CN103031031A - 氟化环氧油气管道内减阻涂层 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氟化环氧油气管道内减阻涂层及其制备方法。该涂层表面具有较高的疏水疏油性，用于油气管道内壁，不仅可以起到防腐蚀作用，还可以起到降低流程阻力的作用。

Description

氟化环氧油气管道内减阻涂层

技术领域

本发明涉及一种减阻涂层，具体的说是一种氟化环氧油气管道内涂层及其制备方法，属于管道内防腐及减阻技术领域。 

技术背景

减少输送流动阻力，降低能量消耗一直是全世界各国科学工作者共同追求的目标。随着科技的发展和新材料、新技术的不断涌现，人们对管道内部壁面节能减阻技术的开发及应用一直没有停止。管道的内壁涂层技术始于上世纪40年代末，最初应用于含硫原油和含硫天然气管道的内壁防腐。1953年美国第一次将管道内涂层技术应用于干线输气。后来发现, 内涂层技术的使用能有有效防止管道内腐蚀，还能够大大提高管道的输量。据报道，国外的输气管道使用内涂层后可使输气量增加5-20%。在管道内壁涂覆表面光滑的涂层能够大大降低管道内壁粗糙度，从而减小输送介质与管壁摩擦力，进而提高管道的输送能力。目前，国际上新建的油气管道均要求使用内减阻涂层。通常使用的管道内减阻涂层是环氧树脂涂层。在国内，内涂层技术已开发多年，但主要应用于油气田腐蚀性介质的集输管道和注水管道上,目的用于防腐蚀。国内的航空煤油管道，由于对介质的纯度要求。也采用了内涂层技术。取得了很好的经济效益。但我国内涂层减阻技术在天然气管道上的应用较晚，自上世纪60年代中期到西气东输工程之前，我国天然气管道建设虽有了较大的发展，已建成各种管径和输送压力的主干线几千公里，但这些输气管内壁没有采用过内涂层技术。2002年我国在西气东输工程建设中首次应用环氧树脂内减阻技术。经过近20年的发展，我国内涂层减阻涂料技术与国外的差距在逐步缩小，但有关粉末环氧涂料和液体环氧涂料的生产、质量控制、检验等方面与国外相比还存在着一定的差距。尽管这些内减阻涂层材料在油气管道上得到广泛的应用，也取得了较好的经济效益，但一般只从增加管道内壁的光滑程度去解释，很少从管壁的表面性质对流体摩擦阻力的影响来设计内减阻涂层材料。 

研究表明，油气管道输送过程中的沿程阻力主要由流体与管壁之间、流体体相质点之间两部分的摩擦阻力组成。在流体润湿管内壁的条件下，不论流态是层流还是紊流，都存在层流边界层，最大的流速梯度集中在管壁附近，而且形成较大的剪切力，这是油气在管道中流动时阻力的主要来源。而壁面剪切力的大小取决于所输送油气的特性和及其与固体壁面间的相互作用力，管壁与流体分子之间的吸引力越强，由壁面引起的摩擦阻力损失越大。如果在管道内壁喷涂一层低表面能的材料，改变流体对管壁的润湿程度，使流体在边界层管道内壁侧的接触角增大，使其形成疏油表面，减小管壁与蜡晶间的粘附和与原油之间的相互作用力，从而使流动原油在管壁表面形成部分滑移，达到减阻和降低沿程阻力，节省输送油气能耗的目的。 

全氟聚醚是一种具有低表面自由能的聚合物，具有较高的疏水疏油性、较高的耐热稳良定性、抗氧化稳定性、良好的化学惰性和绝缘性。由全氟聚醚树脂制备的涂层具有很低的表面自由能，使涂层表面表现出较高的疏水性和疏油性。利用全氟聚醚对环氧树脂进行改性制备低表面能环氧粉末涂料，用于油气管道内减阻涂层的技术尚未见文献报道。 

