海底鋼管3pe防腐涂層中的環(huán)氧樹脂涂料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種海底鋼管3PE防腐涂層中的環(huán)氧樹脂涂料及其制備方法,所述環(huán)氧樹脂防腐涂料按質(zhì)量百分比由以下組分組成:環(huán)氧樹脂55%~65%;顏填料23.5%~36%;助劑10.4%~15.3%。所述環(huán)氧樹脂按質(zhì)量百分比由E-12環(huán)氧樹脂39%~47%和酚醛環(huán)氧樹脂16%~23%組成。本發(fā)明在環(huán)氧樹脂中適當?shù)奶砑踊?、云母粉、膨潤土、鈦白粉為部分填料??上鄬Φ臏p少樹脂的用量,降低成本,同時也可改善物理機械性能,如增加彈性模量,減小固化收縮率,增加抗海水沖擊性和改善耐海水性能。
【專利說明】海底鋼管3PE防腐涂層中的環(huán)氧樹脂涂料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及涂料【技術(shù)領(lǐng)域】,具體涉及一種海底鋼管3PE防腐涂層中的環(huán)氧樹脂涂 料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著陸上石油天然氣資源的不斷開采,已經(jīng)不能夠完全滿足人類的需求,而海洋 中存儲著豐富的石油和天然氣資源,海洋油氣的爭奪已經(jīng)成為當今社會各國所關(guān)注的焦 點,目前,海洋油氣資源開發(fā)通常采用大型船舶和管道等方式進行運輸,而海底管道運輸具 有安全性能高和成本低的突出優(yōu)勢,已被世界各國大多數(shù)國家所采用,目前國外海底油氣 輸送管道總量已超過ll〇〇〇〇Km,而我國在海洋石油天然氣勘探,開發(fā)和油氣輸送等方面起 步較晚。國產(chǎn)海底油氣管道在力學性能,耐腐蝕和使用壽命方面與國外產(chǎn)品存在較大差距, 因此,研制耐惡劣海洋環(huán)境的油氣輸送管道迫在眉睫。而管道的防腐對管道的使用壽命和 使用安全至關(guān)重要,因此,研究高性能防腐涂層是其重要一環(huán)。
[0003] 目前,3PP/3PE管道防腐層是普遍使用的一種管道防腐方案,但涂層內(nèi)部會存在一 些孔洞和缺陷,不能阻止小分子腐蝕介質(zhì)浸入,不能做到完全防止腐蝕,并且在耐海水的化 學腐蝕和電化學腐蝕方面還存在許多不足,這樣會大大降低海底鋼管的使用壽命和使用安 全,提高涂層與鋼管的附著力,增強涂層的耐海水應力腐蝕的性能是現(xiàn)在海底管道防腐研 究的焦點。
[0004] 將已有的3PE(3PP)防腐技術(shù)與Al-Zn-Si涂料防腐技術(shù)結(jié)合,進一步研發(fā) 3PE (3PP)和Al-Zn-Si-Mg-RE復合防腐技術(shù),可大幅度提高管道在海洋中的耐蝕性、 使用壽命和使用安全。而3PE中環(huán)氧粉末涂層是中間連接層,直接決定了 3PE涂層和 Al-Zn-Si-Mg-RE的粘結(jié)情況,如果粘結(jié)力有問題,那么防腐效果是大打折扣,甚至導致防腐 措施失效,所以環(huán)氧粉末的質(zhì)量問題是防腐涂層的研究重點。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供了 一種抗海水沖擊性和耐海水腐蝕性的海底 鋼管3PE防腐涂層中的環(huán)氧樹脂涂料及其制備方法。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn):本發(fā)明提供的一種海底鋼管 3PE防腐涂層中的環(huán)氧樹脂涂料,所述環(huán)氧樹脂防腐涂料按質(zhì)量百分比由以下組分組成:
