CN106590359A - 一种含纳米钻石烯的管道内防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种含纳米钻石烯的管道内防腐涂料，由A组分和B组分混合而成，A组分和B组分的重量比为1‑6:1，所述A组分由以下重量份的原料组成：环氧树脂35‑65份、纳米钻石烯1‑10份、防锈颜料5‑15份、无机填料5‑20份、分散剂0.1‑2份、防沉剂0.01‑0.2份、消泡剂0.01‑0.1份、流平剂0.5‑3份、去离子水5‑20份；所述B组分由以下重量份的原料组成：固化剂75‑90份、助溶剂1‑5份、去离子水5‑20份，同时提供其相应的制备方法。本发明的防腐涂料为水性防腐涂料，加入纳米钻石烯，增强了涂料的机械强度、附着力、耐久性、抗渗性等性能，且涂料形成的漆膜光滑度高，利于较少管道输送时的阻力，提高输送效率、降低生产成本。

Description

一种含纳米钻石烯的管道内防腐涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及防腐涂料技术领域，具体涉及一种含纳米钻石烯的管道内防腐涂料及其制备方法。

背景技术

随着社会的发展，我国对油气的需求量日益增多，而目前油气高效、经济的运输方式是采用管道运输。管道的材质有碳钢、不锈钢、有色金属及合金、玻璃钢、塑料、橡胶、混凝土等，从材料性能、生产成本和使用环境等方面综合因素考虑，目前，输油管道大部分是由碳钢或低合金钢制成，但输油管道大多埋于地下，腐蚀损坏是其最大难题，钢制输油管道的腐蚀不仅发生在管道外表面，由于管道内输送的原油中含有大量的侵蚀性物质、少量的水分、溶解氧和细菌等，易引起管道内部腐蚀。

目前，管道内防腐通常采用内涂层法，涂层按其材质不同可以分为无机非金属涂层和有机涂层，无机非金属涂层包括陶瓷涂层、搪瓷涂层和玻璃涂层等，该种类型的涂层具有好的耐腐蚀性、抗老化性和抗温变性，但其不足在于，涂层孔隙大、韧性差，而且成本较高，导致其应用范围很小。有机涂层根据基体的不同可分为聚烯烃型、醇酸型和环氧树脂型等，而由于环氧树脂具有附着力强、耐腐蚀性好等特点，因此，以环氧树脂为基料生产的有机溶剂型防腐涂料，是目前应用于管道内较多的防腐材料。

发明内容

本发明目的在于提供一种含纳米钻石烯的管道内防腐涂料，同时提供其相应的制备方法是本发明的另一发明目的。

基于上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种含纳米钻石烯的管道内防腐涂料，由A组分和B组分混合而成，A组分和B组分的重量比为1~6:1，所述A组分由以下重量份的原料组成：环氧树脂35-65份、纳米钻石烯1-10份、防锈颜料5-15份、无机填料5-20份、分散剂0.1-2份、防沉剂0.01-0.2份、消泡剂0.01-0.1份、流平剂0.5-3份、去离子水5-20份；所述B组分由以下重量份的原料组成：固化剂75-90份、助溶剂1-5份、去离子水5-20份。

所述环氧树脂为水性环氧树脂乳液；分散剂为亲水性共聚物类分散剂；消泡剂为聚醚改性有机硅类；流平剂为氟碳化合物类或有机硅类。

所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂乳液、双酚F型环氧树脂乳液、丙烯酸改性环氧树脂乳液中的一种；分散剂为BYK190或TG755；消泡剂为BYK024；流平剂为水溶性氟碳树脂或TG700。

所述防锈颜料为钛白、铁红或炭黑；无机填料为云母粉、刚玉或滑石粉中的一种或几种混合；防沉剂为改性膨润土或羟乙基纤维素。

所述纳米钻石烯由粒度为50nm、100nm、200nm的纳米钻石烯组成，50nm、100nm、200nm的纳米钻石烯的用量比例为(1-2):(2-3):(4-5 )。

所述固化剂为水性聚酰胺类改性固化剂或脂肪胺改性固化剂。

所述助溶剂为丙二醇甲醚。

所述的含纳米钻石烯的管道内防腐涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)纳米钻石烯预分散液的制备：将A组分中的一部分去离子水和一部分分散剂混合，搅拌分散2-3min，搅拌速度为800-1000rpm，然后在搅拌条件下添加纳米钻石烯后，搅拌速度为400-500rpm，超声分散20-30min，得纳米钻石烯预分散液；

2)浆液的配制：将A组分中剩余部分的去离子水、分散剂、防沉剂混合，于800-1000rpm下搅拌分散2-3min，然后于400-500rpm下添加防锈颜料和无机填料后，研磨分散20-30min，得浆液；

