Эта заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке US 61/566,07, поданной 2 декабря 2011.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способам снижения обледенения подложек, в частности, подходящих для использования на лопастях ветрогенераторов или лопатках турбин и деталях самолетов, таких как крылья и лопасти винта.
Уровень техники
Генерируемая ветром мощность является превращением энергии ветра в полезную форму, такую как электричество, используя ветрогенераторы. В конце 2007 года во всем мире мощность ветрогенераторов составляла 94,1 гигаватт. Хотя ветер в настоящее время производит чуть более 1% мирового потребления электроэнергии, на его долю приходится около 19% производства электроэнергии в Дании, 9% в Испании и Португалии и 6% в Германии и Ирландии (данные 2007 года). Во всем мире производство ветровой энергии увеличилось более чем в пять раз за период между 2000 и 2007 годами.
Генерируемая ветром мощность производится на крупных ветроэлектростанциях, подключенных к электрическим сетям, а также отдельными турбинами для обеспечения электроэнергией отдаленных поселений. Ветротурбины, как правило, имеют от 2 до 4 больших лопастей и рассчитаны на срок службы около 20-25 лет. Оптимальное количество лопастей для ветротурбин зависит от режима работы турбины. Турбины для выработки электроэнергии должны работать на высоких скоростях, но не требуют большого крутящего момента или вращающей силы. Эти устройства, как правило, имеют две или три лопасти. Ветровые насосы, напротив, работают с большим крутящим моментом, но с небольшой скоростью и, следовательно, имеют большое число лопастей.
Лопасти ветротурбин являются постоянно незащищенными элементами и должны быть разработаны так, чтобы выдержать экстремальные температуры, сдвиг ветра, осадки и другие атмосферные факторы риска без сбоев. Обледенение подложек лопастей приводит к снижению эффективности, поскольку лопасти становятся тяжелее и труднее вращаются.
Было бы желательно предложить способ снижения обледенения для защиты лопастей ветрогенератора и лопаток турбины и максимально увеличить эффективность лопастей в экстремальных погодных условиях. В идеале, композиции покрытий могут быть нанесены на подложки лопастей.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение относится к способу снижения обледенения подложки, включающему нанесение на подложку отверждаемой пленкообразующей композиции, которая содержит:
a) отверждающий агент, содержащий изоцианатные функциональные группы;
b) по меньшей мере один пленкообразующий полимер, содержащий функциональные группы, реакционноспособные по отношению к изоцианатным группам в (а); и
c) полисилоксан, присутствующий в отверждаемой пленкообразующей композиции в количестве, достаточном для снижения обледенения подложки при воздействии условий, способствующих образованию льда.
Осуществление изобретения
Помимо любых рабочих примеров, или если не указано иное, все числа, выражающие количества ингредиентов, условия реакции и т.д., используемые в описании и формуле изобретения, следует понимать как модифицированные во всех случаях термином «около». Соответственно, если не указано иное, числовые параметры, изложенные в последующем описании и прилагаемой формуле изобретения, являются приблизительными и могут изменяться в зависимости от искомых свойств, которые могут быть получены с помощью настоящего изобретения. По меньшей мере, и не в качестве попытки ограничить применение доктрины эквивалентов к объему притязаний формулы изобретения, каждый числовой параметр следует интерпретировать, по меньшей мере, в свете количества приведенных значащих цифр и с применением обычных методов округления.
Несмотря на то, что числовые диапазоны и параметры, представляющие широкий объем изобретения, являются приближенными, числовые значения, приводимые в конкретных примерах, представлены как можно точнее. Однако любое численное значение, по существу, содержит определенные ошибки, неизбежный результат стандартного отклонения, обнаруживаемые при их соответствующих измерениях.
Также следует понимать, что любой числовой диапазон, приведенный в заявке, предполагает включение всех поддиапазонов, входящих в него. Например, диапазон "от 1 до 10" предназначен для включения всех поддиапазонов между (и включая) указанным минимальным значением 1 и указанным максимальным значением 10, то есть имеющий минимальное значение, равное или больше 1, и максимальное значение, равное или меньшее 10.
В соответствии с использованием в данном описании и прилагаемой формуле изобретения единственное число включает ссылки на множественное число, если прямо и однозначно не ограничивается ссылкой на единственное число.
Следует понимать, что различные осуществления и примеры настоящего изобретения, представленные в заявке, не ограничивают объем притязаний изобретения.
В соответствии с использованием в последующих описании и формуле изобретения следующие термины имеют значения, указанные ниже:
Термин "отверждаемый", используемый, например, в связи с отверждаемой композицией, означает, что указанная композиция является полимеризуемой или поперечно сшиваемой по функциональным группам, например, средствами, которые включают, но без ограничения ими, термическое (включая отверждение в условиях окружающей среды) и/или каталитическое воздействие.
