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。