3)A组分的配制：搅拌条件下，向环氧树脂中添加步骤1）纳米钻石烯预分散液，搅拌混合10-15min，然后添加步骤2）浆液、消泡剂和流平剂，搅拌混合20-40min，得A组分；搅拌速度为100-300rpm；

4)B组分的制备：将B组分中去离子水和助溶剂混合，于800-1000rpm下搅拌分散2-3min，然后于200-300rpm下添加固化剂，搅拌20-30min，得B组分；

5) A组分和B组分混合：将A组分和B组分按1~6:1的比例混合，于200-300rpm下搅拌分散20-30min，得防腐涂料。

步骤1）中纳米钻石烯加入前经过活化处理，

活化处理的具体步骤为：a超声波碱洗：将纳米钻石烯加入浓度为8%-12%的氢氧化钠溶液中，于50-60℃下超声碱洗并搅拌；超声的频率30-35 KHz，搅拌的速度为25-30rpm，碱洗的时间为25-30min；b超声波清洗：将碱洗后的纳米钻石烯放入去离子水中超声清洗，超声频率为30-35KHz，同时于25-30rpm下速度搅拌，搅拌时间为20-30min，反复清洗直至上层清液pH=7；c酸洗活化：于20-30℃下，将清洗过的纳米钻石烯放入浓酸混合液中，于85-95℃下回流1-2h，然后于1000-2000rpm下离心；浓酸混合液由浓硫酸和浓硝酸按重量比为(2-4):1混合而成；d超声波水洗：将酸洗活化后的纳米钻石烯放入去离子水中以30～45 KHz的超声频率超声波水洗，并以20～25 rpm的搅拌速度搅拌，搅拌时间为8～10min，反复清洗直至上层清液pH=7；e烘干、冷却即可。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的防腐涂料为水性防腐涂料，加入纳米钻石烯，增强了涂料的机械强度、附着力、耐久性、抗渗性等性能，且涂料形成的漆膜光滑度高，利于较少管道输送时的阻力，提高输送效率、降低生产成本；

2、本发明的防腐涂料不仅适用于油气管道，还可用于机械设备、下水管道、钢质构架等，应用范围较广，具有很好的应用价值；

3、本发明将纳米钻石烯经过活化改性处理后，使纳米钻石烯具有很高的活性和分散性，起到强化作用，而且由于纳米钻石烯具有硬度高、耐磨和耐腐蚀性的优点，使得防腐涂料很耐用，延长了其使用寿命。

附图说明

图1为纳米钻石烯含量对防腐涂料漆膜耐盐雾性的影响；

图2为纳米钻石烯含量对防腐涂料漆膜耐磨性的影响。

具体实施方式

实施例1

一种含纳米钻石烯的管道内防腐涂料，由A组分和B组分混合而成，A组分和B组分的重量比为1:1，所述A组分由以下重量份的原料组成：双酚A型环氧树脂乳液60份、纳米钻石烯（50nm、100nm、200nm的纳米钻石烯的用量比例为1:3:4）1份、防锈颜料（铁红）13份、无机填料（云母粉）12.8份、分散剂（BYK190）1份、防沉剂（改性膨润土）0. 1份、消泡剂（BYK024）0.1份、流平剂（水溶性氟碳树脂）2份、去离子水10份；所述B组分由以下重量份的原料组成：固化剂（改性聚酰胺固化剂）80份、助溶剂（丙二醇甲醚）3份、去离子水17份。

实施例2

一种含纳米钻石烯的管道内防腐涂料，由A组分和B组分混合而成，A组分和B组分的重量比为2:1，所述A组分由以下重量份的原料组成：双酚F型环氧树脂乳液53份、纳米钻石烯（50nm、100nm、200nm的纳米钻石烯的用量比例为1:2:5）7份、防锈颜料（炭黑）8份、无机填料（滑石粉）13.8份、分散剂（BYK190）1份、防沉剂（羟乙基纤维素）0.1份、消泡剂（BYK024）0.1份、流平剂（TG700）2份、去离子水15份；所述B组分由以下重量份的原料组成：固化剂（改性聚酰胺固化剂）90份、助溶剂（丙二醇甲醚）3份、去离子水7份。

实施例3

一种含纳米钻石烯的管道内防腐涂料，由A组分和B组分混合而成，A组分和B组分的重量比为6:1，所述A组分由以下重量份的原料组成：丙烯酸改性环氧树脂乳液35份、纳米钻石烯（50nm、100nm、200nm的纳米钻石烯的用量比例为2:2:5）10份、防锈颜料（钛白）15份、无机填料（刚玉）20份、分散剂（TG755）0.1份、防沉剂（羟乙基纤维素）0.2份、消泡剂（BYK024）0.01份、流平剂（水溶性氟碳树脂）0.5份、去离子水19.19份；所述B组分由以下重量份的原料组成：固化剂75份（改性脂肪胺固化剂）、助溶剂（丙二醇甲醚）5份、去离子水20份。

