CN104893639A - 一种管道应急堵漏材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管道应急堵漏材料，由下列重量百分数的组分组成：环氧树脂45～50％；增韧剂：2～5％；纳米材料0～2％；稀释剂3～20％；偶联剂0～5％；填料25～80％；固化剂5～40％；促进剂0～4％。本发明的管道应急堵漏材料耐热性和剪切强度满足管道堵漏胶粘剂要求，并且凝结硬化快、粘接能力强、耐介质性能优良、施工操作方便。可以室温固化并且固化速度快，因此能够简化作业环节，由于工艺简单，尤其适合野外管道堵漏作业。
Description
技术领域
本发明涉及一种管道应急堵漏材料，属于化工新材料或高分子材料。
背景技术
管道一旦发生泄漏，除了介质流失直接带来经济损失，还可能造成环境污染，产生安全隐患以及其它社会负面影响。目前，室温快速固化环氧胶因固化快、强度高、耐久性好、储存稳定、粘接材料广泛等一系列优点，在航空航天、汽车、轮船、机械制造、电子等工业以及日常生活中得到广泛应用，是一种国内急需、不可替代的化工材料。国外自20世纪70年代初开始研制，到90年代中期已有近百个品种，其中5min固化的品种占多数。主要生产厂商有瑞士Ciba-Geigy公司，美国的Dvecon公司和德国的Henkel公司。这些胶的甲组分为环氧树脂或改性环氧树脂；乙组分为固化剂，按反应机制主要有两大类型，一是硫醇端基型，另一是伯胺端基型，两型固化剂中均需加入叔胺或引入叔胺链节作催化剂。与国外相比，国内现有环氧快固胶不仅品种少，而且性能差，主要表现在凝胶时间长、强度低、韧性差、配比要求严格，使其应用受到限制。
目前现有的堵漏材料具有下列缺点：
①性能差，只有几个牌号的胶粘剂室温剪切强度可达18MPa。②品种少，高剪切强度和室温下可快速固化的品种稀少，市售室温固化胶粘剂只有少数几种。现阶段的室温固化环氧胶粘剂的出现为环氧胶粘剂拓展应用范围提供了巨大的帮助，但是目前国内大多数的该类产品室温剪切强度都小于20MPa，200℃及以上剪切强度就更低，且都较脆。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对堵漏材料力学性能不够好的问题，提供一种新型室温固化耐介质环氧胶粘剂，该环氧胶粘剂剪切强度均满足结构胶粘剂要求，韧性较好、耐水油介质、能快速固化，并且原料都是市场上常见的产品，简单易得，成本较低。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的管道应急堵漏材料，由下列重量百分数的组分组成：环氧树脂45～50％；增韧剂：2～5％；纳米材料0～2％；稀释剂3～20％；偶联剂0～5％；填料25～80％；固化剂5～40％；促进剂0～4％。
所述环氧树脂为E-44或E-51中的一种。
增韧剂为聚氨酯。可以增加环氧树脂固化物的韧性，提高冲击强度和耐磨性，增高环氧胶粘剂的耐热剥离强度和剪切强度。
所述纳米材料选自纳米二氧化钛、气象白炭黑、纳米氧化铝中的一种。
所述稀释剂是活性单环氧基稀释剂。其作用是降低体系粘度，使操作容易，并且活性稀释剂能够参与固化反应，加速固化。
所述的偶联剂是硅烷偶联剂KH560、或硅烷偶联剂KH550中的一种或几种。
填料选自于滑石粉、硅藻土、水泥粉、石英砂、氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、云母粉、炭黑、硅微粉、沉淀硫酸钡中的一种或几种。
所述固化剂是改性酚醛类固化剂。能够超快固化，硬度上升速度快，韧性好。
促进剂选自DMP-30、苯酚、低分子聚酰胺650、低分子聚酰胺651中一种或几种。
本发明的应急堵漏材料时，搅拌分散均匀后直接使用即可。本发明使该胶粘剂的固化速度加快，剪切性能增强，同时所用基体树脂为通常的双酚A型环氧树脂E-44，来源容易，市面易购且使用方便。发明中剪切强度是指：室温固化后进行剪切强度测试所得的结果，用万能电子试验机测定。
本发明的有益效果：
本发明的管道应急堵漏材料耐热性和剪切强度满足管道堵漏胶粘剂要求，并且凝结硬化快、粘接能力强、耐介质性能优良、施工操作方便。可以室温固化并且固化速度快，因此能够简化作业环节。由于工艺简单，尤其适合野外管道堵漏作业。
堵漏材料综合性能优良，具有良好的耐水、耐油性能，因此具有广阔的使用范围。
本应急堵漏胶粘剂为单组份胶粘剂，不需要进行复配。
说明书附图
图1气象白炭黑含量不同的样品适用性测试。
图2 AGE含量不同的样品适用性测试。
图3 KH560含量不同的样品适用性测试。
图4滑石粉含量不同的样品适用性测试。
