CN103509438A - 管道用低温快速固化抗硫化氢无溶剂涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明管道用低温快速固化抗硫化氢无溶剂涂料，是专门为防止硫化氢腐蚀而开发的，包含A、B组份，A组份含有酚醛环氧树脂、氢化双酚A环氧树脂、活性增韧树脂I、活性增韧树脂II、活性稀释剂、流平剂、消泡剂、分散剂、触变剂、磷酸锌、ZAPP、三聚磷酸铝、白陶磁粉和重晶石粉；B组份含有固化剂和固化促进剂；A、B组份按质量比A︰B=3.5～4.5︰1配合使用。所述涂料的制备步骤包括：①配料；②活化；③分散；④研磨；⑤过滤包装。本发明的涂料不含挥发性溶剂，可在80℃、20MPa压力、含4～5%硫化氢的环境中使用，在低于5℃的环境中迅速固化，48小时内达到实干，粘附性好，具有优异的耐土酸腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明涉及化工技术的涂料技术领域，具体地说，是一种管道用低温快速固化抗硫化氢无溶剂涂料及其制备方法。
背景技术
在硫化氢（H2S）含量高的油气田的开采过程中，所用管材会受到含硫天然气的腐蚀，从而对油气田的安全生产形成严重威胁。许多研究表明，干燥的H2S是没有腐蚀性的，只有当硫化氢（H2S）气体中含有一定量的水蒸气时，才表现出它的腐蚀性。如果碳钢或者低合金钢暴露在含硫化氢的环境介质中，因腐蚀而产生的氢侵入钢中会引起氢致开裂（HIC）。这时在钢的表面会出现氢鼓泡，在应力作用下还会发生硫化物应力腐蚀开裂（SSCC）。
有关硫化氢引起事故的报道不胜枚举，例如：1966年某天然气井套管因硫化物应力腐蚀开裂发生井喷造成大爆炸和人员伤亡，致使日产百万立方米的高产气井报废。1971年某天然气管道腐蚀断裂、爆炸，仅第一次爆炸的直接经济损失就达7000万元。2000年广东某石化厂焦化装置由于高温管线硫化物腐蚀发生重大火灾。2003年重庆发生特大含硫化氢、二氧化碳天然气井喷事故，造成200多人死亡。在国外， 1998年美国因硫化氢腐蚀引起事故的总的损失为2757亿美金，其中直接经济损失约为1379亿美元。
为防止硫化氢的腐蚀，人们采取了多种方法。例如，在含硫化氢高的油气田的开发中采用加注缓蚀剂、用抗硫钢材防止油管和集输管线的腐蚀。但是，其缺点是使用不方便并且费用高。因此，选用或发展内层防腐涂料逐步成为控制管道内硫化氢腐蚀的主要技术途径。抗硫化氢腐蚀的管道涂料对于油气田的安全生产，减少事故的发生，避免或减少经济损失都是非常重要的。就目前而言，管道用抗硫化氢内涂层涂料的不足主要是：涂料的结合力低、不能保护油井管丝扣、不适应苛刻的化学环境；此外，还存在易老化、抗高温高压能力的不足的缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种管道用低温快速固化抗硫化氢无溶剂涂料，所述涂料可用于在80℃、20MPa、含4%～5%硫化氢（H2S）的环境中长期使用的钢管内层的防腐涂层，具有低温快速固化的特点，能在低于5℃的环境中迅速固化，在48小时内达到实干，适用于冬季施工；此外，该涂料具有高达20MPa以上的粘附强度，具有优异的耐土酸（氢氟酸与盐酸的混合酸）腐蚀性能。本发明的第二目的是，提供所述管道用低温快速固化抗硫化氢无溶剂涂料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采取了以下技术方案。