实施例4

一种含纳米钻石烯的管道内防腐涂料，由A组分和B组分混合而成，A组分和B组分的重量比为4:1，所述A组分由以下重量份的原料组成：环氧树脂乳液65份、纳米钻石烯（50nm、100nm、200nm的纳米钻石烯的用量比例为2:3:4）5份、防锈颜料（炭黑）5份、无机填料8份（滑石粉4份、刚玉4份）、分散剂（BYK190）2份、防沉剂（羟乙基纤维素）0.01份、消泡剂（BYK024）0.05份、流平剂（水溶性氟碳树脂）3份、去离子水11.94份；所述B组分由以下重量份的原料组成：固化剂（改性脂肪胺固化剂）85份、助溶剂（丙二醇甲醚）5份、去离子水10份。

实施例1-4的制备方法，包括以下步骤：

纳米钻石烯的活化处理，具体步骤为：a超声波碱洗：将纳米钻石烯加入浓度为8%-12%的氢氧化钠溶液中，于50-60℃下超声碱洗并搅拌；超声的频率30-35 KHz，搅拌的速度为25-30rpm，碱洗的时间为25-30min；b超声波清洗：将碱洗后的纳米钻石烯放入去离子水中超声清洗，超声频率为30-35KHz，同时于25-30rpm下速度搅拌，搅拌时间为20-30min，反复清洗直至上层清液pH=7；c酸洗活化：于20-30℃下，将清洗过的纳米钻石烯放入浓酸混合液中，于85-95℃下回流1-2h，然后于1000-2000rpm下离心；浓酸混合液由浓硫酸和浓硝酸按重量比为(2-4):1混合而成；d超声波水洗：将酸洗活化后的纳米钻石烯放入去离子水中以30～45 KHz的超声频率超声波水洗，并以20～25 rpm的搅拌速度搅拌，搅拌时间为8～10min，反复清洗直至上层清液pH=7；e于3℃/min的升温速率升温至180-200烘干，烘干时间为3h，随炉温冷却即可；

1)纳米钻石烯预分散液的制备：将A组分中的去离子水重量的1/3和分散剂重量的1/2混合，搅拌分散2-3min，搅拌速度为800-1000rpm，然后在搅拌条件下添加纳米钻石烯后，搅拌速度为400-500rpm，超声分散20-30min，超声频率为30KHz，得纳米钻石烯预分散液；

2)浆液的配制：将A组分中剩余部分的去离子水、分散剂、防沉剂混合，于800-1000rpm下搅拌分散2-3min，然后于400-500rpm下添加防锈颜料和无机填料后，研磨分散20-30min，得浆液；

3)A组分的配制：搅拌条件下，向环氧树脂中添加步骤1）纳米钻石烯预分散液，搅拌混合10-15min，然后添加步骤2）浆液、消泡剂和流平剂，搅拌混合20-40min，过滤，得A组分；搅拌速度为100-300rpm；

4)B组分的制备：将B组分中去离子水和助溶剂混合，于800-1000rpm下搅拌分散2-3min，然后于200-300rpm下添加固化剂，搅拌20-30min，过滤，得B组分；

5) A组分和B组分混合：使用前，将A组分和B组分按比例混合，于200-300rpm下搅拌分散20-30min后，得防腐涂料。

实施例5 性能测试

5.1 实施例2的性能测试

实施例2的纳米钻石烯为变量，其他组分量不变，按上述方法制备后，对防腐涂料的漆膜附着力按GB/T1720-1979进行检测，检测结果如下表1所示；耐盐雾性按GB/T1771-1991进行检测，检测结果如图1所示；其耐磨性按ASTM D968-1993进行检测，检测结果如图2所示。

从表1、图1和图2可知，添加纳米钻石烯提高了涂料的附着力、漆膜的耐盐雾性和耐磨性等性能，原因在于纳米钻石烯具有强度高、耐磨性好、耐腐蚀性好、比表面积大、活性高等特点，经过活化改性后均匀分散溶液中，纳米钻石烯表面的活性基团能与有机基体形成化学键结合，增强了涂料的性能。

实施例4的性能测试

对实施例4的防腐涂料进行性能检测，检测结果如下表2所示。

由表2可知，本发明的防腐涂料的储存性能、机械性能、防腐性能、耐久性能等主要性能都达到，有的远远超过标准要求，同时，漆膜表面非常光滑，在管道输送过程中可以减小输送阻力，提高输送效率、降低生产成本，适用推广应用。