Термин "отверждение", "отвержденный" или аналогичные термины при использовании в связи с отвержденной или отверждаемой композицией, например "отвержденная композиция" некоторого конкретного описания означает, что, по меньшей мере, часть способных к полимеризации и/или сшиваемых компонентов, которые формируют отверждаемую композицию, является полимеризованными и/или сшитыми. Кроме того, отверждение полимеризуемой композиции относится к действию условий отверждения на указанную композицию, таким как, но без ограничения ими, термическое отверждение, приводящих к реакции реакционноспособных функциональных групп композиции, и в итоге к полимеризации и образованию полимеризата. Когда на полимеризуемую композицию действуют условия отверждения, после прохождения полимеризации и после реакции большинства концевых реакционноспособных групп, скорость реакции остальных непрореагировавших концевых реакционноспособных групп постепенно становится более медленной. Полимеризуемая композиция может быть подвергнута условиям отверждения до, по меньшей мере, частичного отверждения. Термин "по меньшей мере частично отвержденный" означает действие условий отверждения на полимеризуемую композицию, при которых проходит реакция, по меньшей мере, части реакционноспособных групп композиции с образованием полимеризата. Полимеризуемая композиция может быть также подвергнута условиям отверждения так, чтобы достигалось, по существу, полное отверждение и при которых дополнительное отверждение не приводит к существенному дальнейшему улучшению свойств полимера, таких как твердость.
Термин "реакционноспособный" относится к функциональной группе, способной вступать в химическую реакцию сама с собой и/или другими функциональными группами самопроизвольно или при воздействии тепла или в присутствии катализатора, или любых других средств, известных специалистам в данной области техники.
"Полимер" означает полимер, включая гомополимеры и сополимеры и олигомеры. Под "композиционным материалом" подразумевается комбинация двух или нескольких различных материалов.
В способе настоящего изобретения обледенение подложки снижается нанесением на поверхность подложки отверждаемой пленкообразующей композиции. Подходящие подложки в способе настоящего изобретения включают жесткие металлические подложки, такие как черные металлы, алюминий, алюминиевые сплавы, медь и подложки из других металлов и сплавов. Подложки из черных металлов, используемые в практике настоящего изобретения, могут включать железо, сталь и их сплавы. Не ограничивающие примеры пригодных стальных материалов включают холоднокатаную сталь, оцинкованную (с цинковым покрытием) сталь, сталь с покрытием, нанесенным электролитическим цинкованием в расплаве, нержавеющую сталь, декапированную сталь, сплав цинк-железо, например GALVANNEAL, и их комбинации. Также могут быть использованы комбинации или композиты из черных и цветных металлов. В некоторых осуществлениях настоящего изобретения подложка содержит композитный материал, такой как композит из пластмассы или стекловолокна. В определенном осуществлении подложка представляет собой лопасть ветрогенератора из стекловолокна и/или углепластика. Способ также подходит для снижения обледенения подложек, используемых в турбинах и деталях самолетов, таких как лопасти винта и крылья.
Перед нанесением любой композиции покрытий на поверхность подложки с поверхности удаляются посторонние вещества тщательной очисткой и обезжириванием поверхности, что является обычной практикой, хотя и не является обязательным. Такую очистку обычно проводят после формирования подложки (штамповка, сварка и т.д.) в окончательной форме. Поверхность подложки может быть очищена физическими или химическими средствами, такими как механическая очистка поверхности или очистка/обезжиривание коммерчески доступными щелочными или кислотными чистящими средствами, которые хорошо известны специалистам в данной области техники, такими как метасиликат натрия и гидроксид натрия. Не ограничивающий пример чистящих средств представляет CHEMKLEEN 163, чистящее средство на основе щелочи, коммерчески поставляемое PPG Industries, Inc.
После стадии очистки подложка может быть промыта деионизированной водой или водным раствором промывочного средства для удаления остатков. Подложка может быть высушена на воздухе, например, при помощи воздушного шабера, испарением воды при кратковременном воздействии на подложку высокой температуры или пропусканием подложки между резиновых валков.
Подложка может быть непокрытой с очищенной поверхностью; она может быть покрытой маслом, предварительно обработанной одной или несколькими композициями предварительной обработки и/или предварительно обработана одной или несколькими композициями покрытия, грунтовки и т.д., наносимыми любым способом, включая, но без ограничения, электроосаждение, распыление, окунание, валиком, обливом и т.п.