[0007] 環(huán)氧樹脂 55 %?65%
[0008] 顏填料 23. 5%?36%
[0009] 助劑 10. 4%?15. 3%。
[0010] 進一步地,所述環(huán)氧樹脂按質(zhì)量百分比由E-12環(huán)氧樹脂39 %?47 %和酚醛環(huán)氧 樹脂16 %?23 %組成。
[0011] 進一步地,所述顏填料按質(zhì)量百分比由以下組分組成:
[0012] 滑石粉 5%?7% 云母粉 5%?7% 膨潤土 4°/〇"6% 納米蒙脫土 5°/T7% 石墨烯 0. 5%?2% 改性納米CaC03 2。廣3% 改性納米Ti02 P/T2% 鈦白粉 1%?2%。
[0013] 更進一步地,所述助劑按質(zhì)量百分比按質(zhì)量百分比由以下組分組成:
[0014] 分散劑 0. 8°/Tl. 5% 消泡劑 0. 5%?1. 3% 偶聯(lián)劑 1.2%~3% 增塑劑 5. 5%~6. 5% 固化劑 2.4%?3%。
[0015] 進一步地,所述消泡劑為聚醚改性有機硅消泡劑;所述偶聯(lián)劑為KH-560硅烷偶聯(lián) 齊U ;所述增塑劑為環(huán)氧類增塑劑;所述固化劑為改性雙氰胺和癸二酸二酰肼。
[0016] 本發(fā)明的制備所述的海底鋼管3PE防腐涂層中的環(huán)氧樹脂涂料的方法,包括以下 步驟:
[0017] (1)按質(zhì)量百分比將分散劑、1/2的消泡劑、1/2偶聯(lián)劑、滑石粉、云母粉、鈦白粉、 膨潤土按照比例進行研磨分散,得到組分A ;
[0018] (2)將改性納米CaC03,改性納米Ti02,石墨烯,納米蒙脫土進行混合,進行超聲處 理,得到組分B;
[0019] (3)將組分A和組分B放置在攪拌機內(nèi)進行攪拌,使其混合均勻,制得組分C ;
[0020] (4)將環(huán)氧樹脂放置在碾碎機里進行碾碎,再將碾碎后的環(huán)氧樹脂放入攪拌機內(nèi), 使其粉碎,得到環(huán)氧樹脂粉末,將其攪拌15min,然后停頓5min,制得組分D ;
[0021] (5)將組分C增塑劑、固化劑、剩余1/2消泡劑和1/2偶聯(lián)劑加入到組分D中,將混 合組分放入攪拌機中進行攪拌,得到半成品;
[0022] (6)將半成品倒入乳液過濾器內(nèi)進行過濾,制得海底鋼管3PE防腐涂層中的環(huán)氧 樹脂涂料。
[0023] 進一步地,在步驟(1)中,進行研磨時的裝置為研磨機,所述砂磨機內(nèi)研磨分散時 的研磨粉的細度為彡30 iim。
[0024] 進一步地,在步驟(2)和步驟(4)中,進行攪拌時的裝置為攪拌機,所述攪拌機攪 拌的轉(zhuǎn)速為800-1200r/min。
[0025] 更進一步地,在步驟(2)中,超聲處理溫度為0_50°C,超聲處理時間為4_6h ;在步 驟(6)中,所述乳液過濾器的過濾孔徑為100目。
[0026] 有益效果:本發(fā)明在環(huán)氧樹脂中適當?shù)奶砑踊?、云母粉、膨潤土、鈦白粉為?分填料??上鄬Φ臏p少樹脂的用量,降低成本,同時也可改善物理機械性能,如增加彈性模 量,減小固化收縮率,增加抗海水沖擊性和改善耐海水性能,有效防止海水應力鋼管開裂。 本發(fā)明的優(yōu)點如下:
[0027] (1)本發(fā)明所使用的石墨烯由于小尺寸效應使其可以填充到涂料的空洞和缺陷之 中,二維層結(jié)構(gòu)在涂料中層層疊加,形成了物理隔絕,也使體系具有更高的沖擊韌性,特別 是低溫沖擊韌性,石墨烯的表面效應是其與水的接觸角很大因而具有很好的防水性質(zhì),而 且石墨烯具有很好的導電性質(zhì)這樣可以使陰極的生成的0H-停留在涂層表面,不在生成氫 氧化物。