发明内容

本发明的目的在于：为了解决现有涂层在减阻技术方面存在的一些问题，本发明提供一种涂层机械性能优异、施工方便而高效具有优异防腐蚀性能和高效减阻性能的环氧粉末涂料及其制备方法。本发明在环氧粉末涂料配方中使用一种结构为CF₃CF₂[CF₂OCF(CF₃)]_nRQ的全氟聚醚改性剂。本发明的原料及配比为：其中n=10-15，R为-CH₂，-CO，-COO等基团，Q为-OH，-N(CH₂CH₂OH)₂, -NHCH₂CH₂NHCH₂CH₂NH₂等不限于以上基团，且R为一桥键，Q为含有一个或多个可与环氧树脂发生交联反应的化学基团的结构。 

本发明将全氟聚醚改性剂与环氧树脂预反应制备氟化环氧树脂，将全氟聚醚改性剂与环氧树脂基粉末涂料直接混合制备氟化环氧粉末涂料。其特征在于氟化环氧粉末涂料是氟化环氧树脂、全氟聚醚改性剂、环氧树脂、流平剂、固化剂、促进剂、脱气剂、颜料、填料，粉末流动促进剂及其它助剂组成的。其特征在于各组分的重量百分比为：氟化环氧树脂5-75%，环氧树脂及其流平固化系统45-80%，促进剂0.1-2%, 脱气剂0.1-0.5%, 颜料1-20%，填料0-30%，粉末流动催进剂0.1-0.2%，其它助剂0.1-1%，所述其它助剂为增硬剂、增电剂、增光剂、消光剂中的一种或混合。 

本发明的制备方法：将环氧树脂、氟化环氧树脂、全氟聚醚改性剂与流平剂的混合分散物加到双螺杆挤出机中挤出、压片、粉碎后，再将粉碎物再次融熔挤出、压片、粉碎，如此重复3-5次制成预分散混合物。挤出机前道熔融温度90℃-110℃，后道熔融温度110℃-130℃，螺杆转速≥300转/分钟，物料混合时间累积60~300s；然后将预分散混合物和固化剂、促进剂、颜料、填料及其他助剂一起经高速混合、挤出、压片、磨粉、筛分制得氟化环氧粉末涂料。 

有益效果：本发明氟化环氧粉末涂料采用静电喷涂方法作用于经喷砂或抛丸、磷化等前处理的钢铁基材上，经180℃-200℃充分固化，自然冷却至室温，放置24小时后测定涂层的性能，涂层厚度50-80μm，涂层耐盐雾实验超过2000小时，户外产品的人工加速老化时间≥1200小时，涂层对水的表面接触角≥120度，对正十六烷烃的接触角≥36度，对甘油的接触角≥130度。其它性能均达到或超过现有国标标准。用于管道内壁，实验室测得对油气减阻率均在25%以上。 

具体实施方式：

下面通过实施案例对本发明作进一步的说明。

实例1：全氟聚醚环氧树脂改性剂（Ⅰ）制备：将平均分子量2100的结构为F₃CF₂[CF₂OCF(CF₃)]_nCOOCH₃（PFPE-1）全氟聚醚与等摩尔的二乙醇胺混合，搅拌条件加热至100℃反应1小时，蒸馏脱去反应生成的小分子甲醇，得到淡黄的色透明液体，红外光谱测试表明产物的结构为： 

     CF₃CF₂[CF₂OCF(CF₃)]_nCON(CH₂CH₂OH)₂（Ⅰ）

实例2：全氟聚醚环氧树脂改性剂（Ⅱ）制备：在反应瓶中加入等摩尔的六氢苯酐和二乙醇胺，加入适量的DMF溶剂，室温下搅拌反应1小时。加入适量的三乙胺和催化剂和含氟有机溶剂，在一定时间内滴加等摩尔的平均分子量为2100的全氟聚醚酰氟，滴加完后，加热至60-80℃反应3小时，再加入等摩尔的六氢苯酐，80-100℃反应2小时。冷却至室温，向反应体系中加入适量的稀盐酸，体系分为两相，分离下层用饱和食盐水洗涤。蒸馏脱去含氟有机溶剂得到淡黄色粘稠透明液体。经红外光谱和核磁共振谱分析，该产物具有如下的结构：