В способе настоящего изобретения отверждаемую пленкообразующую композицию наносят, по меньшей мере, на одну поверхность подложки. Подложка может иметь одну непрерывную поверхность или две или несколько поверхностей, таких как две противоположные поверхности. Обычно покрываемая поверхность является любой поверхностью, которая, как ожидается, будет подвергаться воздействию условий, способствующих обледенению.
В одном осуществлении отверждаемая пленкообразующая композиция, нанесенная на подложку способом настоящего изобретения, содержит:
a) отверждающий агент, содержащий несколько изоцианатных функциональных групп;
b) по меньшей мере, один пленкообразующий полимер, содержащий несколько функциональных групп, реакционноспособных по отношению к изоцианатным группам в а); и
c) полисилоксан, присутствующий в отверждаемой пленкообразующей композиции в количестве, достаточном для снижения обледенения подложки в условиях, способствующих образованию льда.
Отверждающий агент а), используемый в отверждаемой пленкообразующей композиции, может быть выбран из одного или нескольких полиизоцианатов, таких как диизоцианаты и триизоцианаты, включая биуреты и изоцианураты. Диизоцианаты включают толуолдиизоцианат, 4,4′-метилен-бис(циклогексилизоцианат), изофорондиизоцианат, смесь изомеров 2,2,4- и 2,4,4-триметилгексаметилендиизоцианата, 1,6-гексаметилендиизоцианат, тетраметилксилилендиизоцианат и/или 4,4′-дифенилметилендиизоцианат. Могут быть использованы биуреты любого подходящего диизоцианата, включая 1,4-тетраметилендиизоцианат и 1,6-гексаметилендиизоцианат. Также могут быть использованы биуреты циклоалифатических диизоцианатов, таких как изофорондиизоцианат и 4,4′-метилен-бис-(циклогексилизоцианат). Примерами подходящих аралкильных диизоцианатов, из которых могут быть получены биуреты, является α,α,α′,α′-тетраметилмета-ксилилендиизоцианат.
Трифункциональные изоцианаты также могут быть использованы в качестве отверждающего агента, например тримеры изофорондиизоцианата, триизоцианатононан, трифенилметантриизоцианат, 1,3,5-бензолтриизоцианат, 2,4,6-толуолтриизоцианат, аддукт триметилола и тетраметилксилолдиизоцианата, продаваемый под названием CYTHANE 3160 Cytec Industries, и DESMODURN 3300, который является изоциануратом гексаметилендиизоцианата, поставляемый Bayer Corporation. В частности, используемые полиизоцианаты являются тримерами диизоцианатов, таких как гексаметиленизоцианат и изофорондиизоцианат.
Полиизоцианат также может быть одним из вышеописанных с цепью, удлиненной одним или несколькими полиаминами и/или полиолами с использованием подходящих материалов и способов, известных специалистам в данной области техники.
Отверждающий агент а) присутствует в пленкообразующих композициях в количестве от 10 до 90 мас.%, например от 40 до 65 мас.%, часто от 50 до 60 мас.% относительно общей массы твердого вещества смолы в композиции.
Отверждаемая пленкообразующая композиция, используемая в способе настоящего изобретения, также содержит, по меньшей мере, один пленкообразующий полимер b), содержащий несколько функциональных групп, реакционноспособных по отношению к изоцианатным группам в а). Такие функциональные группы обычно представляют собой гидроксильные и/или аминогруппы.
Пленкообразующий полимер может содержать акриловый полимер, сложный полиэфирный полимер, полиуретановый полимер и/или простой полиэфирный полимер с гидроксильными функциональными группами. Часто используют акриловый полимер и/или сложный полиэфирный полимер, содержащий несколько гидроксильных функциональных групп.
Подходящие акриловые полимеры включают сополимеры одного или нескольких алкиловых эфиров акриловой кислоты или метакриловой кислоты, необязательно вместе с одним или несколькими другими полимеризуемыми этиленненасыщенными мономерами. Пригодные алкиловые эфиры акриловой кислоты или метакриловой кислоты включают алифатические алкиловые эфиры, содержащие от 1 до 30 и предпочтительно от 4 до 18 атомов углерода в алкильной группе. Не ограничивающие примеры включают метилметакрилат, этилметакрилат, бутилметакрилат, этилакрилат, бутилакрилат и 2-этилгексилакрилат. Подходящие другие сополимеризуемые этиленненасыщенные мономеры включают виниловые ароматические соединения, такие как стирол и винилтолуол; нитрилы, такие как акрилонитрил и метакрилонитрил; винил- и винилиденгалогениды, такие как винилхлорид и винилиденфторид, и виниловые сложные эфиры, такие как винилацетат.