一种管道用低温快速固化抗硫化氢无溶剂涂料，其特征是，包含A组份和B组份，各组份原料的质量百分比为：
A组份：
酚醛环氧树脂 20.0～35.0%；
氢化双酚A环氧树脂 5.0～10.0%；
活性增韧树脂I 2.0～6.0%；
活性增韧树脂II 1.0～5.0%；
活性稀释剂 3.0～6.0%；
流平剂 0.2～0.5%；
消泡剂 0.2～0.5%；
分散剂 0.4～0.8%；
触变剂 0.2～1.0%；
磷酸锌 5.0～10.0%；
ZAPP 0.5～2.0%；
三聚磷酸铝 3.0～8.0%；
白陶磁粉 9.8～19.4%；
重晶石粉 2.0～5.0%；
B组份：
固化剂 10.0～25.0%；
固化促进剂 0.5～1.0%；
所述的A组份与B组份按质量比A:B = 3.5～4.5︰1配合使用。
进一步，所述活性增韧树脂I为高丙烯腈含量的液态弹性体改性高官能度的酚醛环氧树脂。
进一步，所述活性增韧树脂II为端羧基丁腈橡胶。
可选的，所述的活性稀释剂为多官能团的缩水甘油醚树脂、环氧丙烷丁基醚或丙三醇二缩水甘油醚中的一种或两种的混合，具有良好的稀释作用并且对涂膜具有增韧作用。
可选的，所述的流平剂为有机硅类BYK 320；所述的消泡剂为含有机硅类的BYK A-530消泡剂；所述的分散剂为BYK P-104S。
可选的，所述的触变剂为聚酰胺蜡类。
进一步，所述的ZAPP是一种多磷酸铝锌水合物。
进一步，所述固化剂为酚醛改性胺的环氧树脂固化剂。
可选的，所述的固化促进剂为DMP30。
一种管道用低温快速固化抗硫化氢无溶剂涂料的制备方法，其特征是，其具体步骤为：
（1）配料
包含A组份和B组份，按以下A组份和B组份原料的质量百分比进行配料：
A组份：
酚醛环氧树脂 20.0～35.0%；
氢化双酚A环氧树脂 5.0～10.0%；
活性增韧树脂I 2.0～6.0%；
活性增韧树脂II 1.0～5.0%；
活性稀释剂 3.0～6.0%；
流平剂 0.2～0.5%；
消泡剂 0.2～0.5%；
分散剂 0.4～0.8%；
触变剂 0.5～2.0%；
磷酸锌 5.0～10.0%；
ZAPP 0.5～2.0%；
三聚磷酸铝 3.0～8.0%；
白陶磁粉 9.8～19.4%；
重晶石粉 2.0～5.0%；
B组份：
固化剂 10.0～25.0%；
固化促进剂 0.5～1.0%；
（2）活化
先将60℃水放入拉缸中，再投入酚醛环氧树脂，启动分散机按300～600转/分钟的转速进行搅拌，边搅拌边加入触变剂，以1000～1200转/分钟的转速分散20～30分钟，保持温度为60℃；分散完成后缓慢将温度降低至室温；
（3）分散
将步骤（1）配好的A组份的其他原料依次加入所述拉缸中，启动分散机按300～600转/分钟的转速进行搅拌，边搅拌边加入原料；
原料添加完毕后，按1000～1200转/分钟的转速搅拌30～50分钟，获得分散的A组份混合料；
（4）研磨
将步骤（3）获得的A组份混合料放入砂磨机中进行砂磨，细度达到50微米以下；
B组份不需要研磨，只需按配方比例配料并以300～600转/分钟的转速搅拌40～60分钟即可；
（5）过滤包装
将砂磨后的A组份混合料放入成品釜中，开启搅拌机进行搅拌，在出口处设置过滤网，边过滤边进行产品包装；
将A组份与B组份分开包装。
