海上风电钢结构涂层防护体系的工程实践和修复产品的研究-第3页-北极星风力发电网

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2.2光固化涂层

开拓海洋资源，包括发展海上风电，都对海洋工程结构材料提出了新要求。其中海洋生物污损的存在，会增加海洋平台和海上风电结构的质量，增加腐蚀的可能性。目前，通常采用海上平台的经验对海上风电防海洋生物污损进行防护，但是海上风电场无人居住并限制人员接近，因此维修维护更加困难，如何设计更加符合海上风电钢结构要求的长效防护要求、施工维护要求的涂层体系非常重要。浪花飞溅区涂层的维护难度较大，因为伴随着海水的涨潮和退潮，该区域会不断暴露在海水中和空气中，就更加剧了该区域的腐蚀，所以需要研制出快速光固化涂层，在涨潮退潮的时间段内将其涂覆到待修复钢结构表面并快速光固化。

2.2.1光固化涂料固化机理

光固化涂料是指通过光源照射，让涂层吸收能量，引发如交联、聚合等化学反应，促进液体固化的涂料。上述光源必须能量充足，能够使电子发生跃迁达到激发状态，从而发生化学反应。

2.2.2光固化涂料主要组分

一般情况下，光固化涂料主要包括齐聚物、活性稀释剂、光引发剂和助剂 4个部分，各部分含量分别是：活性稀释剂40% ～ 60%，齐聚物30% ～ 50%，光引发剂1% ～ 5%，助剂0.2% ～ 1.0%。

1）齐聚物

齐聚物（即光敏树脂），指在整个体系中含量高，对涂层性能至关重要的树脂。齐聚物分子结构均包含碳碳双键，应用广泛表现如下：①不饱和聚酯；②环氧丙烯酸酯；③聚酯丙烯酸酯；④聚氨酯丙烯酸酯；⑤水性丙烯酸酯；⑥聚醚丙烯酸酯；⑦多烯硫醇体系；⑧阳离子树脂。

2）活性稀释剂

光固化涂料中，活性稀释剂同样不可或缺，作为一种功能性单体，不但能有效控制涂料黏度，便于施工作业，还能参加涂料的固化反应，直接影响涂层性能。活性稀释剂分子结构包含不饱和双键，如丙烯酰氧基、甲基丙烯酰基及乙烯基等，其中，丙烯酰氧基光固化活性最高，故多采用丙烯酸酯单体。近年来新型稀释剂得到了开发利用，乙氧基化或丙氧基化的丙烯酸酯类功能单体，不仅可以改善某些单体对皮肤的刺激性，而且使其单体性能更加完善。研发阳离子光固化体系可带动官能环氧化合物及乙烯基醚类单体的相关研究与应用。

3）光引发剂

光引发剂对于光固化涂料至关重要，是涂层固化程度及速度的决定性因素。光引发剂的反应机制一般包括以下4种：氢消除反应机理、离子反应机理、裂解反应机理和能量转移反应机理。目前常用的光引发剂有：安息香、二苯基乙酮、α，α-二乙氧基苯乙酮、α-羟烷基苯酮、芳酰基膦氧化物、二苯甲酮和硫代丙氧基硫杂蒽酮。

4）助剂

为确保光固化涂料中各成分相对稳定，应在光敏树脂制备期间添加所需助剂，如流平剂可促进光敏树脂的流动；热阻聚剂可延长其有效期；抗氧剂可用于改善涂膜稳定性能等。选择助剂时，优先采用可参与固化反应的活性助剂，如毕克公司的BYK-371、迪高公司的Red2100、Red2200及Red2500等。由于不参加光固化反应，大多数普通助剂将留存于固化膜中，导致出现针孔、反黏等现象。

2.2.3光固化涂料的研制和应用

我国光固化涂料技术的研发工作一般在高等院校开展，高校设备及仪器较为先进、专业人才较多且有良好的科研氛围，借鉴国际领先技术，与企业合作谋求双赢。如复旦大学高分子系李善君教授所制的超大规模集成电路封装用环氧塑封料科技成果，已转入生产；其研发的高韧性封口胶已在最新型战机的尾翼中投入使用。

上海暄洋化工材料科技有限公司研制出了一种修复风电钢结构基础破坏的快速光固化防腐涂料及制备工艺，这种防腐涂料不仅耐老化，耐磨好，耐海水浸泡，对底材附着力强，还能满足在被腐蚀的底材上完成涂覆的要求，同时也与阴极保护措施具有很好的匹配性，能在可见光条件下短时间内完全固化。具体步骤如下。

步骤一：在酸碱催化条件下，制备无机高分子成膜物，可以是无机硅、钛、铝、锆高分子溶胶，选其中1种、或2种、或2种以上的溶胶适当配比混合后，加入丙烯酸树脂或者环氧树脂或者它们的混合物，剧烈搅拌并陈化一段时间，得到无机纳米材料改性的低表面能无机有机杂化树脂；

步骤二：将步骤一所述的杂化树脂与耐磨颜料、助剂混合，得到悬浮性好的涂料基料；所述耐磨材料为刚玉（氧化铝）、金刚砂（碳化硅）、钻石粉（C）、氮化硼、碳化硼；助剂为防沉降剂和消泡剂，包括改性膨润土、气相二氧化硅、聚二甲基硅氧烷、BYK-051无机硅消泡剂。

步骤三：在红外照射环境下，将步骤二所述悬浮物中，依次加入脂肪族聚氨酯丙烯酸酯树脂、光引发剂、活性稀释剂和增感剂，搅拌均匀得到涂覆溶液。所述的光引发剂为阳离子聚合光引发剂和自由基聚合光引发剂，一般选用1173、TPO、氟化二苯基钛茂（Irgacure 784）、双(五氟苯基）钛茂；所述增感剂为双重氮盐，叠氮化合物。

步骤四：将步骤三中所述涂覆溶液直接涂覆于需要防污的表面，在太阳光下或紫外光下放置一段时间完全固化，得到所需的快速光固化防腐涂料。

该产品采用可见光固化剂和增感剂，使得涂层在太阳光作用下，可快速固化；采用无机溶胶作为改性剂，通过对丙烯酸树脂或者环氧树脂的改性，可增强涂层成膜物的耐老化性；通过采用耐磨颜料，可提高涂层的耐海水中粗颗粒冲刷能力。

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