Акриловый сополимер может содержать гидроксильные функциональные группы, которые часто входят в полимер за счет включения одного или нескольких мономеров с гидроксильными функциональными группами в реагенты, используемые для получения сополимера. Пригодные мономеры с гидроксильными функциональными группами включают гидроксиалкилакрилаты и метакрилаты обычно с 2-4 атомами углерода в гидроксиалкильной группе, например гидроксиэтилакрилат, гидроксипропилакрилат, 4-гидроксибутилакрилат, аддукты с гидроксильными функциональными группами капролактона и гидроксиалкилакрилатов и соответствующих метакрилатов, а также мономеры с бета-гидроксильными функциональными группами сложного эфира, описанные ниже.
Мономеры сложного эфира с бета-гидроксильными функциональными группами могут быть получены из этиленненасыщенных мономеров с эпоксидными функциональными группами и карбоновых кислот с 13-20 атомами углерода или из этиленненасыщенных мономеров с функциональными группами кислоты и эпоксидных соединений, содержащих, по меньшей мере, 5 атомов углерода, которые не полимеризуются с этиленненасыщенным мономером с функциональными группами кислоты.
Пригодные этиленненасыщенные мономеры с эпоксидными функциональными группами, используемые для получения мономеров сложного эфира с бета-гидроксильными функциональными группами, включают, но не ограничиваются глицидилакрилатом, глицидилметакрилатом, аллилглицидиловым эфиром и металлиловым эфиром, 1:1 (мольное) аддуктами этиленненасыщенных моноизоцианатов с моноэпоксидами с гидроксильными функциональными группами, такими как глицидол, и сложными глицидиловыми эфирами полимеризуемых поликарбоновых кислот, такими как малеиновая кислота. Предпочтительными являются глицидилакрилат и глицидилметакрилат. Примеры карбоновых кислот включают, но не ограничиваются насыщенными монокарбоновьми кислотами, такими как изостеариновая кислота и ароматические ненасыщенные карбоновые кислоты.
Пригодные этиленненасыщенные мономеры с функциональными группами кислот, используемые для получения мономеров сложных эфиров с бета-гидрокси функциональными группами, включают монокарбоновые кислоты, такие как акриловая кислота, метакриловая кислота, кротоновая кислота; дикарбоновые кислоты, такие как итаконовая кислота, малеиновая кислота и фумаровая кислота; и моноэфиры двухосновных карбоновых кислот, такие как монобутилмалеат и монобутилитаконат.Этиленненасыщенный мономер с функциональными группами кислот и эпоксидное соединение обычно реагируют с отношением эквивалентной 1:1. Эпоксидное соединение не содержит этиленненасыщенные связи, которые будут участвовать в радикально-инициированной полимеризации с ненасыщенным мономером с функциональной группой кислоты. Пригодные эпоксидные соединения включают 1,2-пентеноксид, стиролоксид и глицидиловые сложные или простые эфиры, предпочтительно содержащие 8-30 атомов углерода, такие как бутилглицидиловый эфир, октилглицидиловый эфир, фенилглицидиловый эфир и пара-(трет-бутил)фенилглицидиловый эфир. Предпочтительные сложные глицидиловые эфиры включают структуры:
,
где R представляет собой углеводородный радикал, содержащий от около 4 до около 26 атомов углерода. Предпочтительно R представляет собой разветвленную углеводородную группу, имеющую от около 8 до около 10 атомов углерода, такую как неопентаноат, неогептаноат или неодеканоат. Подходящие глицидиловые эфиры карбоновых кислот включают VERSATIC ACID 911 и CADURE Е, каждая из которых коммерчески поставляется Shell Chemical Co.
В некоторых осуществлениях настоящего изобретения полимер, используемый в отверждаемой пленкообразующей композиции, содержит фторированный акриловый полимер. Не ограничивающие примеры подходящих фторполимеров включают чередующиеся сополимеры фторэтилен-алкилвинилового эфира (такие как описаны в US 4345057), поставляемые Asahi Glass Company под названием LUMIFLON; фторалифатические полимерные сложные эфиры, коммерчески поставляемые 3М St. Paul, Minnesota под названием Fluorad; и перфорированные (мет)акриловые смолы с гидроксильными функциональными группами.