图5固化剂含量不同的样品适用性测试。
图6 DMP-30含量不同的样品适用性测试。
具体实施方式
堵漏材料的性能测试主要有以下几种。本发明的实施例中将每个配制好的胶粘剂样品做3个相同的待测试样品进行测试。
1.胶粘剂拉伸剪切性能测试：待胶粘剂干透后在拉力试验机上进行测试。
2.胶粘剂适用性测试：成品胶粘剂超过适宜存放期后，其黏度可能发生明显变化，而影响使用性能。
由中石化对于泄漏点的技术规定：
下列情况为一类作业
泄漏点温度：常温～300℃(含300℃)。
泄漏点压力：真空～4MPa(含4MPa)。
泄漏介质：空气、水、水蒸汽、油类、酸、碱、苯、联苯以及其它毒性危害程度为中度以下的介质。
泄漏量：一处泄漏当量直径小于5毫米。
泄漏部位：法兰公称直径小于600毫米的法兰密封面泄漏，管道、阀门泄漏部位在地面或有围栏的固定平台处作业。所以将4MPa作为分界点。
3.胶粘剂耐高温性能测试：热重分析(TG)
由中石化对于泄漏点的技术规定：
下列情况为一类作业
泄漏点温度：常温～300℃(含300℃)。
泄漏点压力：真空～4MPa(含4MPa)。
泄漏介质：空气、水、水蒸汽、油类、酸、碱、苯、联苯以及其它毒性危害程度为中度以下的介质。
泄漏量：一处泄漏当量直径小于5毫米。
泄漏部位：法兰公称直径小于600毫米的法兰密封面泄漏，管道、阀门泄漏部位在地面或有围栏的固定平台处作业。
4.胶粘剂耐介质性能测试：
针对输油管道，取93#汽油(记作Q-)及柴油(记作C-)为介质。
实施例1部分为填料筛选：
实施例1-1
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0.1％；活性单环氧基稀释剂5％；硅烷偶联剂KH560 1.5％；滑石粉25％；改性酚醛胺类固化剂15％；DMP-30 1％。
实施例1-2
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0.1％；活性单环氧基稀释剂5％；硅烷偶联剂KH560 1.5％；硅藻土25％；改性酚醛胺类固化剂15％；DMP-30 1％。
实施例1-3
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0.1％；活性单环氧基稀释剂5％；硅烷偶联剂KH560 1.5％；水泥粉25％；改性酚醛胺类固化剂15％；DMP-30 1％。
实施例1-4
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0.1％；活性单环氧基稀释剂5％；硅烷偶联剂KH560 1.5％；石英砂25％；改性酚醛胺类固化剂15％；DMP-30 1％。
上述所用填料不同的实施例拉伸剪切性能测试
由上表可以看出，填料选择滑石粉的效果最好。
实施例2为不同量的气象自炭黑：
实施例2-1
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0％；活性单环氧基稀释剂5％；硅烷偶联剂KH560 1.5％；滑石粉25％；改性酚醛胺类固化剂15％；DMP-30 1％。
实施例2-2
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0.5％；活性单环氧基稀释剂5％；硅烷偶联剂KH560 1.5％；滑石粉25％；改性酚醛胺类固化剂15％；DMP-30 1％。
实施例2-3
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑1％；活性单环氧基稀释剂5％；硅烷偶联剂KH560 1.5％；滑石粉25％；改性酚醛胺类固化剂15％；DMP-30 1％。
实施例2-4
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑1.5％；活性单环氧基稀释剂5％；硅烷偶联剂KH560 1.5％；滑石粉25％；改性酚醛胺类固化剂15％；DMP-30 1％。
实施例2-5
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑2％；活性单环氧基稀释剂5％；硅烷偶联剂KH560 1.5％；滑石粉25％；改性酚醛胺类固化剂15％；DMP-30 1％。
所用气象白炭黑用量不同的实施例拉伸剪切性能测试
气象白炭黑添加量为1份时胶粘剂拉伸剪切性能最好。
(2)适用性测试
由图1可以看出，气象白炭黑的最佳添加量应为1phr～1.5phr。
(3)耐热性测试
气象白炭黑含量不同时耐高温性能测试
| 气象白炭黑含量(phr) | 开始分解反应温度(℃) |
| 0 | 367.98 |