[0028] (2)納米粒子的表面效應使得納米粒子具有很高的表面能納米尺度效應,比表面 積大、比表面能高、表面缺陷少、非配對原子多,很容易和涂料中的原子結(jié)合納米粒子的加 入可以環(huán)氧粉末與Al-Zn-Si-Mg-RE有更強的結(jié)合能力,并且使環(huán)氧粉末涂層具有更好的 力學性能,使之具有良好的耐沖刷性、柔韌性,改性后的納米CaC0 3,納米Ti02更易分散在涂 料中,減小了團聚的現(xiàn)象,涂層的附著力,防水性,柔韌性,流變性,光澤度都比現(xiàn)有技術(shù)要 優(yōu)異。
[0029] (3)納米蒙脫土因為粒子尺寸小,比表面積大,表面層內(nèi)原子所占比例大,粒子和 高分子鏈發(fā)生物理化學結(jié)合的機會多,故能與聚合物很好的吸附甚至鍵和,這有利于應力 傳遞,從而能承擔一定載荷,起到對環(huán)氧涂層增強的效果。蒙脫土片層與樹脂基體通過牢固 的界面結(jié)合產(chǎn)生良好的應力傳遞,有效促進基體樹脂發(fā)生屈服和塑性形變,起到增韌效果。
【具體實施方式】
[0030] 下面將通過具體實施例對本發(fā)明做進一步的具體描述,但不能理解為是對本發(fā)明 保護范圍的限定。
[0031] 實施例1
[0032] 本發(fā)明提供的一種海底鋼管3PE防腐涂層中的環(huán)氧樹脂涂料30g,所述環(huán)氧樹脂 防腐涂料按質(zhì)量百分比由以下組分組成:
[0033] 環(huán)氧樹脂 60%
[0034] 顏填料 29%
[0035] 助劑 11%。
[0036] 所述環(huán)氧樹脂按質(zhì)量百分比由E-12環(huán)氧樹脂40% (12g)和酚醛環(huán)氧樹脂20% (6g)組成。本發(fā)明所使用的E-12環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂,其分子結(jié)構(gòu)決定了其固化 物具有很高的強度和粘結(jié)強度,具有很好的附著力和耐腐蝕性能。酚醛環(huán)氧樹脂苯基含量 高,碳鏈短具有良好的耐熱性和剛性,固化產(chǎn)物交聯(lián)密度大,機械強度好,耐熱性好,并且有 效的彌補了 E-12環(huán)氧樹脂耐候性差的不足。
[0037] 所述顏填料按質(zhì)量百分比由以下組分組成:
[0038] 滑石粉 7% (2.1) 云母粉 6% (1.8) 膨潤土 4% ?6% (1.5) 納米蒙脫土 5%?7% (1.5) 石墨烯 0. 5°/廣2% (0. 6) 改性納米 CaC03 2°r3°/〇 (0.6) 改性納米Ti02 1%?2% (0. 3) 鈦白粉 1%?2%。(0.3)
[0039] 所述助劑按質(zhì)量百分比按質(zhì)量百分比由以下組分組成
[0040] 分散劑 0.9% (0.27) 消泡劑 0.9% (0.27) 偶聯(lián)劑 1.3% (0.39) 增塑劑 5. 5% (1.65) 固化劑 2. 4% (0.72)。
[0041] 所述消泡劑為聚醚改性有機硅消泡劑;所述偶聯(lián)劑為KH-560硅烷偶聯(lián)劑;所述增 塑劑為環(huán)氧類增塑劑;所述固化劑為改性雙氰胺和癸二酸二酰肼。
[0042] 環(huán)氧增塑劑是由天然油脂于有機過氧酸進行環(huán)氧化反應而制得的一類優(yōu)良增塑 齊U,毒性極小,與主增塑劑DOP、DBP相比較,它突出的優(yōu)點是無毒、耐熱和耐光穩(wěn)定性能好, 大大降低了 V0C的排放,是一種很好的環(huán)保增塑劑。改性雙氰胺毒性低,固化性好,耐堿、耐 水性優(yōu)良,由于氨基的氮元素與金屬形成氫鍵,因而具有優(yōu)良的防銹效果。硅烷偶聯(lián)劑中的 羥基和有機官能團Al-Zn-Si-Mg-RE涂層與樹脂涂層通過化學鍵很好的粘結(jié)在一起。本發(fā) 明所采用的分散劑為德謙923S,它具有特殊的界面活性,能幫助填料潤濕及解凝聚,它能夠 吸附在填料表面防止返粗,并且還是膨潤土的良好活性劑。