Полиэфирный полимер может быть использован в отверждаемой пленкообразующей композиции. Такие полимеры могут быть получены известным способом конденсацией многоатомных спиртов и многоосновных карбоновых кислот. Подходящие многоатомные спирты включают, но не ограничиваются этиленгликолем, пропиленгликолем, бутиленгликолем, 1,6-гексиленгликолем, неопентилгликолем, диэтиленгликолем, глицерином, триметилолпропаном и пентаэритритом. Соответствующие многоосновные карбоновые кислоты включают, но не ограничиваются янтарной кислотой, адипиновой кислотой, азелаиновой кислотой, себациновой кислотой, малеиновой кислотой, фумаровой кислотой, фталевой кислотой, тетрагидрофталевой кислотой, гексагидрофталевой кислотой и тримеллитовой кислотой. Кроме вышеуказанных многоосновных карбоновых кислот могут быть использованы функциональные эквиваленты кислот, такие как ангидриды, если существуют, или низшие алкиловые эфиры кислот, такие как сложные метиловые эфиры кислот.
Полиуретаны также могут быть использованы в отверждаемой пленкообразующей композиции. Среди полиуретанов, которые могут быть использованы, находятся полимерные полиолы, которые обычно получают взаимодействием полиэфирных полиолов или акриловых полиолов, таких как указаны выше, с полиизоцианатом так, чтобы отношение эквивалентов OH/NCO было больше 1:1, так что в продукте присутствуют свободные гидроксильные группы. Органический полиизоцианат, который используют для получения полиуретанового полиола, может быть алифатическим или ароматическим полиизоцианатом или смесью обоих. Предпочтительными являются диизоцианаты, хотя высшие полиизоцианаты могут быть использованы вместо или в комбинации с диизоцианатами. Примерами подходящих ароматических диизоцианатов являются 4,4′-дифенилметандиизоцианат и толуолдиизоцианат. Примеры подходящих алифатических диизоцианатов являются алифатические диизоцианаты с прямой цепью, такие как 1,6-гексаметилендиизоцианат. Также могут быть использованы циклоалифатические диизоцианаты. Примеры включают изофорондиизоцианат и 4,4′-метилен-бис-(циклогексилизоцианат). Примерами подходящих высших полиизоцианатов являются 1,2,4-бензолтриизоцианат и полиметиленполифенилизоцианат. Как и в случае сложных полиэфиров, полиуретаны могут быть получены с непрореагировавшими группами карбоновых кислот, которые после нейтрализации основаниями, такими как амины, позволяют получать дисперсии в водной среде.
Примерами простых полиэфиров полиолов являются полиалкиленовые эфиры полиолов, которые включают соединения следующей структурной формулы:
(i)
или (ii)
,
где заместитель R1 означает водород или низший алкил, содержащий от 1 до 5 атомов углерода, включая смешанные заместители, и n обычно составляет от 2 до 6 и m составляет от 8 до 100 или более. Включены поли(окситетраметилен)гликоли, поли(окситетераэтилен)гликоли, поли (окси-1,2-пропилен)гликоли и поли(окси-1,2-бутилен)гликоли.
Также пригодными являются простые полиэфиры полиолов, полученные оксиалкилированием различных полиолов, например диолов, таких как этиленгликоль, 1,6-гександиол, бисфенол А и т.п., или других высших полиолов, таких как триметилолпропан, пентаэритрит и т.п. Полиолы с более высокой функциональностью, которые могут быть использованы указанным способом, могут быть получены, например, оксиалкилированием соединений, таких как сахароза или сорбит. Обычно используемым способом оксиалкилирования является реакция полиола с алкиленоксидом, например пропилен- или этиленоксидом, в присутствии кислотного или основного катализатора. Конкретные полиэфиры включают продаваемые под названиями TERATHANE и TERACOL, поставляемые E.I. Du Pont de Nemours and Company, Inc и POLYMEG, поставляемый Q O Chemicals, Inc, дочерняя компания Great Lakes Chemical Corp.
Также пригодными являются пленкообразующие полимеры с функциональными аминогруппами, полиоксипропиленамины, коммерчески доступные под товарным знаком JEFFAMINE®; акриловые полимеры и полиэфирные полимеры с функциональными аминогруппами, полученные способом известного уровня техники.
Пленкообразующий полимер b) присутствует в пленкообразующих композициях в количестве от 10 до 90 мас.%, например от 35 до 60 мас.%, часто от 40 до 50 мас.% относительно общей массы твердого вещества смолы в композиции.
В некоторых осуществлениях настоящего изобретения отверждающий агент а) с изоцианатными функциональными группами используют в относительном избытке по отношению к пленкообразующему полимеру в отверждаемой пленкообразующей композиции. Например, отношение эквивалентов изоцианатных групп в отверждающем агенте к функциональным группам в пленкообразующем полимере может составлять от 1,1 до 2,0:1, часто от 1,1 до 1,7:1 или от 1,5 до 1,7:1.