Claims (9)

1.一种含纳米钻石烯的管道内防腐涂料，其特征在于，由A组分和B组分混合而成，A组分和B组分的重量比为1~6:1，所述A组分由以下重量份的原料组成：环氧树脂35-65份、纳米钻石烯1-10份、防锈颜料5-15份、无机填料5-20份、分散剂0.1-2份、防沉剂0.01-0.2份、消泡剂0.01-0.1份、流平剂0.5-3份、去离子水5-20份；所述B组分由以下重量份的原料组成：固化剂75-90份、助溶剂1-5份、去离子水5-20份。

2.如权利要求1所述的含纳米钻石烯的管道内防腐涂料，其特征在于，所述环氧树脂为水性环氧树脂乳液；分散剂为亲水性共聚物类分散剂；消泡剂为聚醚改性有机硅类；流平剂为氟碳化合物类或有机硅类。

3.如权利要求2所述的含纳米钻石烯的管道内防腐涂料，其特征在于，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂乳液、双酚F型环氧树脂乳液或丙烯酸改性环氧树脂乳液；分散剂为BYK190或TG755；消泡剂为BYK024；流平剂为水溶性氟碳树脂或TG700。

4.如权利要求1所述的含纳米钻石烯的管道内防腐涂料，其特征在于，所述防锈颜料为钛白、铁红或炭黑；无机填料为云母粉、刚玉或滑石粉中的一种或几种混合混合物；防沉剂为改性膨润土或羟乙基纤维素。

5.如权利要求1所述的含纳米钻石烯的管道内防腐涂料，其特征在于，所述纳米钻石烯由粒度为50nm、100nm、200nm的纳米钻石烯组成，50nm、100nm、200nm的纳米钻石烯的用量比例为(1-2):(2-3):(4-5 )。

6.如权利要求1所述的含纳米钻石烯的管道内防腐涂料，其特征在于，所述固化剂为水性聚酰胺类改性固化剂或脂肪胺改性固化剂。

7.如权利要求1所述的含纳米钻石烯的管道内防腐涂料，其特征在于，所述助溶剂为丙二醇甲醚。

8.如权利要求1所述的含纳米钻石烯的管道内防腐涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)纳米钻石烯预分散液的制备：将A组分中的一部分去离子水和一部分分散剂混合，搅拌分散2-3min，搅拌速度为800-1000rpm，然后在搅拌条件下添加纳米钻石烯后，搅拌速度为400-500rpm，超声分散20-30min，得纳米钻石烯预分散液；

2)浆液的配制：将A组分中剩余部分的去离子水、分散剂、防沉剂混合，于800-1000rpm下搅拌分散2-3min，然后于400-500rpm下添加防锈颜料和无机填料后，研磨分散20-30min，得浆液；

3)A组分的配制：搅拌条件下，向环氧树脂中添加步骤1）纳米钻石烯预分散液，搅拌混合10-15min，然后添加步骤2）浆液、消泡剂和流平剂，搅拌混合20-40min，得A组分；搅拌速度为100-300rpm；

4)B组分的制备：将B组分中去离子水和助溶剂混合，于800-1000rpm下搅拌分散2-3min，然后于200-300rpm下添加固化剂，搅拌20-30min，得B组分；

5) A组分和B组分混合：将A组分和B组分按比例混合，于200-300rpm下搅拌分散20-30min，得防腐涂料。

9.如权利要求8所述的含纳米钻石烯的管道内防腐涂料的制备方法，其特征在于，步骤1）中纳米钻石烯加入前经过活化处理，

活化处理的具体步骤为：a超声波碱洗：将纳米钻石烯加入浓度为8%-12%的氢氧化钠溶液中，于50-60℃下超声碱洗并搅拌；超声的频率30-35 KHz，搅拌的速度为25-30rpm，碱洗的时间为25-30min；b超声波清洗：将碱洗后的纳米钻石烯放入去离子水中超声清洗，超声频率为30-35KHz，同时于25-30rpm下速度搅拌，搅拌时间为20-30min，反复清洗直至上层清液pH=7；c酸洗活化：于20-30℃下，将清洗过的纳米钻石烯放入浓酸混合液中，于85-95℃下回流1-2h，然后于1000-2000rpm下离心；浓酸混合液由浓硫酸和浓硝酸按重量比为(2-4):1混合而成；d超声波水洗：将酸洗活化后的纳米钻石烯放入去离子水中以30～45 KHz的超声频率超声波水洗，并以20～25 rpm的搅拌速度搅拌，搅拌时间为8～10min，反复清洗直至上层清液pH=7；e烘干、冷却即可。