| 0.5 | 372.36 |
| 1.0 | 379.09 |
| 1.5 | 378.37 |
| 2.0 | 383.61 |
(4)耐介质测试
气象白炭黑含量不同的样品耐介质性能测试
当气象白炭黑添加量大于1phr时，所配制的胶粘剂的耐介质性能较好。
实施例3为不同量的活性稀释剂：
实施例3-1
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0.1％；活性单环氧基稀释剂5％；硅烷偶联剂KH560 1.5％；滑石粉25％；改性酚醛胺类固化剂15％；DMP-30 1％。
实施例3-2
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0.1％；活性单环氧基稀释剂10％；硅烷偶联剂KH560 1.5％；滑石粉25％；改性酚醛胺类固化剂15％；DMP-30 1％。
实施例3-3
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0.1％；活性单环氧基稀释剂12％；硅烷偶联剂KH560 1.5％；滑石粉25％；改性酚醛胺类固化剂15％；DMP-30 1％。
实施例3-4
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0.1％；活性单环氧基稀释剂15％；硅烷偶联剂KH560 1.5％；滑石粉25％；改性酚醛胺类固化剂15％；DMP-30 1％。
实施例3-5
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0.1％；活性单环氧基稀释剂20％；硅烷偶联剂KH560 1.5％；滑石粉25％；改性酚醛胺类固化剂15％；DMP-30 1％。
所用活性稀释剂用量不同的实施例拉伸剪切性能测试
稀释剂AGE添加量为15份时胶粘剂拉伸剪切性能最好。
AGE所用的量不同时所作测试
(2)适用性测试
由图2可以看出，AGE添加量为12～15phr的胶粘剂性能较好。
(3)耐高温性能测试
AGE含量不同时耐高温性能测试
| AGE含量 | 开始分解反应温度(℃) |
| 5 | 371.93 |
| 10 | 374.52 |
| 12 | 364.02 |
| 15 | 372.36 |
| 20 | 370.91 |
添加量为10phr的胶粘剂耐热性稍微好一点，但各个添加量都达到了300℃的要求。
(4)耐介质测试
表3-23 AGE含量不同的样品耐介质性能测试
当AGE添加量为12～15phr时，所配制的胶粘剂的耐介质性能较好
实施例4为不同量的硅烷偶联剂：
实施例4-1
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0.1％；活性单环氧基稀释剂5％；硅烷偶联剂KH560 1％；滑石粉25％；改性酚醛胺类固化剂15％；DMP-30 1％。
实施例4-2
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0.1％；活性单环氧基稀释剂5％；硅烷偶联剂KH560 2％；滑石粉25％；改性酚醛胺类固化剂15％；DMP-30 1％。
实施例4-3
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0.1％；活性单环氧基稀释剂5％；硅烷偶联剂KH560 3％；滑石粉25％；改性酚醛胺类固化剂15％；DMP-30 1％。
实施例4-4
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0.1％；活性单环氧基稀释剂5％；硅烷偶联剂KH560 4％；滑石粉25％；改性酚醛胺类固化剂15％；DMP-30 1％。
实施例4-5
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0.1％；活性单环氧基稀释剂5％；硅烷偶联剂KH560 5％；滑石粉25％；改性酚醛胺类固化剂15％；DMP-30 1％。
所用KH-560用量不同的实施例拉伸剪切性能测试
KH-560添加量为3份时胶粘剂拉伸剪切性能最好。
KH560所用的量不同时所作测试
(2)适用性测试
由图3可以看出，添加量为3～4phr时胶粘剂适用性最好。
3)耐高温性能测试
KH560含量不同时耐高温性能测试
| KH560含量 | 开始分解反应温度(℃) |
| 1 | 364.59 |
| 2 | 363.65 |
| 3 | 372.36 |
| 4 | 363.15 |
| 5 | 361.25 |