Отверждаемая пленкообразующая композиция, используемая в способе настоящего изобретения, дополнительно содержит с) полисилоксан, присутствующий в отверждаемой пленкообразующей композиции в количестве, достаточном для снижения обледенения подложки при воздействии условий, способствующих образованию льда, среднечисленная молекулярная масса которых часто составляет от 200 до 14000, например от 900 до 2000. Подходящие полисилоксаны включают полимерные полисилоксаны, такие как полидиметилсилоксан (PDMS). У полисилоксана либо отсутствуют функциональные группы; т.е. он не реагирует с функциональными группами других компонентов в отверждаемой пленкообразующей композиции, или у полисилоксана имеется, по меньшей мере, одна функциональная группа, которая реагирует с функциональными группами, по меньшей мере, одного другого компонента в отверждаемой пленкообразующей композиции. Например, полисилоксан может содержать, по меньшей мере, одну гидроксильную и/или аминогруппу, например PDMS с, по меньшей мере, двумя функциональными аминогруппами, что позволяет ему вступать в реакцию с отверждающим агентом с изоцианатными функциональными группами. Примеры коммерчески доступных полисилоксанов включают WACKER FLUID NH 15D, 40D и 130D, поставляемые Wacker Chemie AG. Обычные количества полисилоксана в отверждаемой пленкообразующей композиции составляют от 0,5 до 35 мас.%, например от 1 до 35 мас.%, часто от 10 до 30 мас.%, относительно общей массы твердого вещества смолы в отверждаемой пленкообразующей композиции.
Пленкообразующие композиции настоящего изобретения могут дополнительно содержать наполнитель. Примеры наполнителей, которые могут присутствовать, включают тонкоизмельченные минералы, такие как сульфат бария, диоксид кремния, включая пирогенный диоксид кремния и коллоидный диоксид кремния, оксид алюминия, коллоидный оксид алюминия, диоксид титана, диоксид циркония, коллоидный диоксид циркония, глину, слюду, доломит, тальк, карбонат магния, кальция карбонат, сульфат кальция, силикат кальция и/или метасиликат кальция. Считается, что наполнители в сочетании со смолами в композиции обеспечивают подходящие реологические свойства, такие как высокая вязкость при низком усилии сдвига. Сочетание наполнителей и смол в композиции покрытия также позволяет заполнять и/или перекрывать поверхностные дефекты подложки, делая поверхность подложки более гладкой, чем было бы возможно с другими композициями покрытия. Способность первого слоя покрытия сглаживать дефекты поверхности подложки существенно снижает или даже устраняет необходимость в подготовке поверхности подложки, например пескоструйной очисткой или использования шпатлевки, что может быть стадиями трудоемкими, требующими времени и дорогими. Это преимущество особенно полезно при покрытии больших частей подложки или подложек со значительной шероховатостью поверхности, таких как подложки из стекловолокна, используемые в производстве лопастей ветрогенератора. В некоторых осуществлениях настоящего изобретения, по меньшей мере, 80% дефектов поверхности подложки корректируются до приемлемого уровня (т.е. не требующего дополнительной подготовки поверхности) при использовании первого слоя покрытия.
Пленкообразующая композиция может дополнительно содержать разнообразные необязательные ингредиенты и/или добавки, которые в определенной степени зависят от конкретного применения отверждаемой композиции, такие как другие катализаторы отверждения, пигменты или другие красители, как обсуждается ниже, армирующие наполнители, тиксотропные добавки, ускорители отверждения, поверхностно-активные вещества, пластификаторы, наполнители, стабилизаторы, ингибиторы коррозии, разбавители, светостабилизаторы на основе стерически затрудненных аминов, поглотители УФ-излучения и антиоксиданты.
Отверждаемые композиции, используемые в настоящем изобретении, могут быть получены в виде двухкомпонентных композиций, как правило, отверждаемых при комнатной температуре. Двухкомпонентные отверждаемые композиции обычно получают смешиванием ингредиентов непосредственно перед использованием.
Композиции могут быть нанесены на подложку одним или несколькими способами, включая распыление, окунание/погружение, нанесение кистью или обливом, но они чаще всего наносятся распылением. Могут быть использованы обычные немеханизированные или автоматические способы распыления и оборудование для воздушного распыления и электростатического напыления. Толщина сухой пленки слоя покрытия обычно составляет от 2 до 25 мил (50,8-635 мкм), часто от 5 до 25 мил (127-635 мкм).
Пленкообразующие композиции могут быть нанесены непосредственно на поверхность подложки или на слой грунтовки или другого покрытия, такого как покрытие, нанесенное электроосаждением, или верхнее покрытие на подложке. Подходящие грунтовки включают HSP-7401, коммерчески поставляемый PPG Industries, Inc. Альтернативно грунтовку можно не использовать и пленкообразующие композиции могут быть нанесенены непосредственно на верхнее покрытие или другое покрытие.