实例3：取604环氧树脂100份，加入5-10份全氟聚醚改性剂（Ⅱ），氮气保护下加热至200℃，搅拌反应2小时，自然冷却至室温，得到氟化环氧树脂。

实例4：

原料                             用量（wt%）

604环氧树脂                       45

氟化环氧树脂                      20

复合固化剂                        8

脱气剂                            0.3

粉末流动促进剂                    0.2

颜填料                            余量

按上述配方制备可得到一种氟化环氧粉末涂料。其涂层的冲击强度102cm，耐盐雾时间≥3000小时，涂层对水的接触角120度，对甘油的接触角126度，对正十六烷的接触角34度。

实例5：

原料                             用量（wt%）

604环氧树脂                       50

全氟聚醚改性剂（Ⅰ）              3

复合固化剂                        8

脱气剂                            0.3

粉末流动促进剂                    0.2

颜填料                            余量

按上述配方制备可得到一种氟化环氧粉末涂料。其涂层的冲击强度102cm，耐盐雾时间≥3000小时，涂层对水的接触角126度，对甘油的接触角130度，对正十六烷的接触角36度。

实例6：

原料                             用量（wt%）

604环氧树脂                       50

全氟聚醚改性剂（Ⅰ）              5

复合固化剂                        8

脱气剂                            0.3

粉末流动促进剂                    0.2

颜填料                            余量

按上述配方制备可得到一种氟化环氧粉末涂料。其涂层的冲击强度100cm，耐盐雾时间≥3000小时，涂层对水的接触角125度，对甘油的接触角130度，对正十六烷的接触角38度。

实例7：

原料                             用量（wt%）

604环氧树脂                       60

全氟聚醚改性剂（Ⅱ）              5

复合固化剂                        8

脱气剂                            0.3

粉末流动促进剂                    0.2

颜填料                            余量

按上述配方制备可得到一种氟化环氧粉末涂料。其涂层的冲击强度100cm，耐盐雾时间≥3000小时，涂层对水的接触角122度，对甘油的接触角128度，对正十六烷的接触角35度。

实例8：

原料                             用量（wt%）

604环氧树脂                       60

全氟聚醚改性剂（Ⅱ）              10

复合固化剂                        8

脱气剂                            0.3

粉末流动促进剂                    0.2

颜填料                            余量

按上述配方制备可得到一种氟化环氧粉末涂料。其涂层的冲击强度100cm，耐盐雾时间≥3000小时，涂层对水的接触角126度，对甘油的接触角132度，对正十六烷的接触角38度。

Claims (1)

1. 氟化环氧油气管道内涂层及其制备方法，其特征在于：该发明各组分的重量百分比为：氟化环氧树脂5-75%，环氧树脂及其流平固化系统45-80%，促进剂0.1-2%, 脱气剂0.1-0.5%, 颜料1-20%，填料0-30%，粉末流动催进剂0.1-0.2%，其它助剂0.1-1%，脱气剂为微蜡粉；填料为超细硫酸钡；粉末流动促进剂为气相二氧化硅会氧化铝C；该发明制备方法：该发明将环氧树脂、氟化环氧树脂、全氟聚醚改性剂与流平剂的混合分散物加到双螺杆挤出机中挤出、压片、粉碎后，再将粉碎物再次融熔挤出、压片、粉碎，如此重复3-5次制成预分散混合物，挤出机前道熔融温度90℃-110℃，后道熔融温度110℃-130℃，螺杆转速≥300转/分钟，物料混合时间累积60~300s；然后将预分散混合物和固化剂、促进剂、颜料、填料及其他助剂一起经高速混合、挤出、压片、磨粉、筛分制得氟化环氧粉末涂料。