本发明的积极效果是：
（1）本发明的管道用低温快速固化抗硫化氢无溶剂涂料可用于在80℃、20MPa压力、含4%～5%硫化氢的环境中长期使用的钢管内层的防腐涂层。
（2）通过酚醛环氧树脂以及氢化双酚A环氧树脂的复合使用，提高了环氧官能度，使该涂料具有低温快速固化的性能特点，在低于5℃的环境中可迅速固化，在48小时之内达到实干，适用于冬季施工。
（3）通过两种增韧剂的复合使用，赋予该涂料极强的粘附性，强度高达20MPa以上。
（4）该涂料具有优异的耐土酸腐蚀性能，可在土酸溶液中浸泡1个月不起泡、不脱落。
（5）由于该涂料不含任何可挥发性溶剂，可消除涂层针孔现象，提高抗渗透性、耐磨性和耐腐蚀性能；可消除对施工人员造成的身体伤害和减少施工现场发生火灾的危险，可减少通风设备的使用，能避免因溶剂挥发而造成的资源浪费，减少对环境的影响，因而具有推广应用的前景。
具体实施方式
以下给出本发明管道用低温快速固化抗硫化氢无溶剂涂料的具体实施方式，给出3个实施例。但是应当指出，本发明的实施不限于以下的实施方式。
实施例1
一种管道用低温快速固化抗硫化氢无溶剂涂料的制备方法，其具体步骤为：
（1）配料
包含A组份和B组份，各组份原料的质量百分比为：
A组份：
酚醛环氧树脂 20.0%，采用台湾南亚公司型号为NPPN-631的树脂；
氢化双酚A环氧树脂 10.0%，采用CVC公司型号为EPALLOY 5000的树脂；
活性增韧树脂I 2.0%，为高丙烯腈含量的液态弹性体改性高官能度的酚醛环氧树脂，采用CVC公司型号为HyPox RF928的树脂；
端羧基丁腈橡胶 5.0%，采用CVC公司型号为CTBN1300X8的树脂；
活性稀释剂 6.0%，采用上海树脂厂生产的多官能团缩水甘油醚树脂；
流平剂 0.2%，采用德国毕克化学助剂公司型号为BYK320的产品；
消泡剂 0.5%，采用德国毕克化学助剂公司型号为BYK A-530的产品；
分散剂 0.4%，采用德国毕克化学助剂公司型号为BYK P-104S的产品；
触变剂（聚酰胺蜡类）2.0%，采用帝斯巴隆公司型号为6650的产品；
磷酸锌 10.0%，采用上海一品颜料有限公司的产品；
ZAPP（多磷酸铝锌水合物）0.5%，采用heubach公司的产品；
三聚磷酸铝 8.0%，采用上海一品颜料有限公司的产品；
白陶磁粉 19.4%，采用上海汇精亚纳米材料有限公司的产品；
重晶石粉 5.0%，采用上海井竹化工公司的产品；
B组份：
固化剂 10.0%，为酚醛改性胺的环氧树脂固化剂，采用杜耳化工公司型号为D2243的产品；
固化促进剂 1.0%，采用杜耳化工公司型号为DMP-30的产品。
所述涂料在使用时A组份与B组份按质量比A:B=3.5:1配合使用。
（2）活化
先将60℃水放入拉缸中，再投入酚醛环氧树脂，启动分散机按300转/分钟的转速进行搅拌，边搅拌边加入触变剂，以1000转/分钟的转速分散30分钟，保持温度为60℃；分散完成后缓慢将温度降低至室温。
（3）分散
将步骤（1）配好的A组份的其他原料依次加入所述拉缸中，启动分散机按300转/分钟的转速进行搅拌，边搅拌边加入原料；
原料添加完毕后，按1000转/分钟的转速搅拌50分钟，获得分散的A组份混合料。
（4）研磨
将步骤（3）获得的A组份混合料放入砂磨机中进行砂磨，细度要达到50微米以下；
B组份不需要研磨，只需按配方比例配料并以300转/分钟的转速搅拌60分钟即可。
