP103P是飛揚(yáng)新材料自主開發(fā)的彈性固化劑，采用多種二元醇包括己二醇、新戊二醇、聚醚多元醇和多種二元酸包括己二酸、葵二酸、戊二酸進(jìn)行酯化反應(yīng)生成聚酯，再和己內(nèi)酯開環(huán)生成更低粘度的聚酯多元醇，此多元醇與異氰酸酯反應(yīng)所得。此固化劑結(jié)構(gòu)雜亂、支鏈較多且沒有單一重復(fù)和對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，不僅具有耐候、耐磨、耐鹽霧等特點(diǎn)，而且粘度很低，在零下15℃不結(jié)晶，具有很好的低溫柔韌性，能滿足制備高固低粘環(huán)保型天冬聚脲固化劑的要求。

    2.2.4紫外吸收劑對(duì)性能的影響

    風(fēng)機(jī)葉片涂料其惡劣的使用環(huán)境要求其具有優(yōu)異的耐候性能，目前的聚氨酯或丙烯酸涂料具有較好的耐候性能，其QUV測(cè)試一般為1200-1800小時(shí)，雖然達(dá)到了測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求，但實(shí)際使用時(shí)存在壽命不夠長需定期翻修造成維護(hù)成本高的問題。本項(xiàng)目中采用的天冬聚脲樹脂和氟碳樹脂均具有優(yōu)異的耐候性，但固化劑為聚氨酯結(jié)構(gòu)，在一定程度上拉低了風(fēng)機(jī)此風(fēng)機(jī)葉片涂料的耐老化性能，因此需加入一定的紫外吸收劑以提高其耐紫外性能。

    紫外吸收劑抗紫外線的基本原理是其分子中的特定基團(tuán)吸收一定波長的紫外光子后，電子從基態(tài)被激發(fā)到高能級(jí)軌道，導(dǎo)致分子重排形成激發(fā)態(tài)，不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)結(jié)構(gòu)重新躍遷回基態(tài)，恢復(fù)原來的結(jié)構(gòu)，同時(shí)釋放能量，釋放的能量以熱能形式放出，如此循環(huán)往復(fù)，將涂膜吸收的紫外光能不斷轉(zhuǎn)化為熱能散失掉。關(guān)系式ΔE=hc/λ，其中h為普朗克常數(shù)，λ為紫外光的波長，ΔE為所釋放的熱能。

    2.2.5除水劑的選擇

    研究表明，含羥基的小分子化合物對(duì)天冬聚脲樹脂與固化劑反應(yīng)具有明顯的催化效果從而縮短涂料的活化期，可能會(huì)將涂料的活化期縮短到30分鐘，嚴(yán)重影響涂料的施工便利性，降低涂料的可接受程度，因此需要采取措施克服水或小分子醇的催化作用。

    本項(xiàng)目從配方上根除了小分子醇的加入，但是物料本身所含有的水分無法避免，因此在配方中加入除水劑或分子篩是一種延長活化期的有效手段，本文中加入A3分子篩作為除水劑，A3分子篩具有3A的孔洞，水分子的直徑比3A小，可進(jìn)入A3分子篩的孔洞中被吸收，而其他有機(jī)物直徑均比3A大，無法進(jìn)入孔洞中，故可以吸收體系中物料所帶進(jìn)入的水分，有效延長涂料活化期。

    3.結(jié)語

    采用新型結(jié)構(gòu)的聚天門冬氨酸酯作為主體樹脂研制而成的風(fēng)機(jī)葉片涂料，具有小于100g/L的低VOC排放，同時(shí)耐紫外線、耐磨性、耐酸堿等性能指標(biāo)均超過GL認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)要求，可以打破國外高性能風(fēng)機(jī)葉片涂料的壟斷，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。