各个添加量都达到了300℃的要求。
(4)耐介质性能测试
含量不同的样品耐介质性能测试
用KH-560为3和4phr的样品耐介质性能好，因此偶联剂KH-560的最佳添加量为3～4phr。
实施例5为不同量的滑石粉填料：
实施例5-1
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0.1％；活性单环氧基稀释剂5％；硅烷偶联剂KH560 1.5％；滑石粉40％；改性酚醛胺类固化剂15％；DMP-30 1％。
实施例5-2
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0.1％；活性单环氧基稀释剂5％；硅烷偶联剂KH560 1.5％；滑石粉55％；改性酚醛胺类固化剂15％；DMP-30 1％。
实施例5-3
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0.1％；活性单环氧基稀释剂5％；硅烷偶联剂KH560 1.5％；滑石粉60％；改性酚醛胺类固化剂15％；DMP-30 1％。
实施例5-4
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0.1％；活性单环氧基稀释剂5％；硅烷偶联剂KH560 1.5％；滑石粉70％；改性酚醛胺类固化剂15％；DMP-30 1％。
实施例5-5
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0.1％；活性单环氧基稀释剂5％；硅烷偶联剂KH560 1.5％；滑石粉80％；改性酚醛胺类固化剂15％；DMP-30 1％。
滑石粉用量不同的实施例拉伸剪切性能测试
滑石粉添加量为70份时胶粘剂拉伸剪切性能最好。
滑石粉填料所用的量不同时所作测试
(2)适用性测试
由图4可以看出，滑石粉添加量为70phr时胶粘剂适用性和抗剪切强度都最好
(3)耐高温性能测试
滑石粉含量不同时耐高温性能测试
| 滑石粉含量(phr) | 开始分解反应温度(℃) |
| 40 | 361.15 |
| 50 | 372.36 |
| 60 | 371.45 |
| 70 | 374.33 |
| 80 | 380.91 |
滑石粉添加量为80phr的耐高温性能最好，但每个配方都达到了300℃的最低要求。
4)耐介质测试
滑石粉含量不同的样品耐介质性能测试
综合其抗剪切强度来看，所用滑石粉用量为70phr的样品综合性能明显高于其它添加量的样品。
实施例6为不同量的固化剂：
实施例6-1
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0.1％；活性单环氧基稀释剂5％；硅烷偶联剂KH560 1.5％；滑石粉25％；改性酚醛胺类固化剂20％；DMP-30 1％。
实施例6-2
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0.1％；活性单环氧基稀释剂5％；硅烷偶联剂KH560 1.5％；滑石粉25％；改性酚醛胺类固化剂25％；DMP-30 1％。
实施例6-3
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0.1％；活性单环氧基稀释剂5％；硅烷偶联剂KH560 1.5％；滑石粉25％；改性酚醛胺类固化剂30％；DMP-30 1％。
实施例6-4
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0.1％；活性单环氧基稀释剂5％；硅烷偶联剂KH560 1.5％；滑石粉25％；改性酚醛胺类固化剂35％；DMP-30 1％。
实施例6-5
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0.1％；活性单环氧基稀释剂5％；硅烷偶联剂KH560 1.5％；滑石粉25％；改性酚醛胺类固化剂40％；DMP-30 1％。
所用固化剂用量不同的实施例拉伸剪切性能测试
固化剂添加量为30份时胶粘剂拉伸剪切性能最好。
固化剂所用的量不同时所作测试
(2)适用性测试
由图5可以看出，30phr～35phr时胶粘剂性能最优。
(3)耐高温性能测试
固化剂含量不同时耐高温性能测试
| 固化剂含量(phr) | 开始分解反应温度(℃) |
| 20 | 370.49 |
| 25 | 372.36 |
| 30 | 367.88 |
| 35 | 374.32 |
| 40 | 377.19 |
各个添加量都达到了300℃的要求。