（5）过滤包装
将砂磨后的A组份混合料放入成品釜中，开启搅拌机进行搅拌，在出口处设置过滤网，边过滤边进行产品包装；
将A组份与B组份分开包装。
实施例2
一种管道用低温快速固化抗硫化氢无溶剂涂料的制备方法，其具体步骤为：
（1）配料
包含A组份和B组份，各组份原料的质量百分比为：
酚醛环氧树脂 35.0%；
氢化双酚A环氧树脂 5.0%；
活性增韧树脂I 6.0%；
端羧基丁腈橡胶 1.0%；
丙三醇二缩水甘油醚 3.0%；
流平剂 0.5%；
消泡剂 0.2%；
分散剂 0.8%；
触变剂 0.5%；
磷酸锌 5.0%；
ZAPP 2.0%；
三聚磷酸铝 3.0%；
白陶磁粉 10.5%；
重晶石粉 2.0%；
B组份：
固化剂 25.0%；
固化促进剂 0.5%。
所述涂料在使用时A组份与B组份按质量比A:B=4.0:1配合使用。
（2）活化
先将60℃水放入拉缸中，再投入酚醛环氧树脂，启动分散机按600转/分钟的转速进行搅拌，边搅拌边加入触变剂，以1200转/分钟的转速分散20分钟，保持温度为60℃；分散完成后缓慢将温度降低至室温。
（3）分散
将步骤（1）配好的A组份的其他原料依次加入所述拉缸中，启动分散机按600转/分钟的转速进行搅拌，边搅拌边加入原料；
原料添加完毕后，按1200转/分钟的转速搅拌30分钟，获得分散的A组份混合料。
（4）研磨
将步骤（3）获得的A组份混合料放入砂磨机中进行砂磨，细度要达到50微米以下；
B组份不需要研磨，只需按配方比例配料并以600转/分钟的转速搅拌40分钟即可。
（5）（同实施例1）。
实施例3
一种管道用低温快速固化抗硫化氢无溶剂涂料的制备方法，其具体步骤为：
（1）配料
包含A组份和B组份，各组份原料的质量百分比为：
酚醛环氧树脂 30.0%；
氢化双酚A环氧树脂 8.0%；
活性增韧树脂I 4.0%；
端羧基丁腈橡胶 4.0%；
环氧丙烷丁基醚与丙三醇二缩水甘油醚中的混合剂（1︰1） 4.0%；
流平剂 0.3%；
消泡剂 0.3%；
分散剂 0.6%；
触变剂 1.2%；
磷酸锌 8.0%；
ZAPP 1.0%；
三聚磷酸铝 5.0%；
白陶磁粉 9.8%；
重晶石粉 3.0%；
B组份：
固化剂 20.0%；
固化促进剂 0.8%。
所述涂料在使用时A组份与B组份按质量比A:B=4.5:1配合使用。
步骤（2）-（5）的制备步骤同实施例1或实施例2。
本发明在具体实施中制备的管道用低温快速固化抗硫化氢无溶剂涂料及涂层的性能指标见下表。
表1. 管道用低温快速固化抗硫化氢无溶剂涂料及涂层的性能指标
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种管道用低温快速固化抗硫化氢无溶剂涂料，其特征在于，包含A组份和B组份，各组份原料的质量百分比为：
A组份：
酚醛环氧树脂 20.0～35.0%；
氢化双酚A环氧树脂 5.0～10.0%；
活性增韧树脂I 2.0～6.0%；
活性增韧树脂II 1.0～5.0%；
活性稀释剂 3.0～6.0%；
流平剂 0.2～0.5%；
消泡剂 0.2～0.5%；
分散剂 0.4～0.8%；
触变剂 0.2～1.0%；
磷酸锌 5.0～10.0%；
ZAPP 0.5～2.0%；
三聚磷酸铝 3.0～8.0%；
白陶磁粉 9.8～19.4%；