После формирования пленки покрытия на подложке композиция может быть отверждена выдерживанием ее при температуре окружающей среды или комбинацией отверждения при температуре окружающей среды и нагрева, или одним нагревом. Композиция может быть отверждена при температуре окружающей среды, как правило, в течение от около 24 до около 36 ч. Если температура окружающей среды и нагрев используются совместно, композицию, как правило, выдерживают в течение от около 5 до около 24 ч с последующим нагревом при температуре около 140°F (60°C) в течение от около 20 мин до около 1 ч. После нанесения отверждаемой пленкообразующей композиции на подложку и при отверждении максимальная средняя нагрузка на подложку с покрытием составляет 450 Н, часто 300 Н, чаще 200 Н или 100 Н при испытании на адгезию льда, описанном ниже.
Следующие примеры предназначены для иллюстрации различных осуществлений изобретения и не должны быть истолкованы как ограничивающие изобретение каким-либо образом.
Примеры.
Для оценки эффективности изменений рецептур относительно адгезии льда разработан тест на адгезию льда. Способ испытания описан в US Engineers Engineer Research and Development Center document number ERDC/CRREL TR-06-11, который включен в описание ссылкой. Описанная там конструкция прибора изменена, чтобы согласовать с существующим испытательным оборудованием и получить испытуемые панели толщиной около 0,032 дюйма. Обычно процедура является следующей: испытуемую панель А 4 дюйма шириной покрывают с обеих сторон заданным покрытием(ями). После соответствующего времени отверждения пять 1×4 дюйма полос вырезают из испытуемой панели. Испытуемые полосы фиксируют клейкой лентой в центре испытательного прибора так, чтобы прибор мог быть заполнен водой на глубину один дюйм. Охлажденную воду используют для заполнения испытательного прибора так, чтобы обе стороны панели с покрытием находились в контакте с одним дюймом воды. Испытательный прибор целиком помещают в морозильник при -20°C на ночь. Затем испытательный прибор переносят в прибор для испытания на растяжение (например, INSTRON 5567), снабженный камерой искусственного климата также при -20°C. Испытательный прибор устанавливают таким образом, что неподвижный конец прибора для испытания на растяжение был соединен с испытательным прибором. и подвижная ножка соединена с испытуемой панелью. Эта испытательная установка создает относительное движение между испытуемыми полосами и льдом, который был сформирован из воды. Лента, которая удерживает испытуемые полосы и воду на месте, удаляют и затем, используя постоянную скорость вытягивания, регистрируют максимальное усилие, необходимое для удаления панели изо льда. Обычно испытывают пять образцов каждого варианта покрытия и представляют среднюю максимальную нагрузку.
Пример 1.
Пример 1 представляет получение отверждаемых пленкообразующих композиций в соответствии с настоящим изобретением. Различные поли(диметилсилоксановые) (PDMS) материалы включают полиуретановое покрытие AUE-57035 (коммерчески поставляемые PPG Industries, Inc.). Испытуемые PDMS материалы включают в AUE-57035 добавлением PDMS к AUE-57035 и перемешиванием. Затем дополнительно добавляют ксилол в качестве растворителя и смесь снова перемешивают. Наконец, добавляют AUE-3550 (изоцианатный отвердитель, коммерчески поставляемый PPG Industries, Inc) и смесь снова перемешивают. В табл. 1 приведены тестированные рецептуры. Рецептура 1 является контролем для сравнения, не содержащая PDMS.
1 Поставляемый Wacker Silicones
2 Поставляемый BlueStar Silicones
3 Поставляемый Evonik
Покрытие наносят на холоднокатаные стальные панели, испытуемые панели, покрытые ED6060CZ, поставленные ACT Test Panels LLC, после протирания поверхности 3М Scotch-Brite. Покрытие наносят с использованием HVLP пистолета-распылителя при 30 фунтов на квадратный дюйм. Покрытие наносят в два слоя с выдержкой 5-10 мин при окружающей температуре между слоями. Покрытию дают высохнуть и отверждаться в течение семи дней при окружающих условиях перед испытанием. Испытание на адгезию льда затем проводят в соответствии с вышеописанной методикой. Табл. 2 представляет результаты испытания на адгезию льда. Мас.% PDMS рассчитывается умножением искомого процентного содержания на массу AUE-57035.
Включение различных PMDS материалов уменьшает наблюдаемую максимальную среднюю нагрузку примерно на 100-300 Н или на около 20-60% по сравнению с контрольной рецептурой 1.
