[发明专利]用于风力涡轮机叶片的抗冰涂料、其制备过程、应用以及涂覆该抗冰涂料的风力涡轮机叶片

说明书

技术领域

本发明涉及用于风力涡轮机组件的工业涂层技术领域，并尤其涉及用于风力涡轮机叶片的抗冰涂料。

背景技术

风力涡轮机叶片的空气动力特性对风力涡轮机性能是至关重要的。在寒冷季节和寒冷气候中，叶片的外表面曝露结冰。冰的积聚，尤其在前缘区域上，因为它不仅影响风力涡轮机的能量性能，而且通过在运行的风力涡轮机中产生振动和失衡还影响转子结构载荷，从而在组件上造成更大的磨损，所以，对叶片的空气动力特性具有负面甚至实质影响。由于转子上的叶片(通常为三片)必须在重量上平衡，且因此如果冰积聚危及该平衡的完整性，该风力涡轮机必须停止以防止风力涡轮机机械部件中的不平衡导致的毁坏，所以过度的冰积聚甚至可引起强制关机。由于叶片上已形成的大冰块可能脱离并且以提升的速度落下，因此结冰叶片的显著速度和高度同样地招致危险。

已设想出各种系统处理风力涡轮机叶片上冰的形成，例如主动和被动抗冰和除冰系统。

一种被动抗冰系统需用诸如基于氟乙烷的黑色涂料的抗冰涂料涂覆叶片，以在日间吸收热能并在夜间释放，由此加热叶片表面并有助于在一定程度上防止结冰。然而，该方式涂料的效力极其受限，特别是在非常寒冷的气候或在非常短的冬日中。

疏水物是另一种抗冰涂料。它们阻挠水附着于叶片表面，从而阻止结冰。然而，这种方式的涂料随着时间的推移变得多孔、失去其疏水性，由此要求一定时期后的修复，不仅由于较短有效使用寿命，还因为相应工作期间风力涡轮机必须关机，导致了高成本。此外，疏水性的增加导致粘附力的下降，这可能引起叶片表面上涂料粘附问题。

用于风力涡轮机叶片的抗冰涂料在例如ES2230913T3和GB2463675A中描述。

进一步地，高固体分涂料(HS涂料)也被广泛用于漆涂风力涡轮机叶片。HS涂料具有两种组分，即：基于聚氨酯的底漆，即，主要包括合成的聚氨酯树脂、有机溶剂和颜料的混合物，其具有按质量计固体含量>70％、低密度(1.2–1.4g/cm³)以及挥发性有机化合物(VOC)含量<30g/l；和第二基于异氰酸酯的固化组分，其与底漆组分在漆涂叶片前混合。以这种方式获得的涂料在露天中硬化并干燥，并产生满足光泽和色彩稳定性(甚至在极端气候中)最严格要求的涂层。它们还是高度柔韧的，对由例如风和/或雨、刮伤、溶剂、试剂、液压油等引起的天气和磨损有抵抗力，由此被广泛应用于涂覆风力涡轮机叶片的涂料中。尽管如此，这些涂料的疏水性是受限的，并由此对冰的形成无预期效果。

这些高固体分涂料在市场上有售，例如，德国公司BASFCOATINGSGMBH(线)和MANKIEWICZGEBR.&CO.(线)。

这将由此需要获得一种涂料，其具有易于避免风力涡轮机叶片上冰形成的特性，且不像作为风力涡轮机叶片涂层的传统涂料那样损害对物理和化学试剂的抵抗力，并尤其具有对UV辐射和腐蚀(在颗粒和雨引起的腐蚀范围内)的抵抗力。

发明内容

本发明的目的是通过用于风力涡轮机叶片的新型抗冰涂料的使用、生成该抗冰涂料的过程、其应用、以及用该抗冰涂料至少部分涂覆的叶片克服本领域现有状态中上述缺点。

根据本发明的抗冰涂料包括抗冰基底，该基底依次包括高固体分涂料的主要组分，其本身可为传统的高固体分涂料并具有溶解在主要有机溶剂中的合成的、基于聚氨酯树脂的粘合组分；以及疏水组分，其包括选自聚合物官能化的纳米颗粒和溶胶凝胶中官能化纳米颗粒的疏水抗冰官能纳米颗粒；

所述抗冰涂料特征在于，

所述抗冰涂料包括主要组分与分散体的混合物，该分散体为在主要溶剂和分散剂的分散混合物中的分散官能纳米颗粒的分散体，

所述分散组合物形成基础基质；

所述分散组合物和所述官能纳米颗粒形成纳米颗粒的分散体，其中所述官能纳米颗粒在所述基础基质中；

分散剂纳米颗粒的所述分散体与所述主要组分混合，以形成所述抗冰涂料的抗冰基础组分。

本说明书使用下面限定的以下术语：

主要组分：不带有官能纳米颗粒的涂料组分；

主要组分：包括溶解在主要溶剂中的粘合组分的、本身为传统型的高固体分涂料组分。

主要溶剂：所述主要组分中存在的主要溶剂。

官能纳米颗粒：抗冰官能纳米颗粒选自聚合物官能化的纳米颗粒和溶胶凝胶中官能化的纳米颗粒，这样它们是抗冰且疏水的；

分散组合物：包括所述溶剂和分散剂的组合物，以形成用于所述官能纳米颗粒的所述基础基质；