重晶石粉 2.0～5.0%；
B组份：
固化剂 10.0～25.0%；
固化促进剂 0.5～1.0%；
所述A组份与B组份按质量比A:B=3.5～4.5︰1配合使用。
2.根据权利要求1所述的管道用低温快速固化抗硫化氢无溶剂涂料，其特征在于，所述活性增韧树脂I为高丙烯腈含量的液态弹性体改性高官能度的酚醛环氧树脂。
3.根据权利要求1所述的管道用低温快速固化抗硫化氢无溶剂涂料，其特征在于，所述活性增韧树脂II为端羧基丁腈橡胶。
4.根据权利要求1所述的管道用低温快速固化抗硫化氢无溶剂涂料，其特征在于，所述活性稀释剂为多官能团的缩水甘油醚树脂、环氧丙烷丁基醚或丙三醇二缩水甘油醚中的一种或两种的混合。
5.根据权利要求1所述的管道用低温快速固化抗硫化氢无溶剂涂料，其特征在于，所述的流平剂为有机硅类BYK 320；所述的消泡剂为含有机硅类的BYK A-530消泡剂；所述的分散剂为BYK P-104S。
6.根据权利要求1所述的管道用低温快速固化抗硫化氢无溶剂涂料，其特征在于，所述的触变剂为聚酰胺蜡类。
7.根据权利要求1所述的管道用低温快速固化抗硫化氢无溶剂涂料，其特征在于，所述的ZAPP是一种多磷酸铝锌水合物。
8.根据权利要求1所述的管道用低温快速固化抗硫化氢无溶剂涂料，其特征在于，所述固化剂为酚醛改性胺的环氧树脂固化剂。
9.根据权利要求1所述的管道用低温快速固化抗硫化氢无溶剂涂料，其特征在于，所述的固化促进剂为DMP30。
10.一种如权利要求1所述的管道用低温快速固化抗硫化氢无溶剂涂料的制备方法，其特征在于，其具体步骤为：
（1）配料
包含A组份和B组份，按以下A组份和B组份原料的质量百分比进行配料：
A组份：
酚醛环氧树脂 20.0～35.0%；
氢化双酚A环氧树脂 5.0～10.0%；
活性增韧树脂I 2.0～6.0%；
活性增韧树脂II 1.0～5.0%；
活性稀释剂 3.0～6.0%；
流平剂 0.2～0.5%；
消泡剂 0.2～0.5%；
分散剂 0.4～0.8%；
触变剂 0.5～2.0%；
磷酸锌 5.0～10.0%；
ZAPP 0.5～2.0%；
三聚磷酸铝 3.0～8.0%；
白陶磁粉 9.8～19.4%；
重晶石粉 2.0～5.0%；
B组份：
固化剂 10.0～25.0%；
固化促进剂 0.5～1.0%；
（2）活化
先将60℃水放入拉缸中，再投入酚醛环氧树脂，启动分散机按300～600转/分钟的转速进行搅拌，边搅拌边加入触变剂，以1000～1200转/分钟的转速分散20～30分钟，保持温度为60℃；分散完成后缓慢将温度降低至室温；
（3）分散
将步骤（1）配好的A组份的其他原料依次加入所述拉缸中，启动分散机按300～600转/分钟的转速进行搅拌，边搅拌边加入原料；
原料添加完毕后，按1000～1200转/分钟的转速搅拌30～50分钟，获得分散的A组份混合料；
（4）研磨
将步骤（3）获得的A组份混合料放入砂磨机中进行砂磨，细度达到50微米以下；
B组份不需要研磨，只需按配方比例配料并以300～600转/分钟的转速搅拌40～60分钟即可；
（5）过滤包装
将砂磨后的A组份混合料放入成品釜中，开启搅拌机进行搅拌，在出口处设置过滤网，边过滤边进行产品包装；
将A组份与B组份分开包装。
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