[0043] 本發(fā)明的制備所述的海底鋼管3PE防腐涂層中的環(huán)氧樹脂涂料的方法,包括以下 步驟:
[0044] (1)按質(zhì)量百分比將分散劑、1/2的消泡劑、1/2偶聯(lián)劑、滑石粉、云母粉、鈦白粉、 膨潤土按照比例進行研磨分散,得到組分A ;進行研磨時的裝置為研磨機,所述砂磨機內(nèi)研 磨分散時的研磨粉的細度為30 y m。
[0045] (2)將改性納米CaC03,改性納米Ti02,石墨烯,納米蒙脫土進行混合,進行超聲處 理,得到組分B ;進行攪拌時的裝置為攪拌機,所述攪拌機攪拌的轉(zhuǎn)速為800r/min。超聲處 理溫度為〇°C,超聲處理時間為4h ;
[0046] (3)將組分A和組分B放置在攪拌機內(nèi)進行攪拌,使其混合均勻,制得組分C ;
[0047] (4)將環(huán)氧樹脂放置在碾碎機里進行碾碎,再將碾碎后的環(huán)氧樹脂放入攪拌機內(nèi), 使其粉碎,得到環(huán)氧樹脂粉末,將其攪拌15min,然后停頓5min,使樹脂散熱防止結(jié)塊,制得 組分D ;進行攪拌時的裝置為攪拌機,所述攪拌機攪拌的轉(zhuǎn)速為800r/min。
[0048] (5)將組分C增塑劑、固化劑、剩余1/2消泡劑和1/2偶聯(lián)劑加入到組分D中,將混 合組分放入攪拌機中進行攪拌,得到半成品;
[0049] (6)將半成品倒入乳液過濾器內(nèi)進行過濾,制得海底鋼管3PE防腐涂層中的環(huán)氧 樹脂涂料。所述乳液過濾器的過濾孔徑為1〇〇目。
[0050] 實施例2
[0051] 實施例2與實施例1的區(qū)別在于:本發(fā)明的一種海洋防腐涂料50g,所述環(huán)氧樹脂 防腐涂料按質(zhì)量百分比由以下組分組成:
[0052] 環(huán)氧樹脂 55%
[0053] 顏填料 34. 6 %
[0054] 助劑 10.4%
[0055] 其中所述環(huán)氧樹脂按質(zhì)量百分比由E-12環(huán)氧樹脂39% (19. 5g)和酚醛環(huán)氧樹脂 16% (8g)組成。
[0056] 所述顏填料按質(zhì)量百分比由以下組分組成:
[0057] 滑石粉 7% (2.1) 云母粉 6% (1,8) 膨潤土 5% (1.5) 納米蒙脫土 5% (1.5) 石墨烯 2% (0.6)
[0058] 改性納米CaC03 2% (0.6) 改性納米Ti02 1% (0.3) 鈦白粉 1% (0.3)
[0059] 所述助劑按質(zhì)量百分比按質(zhì)量百分比由以下組分組成
[0060] 分散劑 0. 8% (0. 4) 消泡劑 0.5% (0.25) 偶聯(lián)劑 1.2% (0.6) 增塑劑 5. 5% (2. 75) 固化劑 2.4% (1.2)
[0061] 本發(fā)明的制備所述的海底鋼管3PE防腐涂層中的環(huán)氧樹脂涂料的方法,包括以下 步驟:
[0062] 在步驟⑴中,所述砂磨機內(nèi)研磨分散時的研磨粉的細度為20 iim。
[0063] 在步驟⑵中,將改性納米CaC03,改性納米Ti02,石墨烯,納米蒙脫土進行混合, 進行超聲處理,得到組分B ;進行攪拌時的裝置為攪拌機,所述攪拌機攪拌的轉(zhuǎn)速為1000r/ min。超聲處理溫度為30°C,超聲處理時間為5h;
[0064] 在步驟(4)中,進行攪拌時的裝置為攪拌機,所述攪拌機攪拌的轉(zhuǎn)速為1000r/ min〇
[0065] 實施例3