(4)耐介质测试
固化剂含量不同的样品耐介质性能测试
固化剂添加量为30phr时胶粘剂的耐介质性能最好
实施例7为不同量的DMP-30：
实施例7-1
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0.1％；活性单环氧基稀释剂5％；硅烷偶联剂KH560 1.5％；滑石粉25％；改性酚醛胺类固化剂5％；DMP-30 0％。
实施例7-2
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0.1％；活性单环氧基稀释剂5％；硅烷偶联剂KH560 1.5％；滑石粉25％；改性酚醛胺类固化剂5％；DMP-30 1％。
实施例7-3
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0.1％；活性单环氧基稀释剂5％；硅烷偶联剂KH560 1.5％；滑石粉25％；改性酚醛胺类固化剂5％；DMP-30 2％。
实施例7-4
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0.1％；活性单环氧基稀释剂5％；硅烷偶联剂KH560 1.5％；滑石粉25％；改性酚醛胺类固化剂5％；DMP-30 3％。
实施例7-5
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑0.1％；活性单环氧基稀释剂5％；硅烷偶联剂KH560 1.5％；滑石粉25％；改性酚醛胺类固化剂5％；DMP-30 4％。
所用DMP-30用量不同的实施例拉伸剪切性能测试
促进剂DMP-30添加量为3份时胶粘剂拉伸剪切性能最好。
DMP-30所用的量不同时所作测试
(2)适用性测试
图6可以看出，DMP-30添加量为3～4phr的胶粘剂性能较好。
(3)耐高温测试
DMP-30含量不同时耐高温性能测试
| DMP-30含量(phr) | 开始分解反应温度(℃) |
| 0 | 368.45 |
| 1 | 361.83 |
| 2 | 372.36 |
| 3 | 369.25 |
| 4 | 371.08 |
DMP-30添加量对胶粘剂耐高温性能影响不大，但每个添加量都达到了300℃的要求。
(4)耐介质测试
DMP-30含量不同的样品耐介质性能测试
DMP-30添加量为3～4phr时，所配制的胶粘剂的耐介质性能较好。
实施例8
组分和配比为：环氧树脂E-44 50％；聚氨酯：2.5％；气象白炭黑1％；活性单环氧基稀释剂15％；硅烷偶联剂KH560 3％；滑石粉70％；改性酚醛胺类固化剂30％；DMP-30 3％。
测试结果如下：
拉伸剪切性能测试的结果是：12.78。
适用性测试的的结果是：35～40。
耐高温性能测试的开始分解反应温度是：375.21。
耐介质性能测试的抗剪切强度值(Mpa)是：汽油8.83 柴油9.24。
Claims (9)
1.一种管道应急堵漏材料，其特征在于，由下列重量百分数的组分组成：环氧树脂45～50％；增韧剂：2～5％；纳米材料0～2％；稀释剂3～20％；偶联剂0～5％；填料25～80％；固化剂5～40％；促进剂0～4％。
2.根据权利要求1所述的管道应急堵漏材料，其特征在于，所述环氧树脂为E-44或E-51中的一种。
3.根据权利要求1所述的管道应急堵漏材料，其特征在于，增韧剂为聚氨酯。
4.根据权利要求1所述的管道应急堵漏材料，其特征在于，纳米材料选自纳米二氧化钛、气象白炭黑、纳米氧化铝中的一种。
5.根据权利要求1所述的管道应急堵漏材料，其特征在于，所述稀释剂是活性单环氧基稀释剂。
6.根据权利要求1所述的管道应急堵漏材料，其特征在于，所述的偶联剂是硅烷偶联剂KH560、或硅烷偶联剂KH550中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的管道应急堵漏材料，其特征在于，填料选自于滑石粉、硅藻土、水泥粉、石英砂、氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、云母粉、炭黑、硅微粉、沉淀硫酸钡中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的管道应急堵漏材料，其特征在于，所述固化剂是改性酚醛类固化剂。
9.根据权利要求1所述的管道应急堵漏材料，其特征在于，促进剂选自DMP-30、苯酚、低分子聚酰胺650、低分子聚酰胺651中一种或几种。
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