В то время как конкретные осуществления настоящего изобретения были описаны выше с целью иллюстрации, специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что возможны многочисленные вариации деталей настоящего изобретения без отступления от объема притязаний изобретения, который определен в прилагаемой формуле изобретения.
Cпособ может быть использован для снижения обледенения подложки, например, лопастей ветрогенератора. Наносят на подложку отверждаемые пленкообразующие композиции, содержащие отверждающий агент с изоцианатными функциональными группами, и пленкообразующий полимер с функциональными группами, реакционноспособными по отношению к изоцианатным группам отверждающего агента, и полисилоксан, присутствующий в отверждаемой пленкообразующей композиции в количестве, достаточном для снижения обледенения подложки при воздействии условий, способствующих образованию льда. Полисилоксан содержит полидиметилсилоксан и, по меньшей мере, две функциональные гидроксильные и/или аминогруппы, или полисилоксан содержит, по меньшей мере, один полисилоксан, содержащий, по меньшей мере, одну функциональную группу, которая является реакционноспособной по отношению к функциональным группам, по меньшей мере, одного другого компонента отверждаемой пленкообразующей композиции, и, по меньшей мере, один полисилоксан, который является не реакционноспособным по отношению к функциональным группам других компонентов отверждаемой пленкообразующей композиции. Пленкообразующие композиции можно наносить непосредственно на поверхность подложки или на слой грунтовки и/или верхнего покрытия на подложке. Технический результат - обеспечение при отверждении максимальной средней нагрузки на подложку с покрытием 450 Н при испытании на адгезию льда. 10 з.п. ф-лы, 2 табл.
1. Способ снижения обледенения подложки, включающий нанесение на подложку отверждаемой пленкообразующей композиции, содержащий:
a) отверждающий агент, содержащий изоцианатные функциональные группы;
b) по меньшей мере, один пленкообразующий полимер, содержащий функциональные группы, реакционноспособные по отношению к изоцианатным группам в а); и
c) по меньшей мере, один полисилоксан, присутствующий в отверждаемой пленкообразующей композиции в количестве, достаточном для снижения обледенения подложки при воздействии условий, способствующих образованию льда; причем
i) указанный полисилоксан с) содержит полидиметилсилоксан и содержит, по меньшей мере, две функциональные гидроксильные и/или аминогруппы, или
ii) указанный полисилоксан с) содержит, по меньшей мере, один полисилоксан, содержащий, по меньшей мере, одну функциональную группу, которая является реакционноспособной по отношению к функциональным группам, по меньшей мере, одного другого компонента отверждаемой пленкообразующей композиции, и, по меньшей мере, один полисилоксан, который является не реакционноспособным по отношению к функциональным группам других компонентов отверждаемой пленкообразующей композиции; и
после нанесения указанной отверждаемой пленкообразующей композиции на подложку и отверждения, указанная подложка с покрытием демонстрирует максимальную среднюю нагрузку 450 Н при испытании на адгезию льда.
2. Способ по п. 1, в котором отверждающий агент а) содержит тример гексаметилендиизоцианата.
3. Способ по п. 1, в котором полимер b) содержит акриловый полимер и/или сложный полиэфирный полимер.
4. Способ по п. 1, в котором указанный полимер содержит функциональные гидроксильные и/или аминогруппы.
5. Способ по п. 1, в котором полисилоксан имеет среднечисленную молекулярную массу, составляющую от 200 до 14000.
6. Способ по п. 1, в котором полисилоксан присутствует в отверждаемой пленкообразующей композиции в количестве от 0,5 до 35 мас.% относительно общей массы твердого вещества смолы в отверждаемой пленкообразующей композиции.
7. Способ по п. 6, в котором полисилоксан присутствует в отверждаемой пленкообразующей композиции в количестве от 10 до 30 мас.% относительно общей массы твердого вещества смолы в отверждаемой пленкообразующей композиции.
8. Способ по п. 1, в котором отверждаемую пленкообразующую композицию отверждают при комнатной температуре.
9. Способ по п. 1, в котором подложка содержит металл, пластик и/или композит из стекловолокна и/или углеродного волокна.
10. Способ по п. 9, в котором подложка представляет собой лопасть ветрогенератора.
11. Способ по п. 1, в котором перед нанесением отверждаемой пленкообразующей композиции на подложку наносят пленкообразующую композицию грунтовки и/или верхнего покрытия.
| US 5045599 A, 03.09.1991 | |||
| US 5045599 A, 03.09.1991 | |||
| US 20030232201 A1, 18.12.2003 | |||
| US 20040166333 A, 26.08.2004. |