[0066] 實施例3與實施例1的區(qū)別在于:本發(fā)明的一種海洋防腐涂料100g,所述環(huán)氧樹 脂防腐涂料按質(zhì)量百分比由以下組分組成:
[0067] 環(huán)氧樹脂 57%
[0068] 顏填料 30 %
[0069] 助劑 13%。
[0070] 其中所述環(huán)氧樹脂按質(zhì)量百分比由E-12環(huán)氧樹脂41% (41g)和酚醛環(huán)氧樹脂 16% (16g)組成。
[0071] 所述顏填料按質(zhì)量百分比由以下組分組成:
[0072] 滑石粉 6% (6g) 云母粉 5% (5g) 膨潤土 5% (5g) 納米蒙脫土 7% (7g) 石墨稀 1% (lg) 改性納米CaC03 3% (3g) 改性納米Ti02 2% (2g)
[0073] 鈦白粉 2% (2g)。
[0074] 所述助劑按質(zhì)量百分比按質(zhì)量百分比由以下組分組成
[0075] 分散劑 L2% (1.2g) 消泡劑 1% (lg) 偶聯(lián)劑 1.8% (1.8g) 增塑劑 6% (6g) 固化劑 3% (3g)〇
[0076] 本發(fā)明的制備所述的海底鋼管3PE防腐涂層中的環(huán)氧樹脂涂料的方法,包括以下 步驟:
[0077] 在步驟(2)中,將改性納米CaC03,改性納米Ti02,石墨烯,納米蒙脫土進行混合, 進行超聲處理,得到組分B ;進行攪拌時的裝置為攪拌機,所述攪拌機攪拌的轉(zhuǎn)速為1200r/ min。超聲處理溫度為50°C,超聲處理時間為6h;
[0078] 在步驟(4)中,進行攪拌時的裝置為攪拌機,所述攪拌機攪拌的轉(zhuǎn)速為1200r/ min〇
[0079] 實施例4
[0080] 實施例4與實施例1的區(qū)別在于:本發(fā)明的一種海洋防腐涂料200g,所述環(huán)氧樹 脂防腐涂料按質(zhì)量百分比由以下組分組成:
[0081] 環(huán)氧樹脂 65%
[0082] 顏填料 36%
[0083] 助劑 15.3%
[0084] 其中所述環(huán)氧樹脂按質(zhì)量百分比由E-12環(huán)氧樹脂41% (41g)和酚醛環(huán)氧樹脂 16% (16g)組成。
[0085] 所述顏填料按質(zhì)量百分比由以下組分組成:
[0086] 滑石粉 5% (10g) 云母粉 7% (14g) 膨潤土 5% (10g) 納米蒙脫土 6% (12g) 石墨烯 0.5% (lg) 改性納米Ca⑶3 2. 3% (4. 6g) 改性納米 Ti02 1.2% (2.4g) 鈦白粉 1.2% (2.4g)
[0087] 所述助劑按質(zhì)量百分比按質(zhì)量百分比由以下組分組成
[0088] 分散劑 1.5% (3g)
[0089] 消泡劑 1.3% (2. 6g) 偶聯(lián)劑 2% (4g) 增塑劑 6. 5% (13g) 固化劑 2. 5% (5g)
[0090] 如表1所示,表1為上述實施例中海底鋼管3PE防腐涂層中的環(huán)氧樹脂涂料的性 能和測試結(jié)果;
[0091] 表 1
[0092]
【權(quán)利要求】
1. 一種海底鋼管3PE防腐涂層中的環(huán)氧樹脂涂料,其特征在于:所述海底鋼管3PE防 腐涂層中的環(huán)氧樹脂涂料按質(zhì)量百分比由以下組分組成: 環(huán)氧樹脂 55 %?65% 顏填料 23. 5%?36% 助劑 10. 4%?15. 3%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底鋼管3PE防腐涂層中的環(huán)氧樹脂涂料,其特征在于:所 述環(huán)氧樹脂按質(zhì)量百分比由E-12環(huán)氧樹脂39 %?47 %和酚醛環(huán)氧樹脂16 %?23 %組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底鋼管3PE防腐涂層中的環(huán)氧樹脂涂料,其特征在于:所 述顏填料按質(zhì)量百分比由以下組分組成: 滑石粉 5%?7% 云母粉 5%?7% 膨潤土 4%飛% 納米蒙脫土 5°/Γ7% 石墨烯 0. 5%?2% 改性納米CaCO3 2°Γ3% 改性納米TiO2 1%?2% 鈦白粉 1°/Γ2%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底鋼管3ΡΕ防腐涂層中的環(huán)氧樹脂涂料,其特征在于:所 述助劑按質(zhì)量百分比由以下組分組成: 分散劑 0. 8°Γ1. 5% 消泡劑 0. 5%?1. 3% 偶聯(lián)劑 1.2°廣3% 增塑劑 5. 5%~6. 5% 固化劑 2.4%?3%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的海底鋼管3ΡΕ防腐涂層中的環(huán)氧樹脂涂料,其特征在于:所 述消泡劑為聚醚改性有機硅消泡劑;所述偶聯(lián)劑為ΚΗ-560硅烷偶聯(lián)劑;所述增塑劑為環(huán)氧 類增塑劑;所述固化劑為改性雙氰胺和癸二酸二酰肼。
6. 制備權(quán)利要求1所述的海底鋼管3ΡΕ防腐涂層中的環(huán)氧樹脂涂料的方法,其特征在 于包括如下步驟: (1) 按質(zhì)量百分比將分散劑、1/2的消泡劑、1/2偶聯(lián)劑、滑石粉、云母粉、鈦白粉、膨潤 土按照比例進行研磨分散,得到組分A; (2) 將改性納米CaCO3,改性納米TiO2,石墨烯,納米蒙脫土進行混合,進行超聲處理,得 到組分B; (3) 將組分A和組分B放置在攪拌機內(nèi)進行攪拌,使其混合均勻,制得組分C; (4) 將環(huán)氧樹脂放置在碾碎機里進行碾碎,再將碾碎后的環(huán)氧樹脂放入攪拌機內(nèi),使其 粉碎,得到環(huán)氧樹脂粉末,將其攪拌15min,然后停頓5min,制得組分D; (5) 將組分C增塑劑、固化劑、剩余1/2消泡劑和1/2偶聯(lián)劑加入到組分D中,將混合組 分放入攪拌機中進行攪拌,得到半成品; (6) 將半成品倒入乳液過濾器內(nèi)進行過濾,制得海底鋼管3PE防腐涂層中的環(huán)氧樹脂 涂料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的海底鋼管3PE防腐涂層中的環(huán)氧樹脂涂料的制備方法,其特 征在于:在步驟(1)中,進行研磨時的裝置為研磨機,所述砂磨機內(nèi)研磨分散時的研磨粉的 細度為< 30μm。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的海底鋼管3PE防腐涂層中的環(huán)氧樹脂涂料的制備方法,其特 征在于:在步驟(2)和步驟(4)中,進行攪拌時的裝置為攪拌機,所述攪拌機攪拌的轉(zhuǎn)速為 800-1200r/min。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的海底鋼管3PE防腐涂層中的環(huán)氧樹脂涂料的制備方法,其特 征在于:在步驟(2)中,超聲處理溫度為0-50°C,超聲處理時間為4-6h;在步驟(6)中,所述 乳液過濾器的過濾孔徑為100目。
【文檔編號】C09D7/12GK104449249SQ201410612131
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】姚正軍, 周金堂, 李天明, 劉沛江, 其他發(fā)明人請求不公開姓名 申請人:南京航空航天大學