CN112011248A - 长输管线的内壁减阻环保涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种长输管线的内壁减阻环保涂料，包含组分A和组分B，其中组分A由以下重量份数的原材料组成：E51环氧树脂：40‑45份,增韧树脂：5‑10份,分散剂：0.3‑1.0份,颜料：8‑15份,沉淀硫酸钡：15‑20份,硅微粉：10‑20份,防沉助剂：0.5‑1.5份,消泡剂：0.1‑1.0份,流平剂：0.3‑1份,硅烷偶联剂：3‑5份，聚四氟乙烯蜡粉：4‑6份；组分B：脂环胺改性聚酰胺聚合物：40‑50份，改性胺：50‑60份；该涂料满足预加热双管进料高压无气喷涂施工方式，一次可以薄喷涂成膜厚度60‑150μm，是低粘度薄涂型环保涂料，且具有优异的韧性和耐磨减阻性能。

Description

长输管线的内壁减阻环保涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，具体涉及长输管线的内壁减阻环保涂料，同时，本发明还涉及该涂料的制备方法。
背景技术
在长距离或长期性流体输送领域，减阻技术的研究和应用由来已久。减阻技术以其低投入、高产出的性能优势被世界各国在各种大型工程中被广泛采用。减阻内涂层可以较大幅度地降低摩阻系数，增加输气量，降低输气功率，同时，减阻内涂料还可以减少清管次数，减轻腐蚀，降低运行费等效能，其巨大的经济和社会效益，通过十年多的推广应用，得到了业内公认。
当前，世界范围内的大多数输气管道输送的天然气是经处理脱除水、硫化物和凝析液(NGL)的干气。但是由于世界上一些大型的储气田都分布在偏远的、自然条件比较恶劣的地区，在气井周边进行干气化处理多有不便，富气输送就成为石油天然气公司的重大选项甚至是最佳选择。
富气输送工艺是在输入管道前只将天然气中的水、硫化物和部分液体脱掉，将乙烷、丙烷、戊烷等重烃气保留在天然气中一起以气态单相输送的工艺。与干气输送相比，富气输送其介质为高热值的富气，输送压力高达10～12MPa，因此管道输送效率高、减少了燃料消耗，而且综合经济效益高。
目前，常见的干气型减阻耐磨涂料在上述性能指标方面无法满足富气输送的要求，必须在此基础上进行进一步的研究和测试。
另一方面，目前国内、外使用的溶剂型内减阻涂料，都含有50％左右的溶剂(重量比)，在使用的过程中，大量的溶剂挥发，对一线操作工人的健康影响很大。按照HSE的要求，溶剂型内减阻涂料必然要被淘汰。
发明内容
本发明提供一种长输管线的内壁减阻环保涂料，该涂料具有优异的韧性和耐磨减阻性能。
一种长输管线的内壁减阻环保涂料，包含组分A和组分B，其中组分A由以下重量份数的原材料组成：
E51环氧树脂：40-45份,增韧树脂：5-10份,分散剂：0.3-1.0份,颜料：8-15份,沉淀硫酸钡：15-20份,硅微粉：10-20份,防沉助剂：0.5-1.5份,消泡剂：0.1-1.0份,流平剂：0.3-1份,硅烷偶联剂：3-5份，聚四氟乙烯蜡粉：4-6份；
组分B：脂环胺改性聚酰胺聚合物：40-50份，改性胺：50-60份；
所述组分A与组分B的质量比为5：1。
进一步的，所述防沉助剂为疏水型气相二氧化硅和氢化蓖麻油衍生物的混合物；所述疏水型气相二氧化硅的重量份数为0.4份，所述氢化蓖麻油衍生物的重量份数为0.3份。
进一步的，所述的脂环胺改性聚酰胺聚合物为君江D8460，所述的改性胺为上海众彦生物科技有限公司的ZG-8070。
进一步的，所述的增韧树脂为柔性环氧树脂和液体石油树脂的混合物。
进一步的，所述的柔性环氧树脂为聚氨酯改性环氧树脂。
进一步的，所述的聚氨酯改性环氧树脂由以下重量分数的原料制备得到：
1,4丁二醇二缩水甘油醚：202份
乙二醇胺：38.5份
IPDI：222份
聚丙二醇(PPG400)：400份。
进一步的，所述的聚氨酯改性环氧树脂采用以下方法制备而成：
按照配方量将1,4-丁二醇二缩水甘油醚置于三口烧瓶中，滴加乙二醇胺，升温至85℃反应2小时，加入IPDI，加入催化剂二月桂酸二丁基锡反应1h，得到侧基含有-NCO基团的环氧树脂；加入PPG400在氮气保护下继续反应4h即得到聚氨酯改性环氧树脂。
进一步的，所述的硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷。
进一步的，所述的硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷的比例为1：3。
上述的长输管线的内壁减阻环保涂料制备方法，按原材料配方依次将E51环氧树脂、增韧树脂、分散剂、颜料、沉淀硫酸钡、硅微粉、防尘助剂、消泡剂、流平剂、硅烷偶联剂、聚四氟乙烯蜡粉加入搅拌罐中，1200r/min高速搅拌50min，倒入砂磨机中进行研磨，研磨温度为40℃-60℃，研磨细度至50μ时过滤，即得到组分A，组分B为脂环胺改性聚酰胺聚合物和改性胺搅拌混合物。
本发明所述长输管线的内壁减阻环保涂料具有以下有益效果：
(1)本发明采用了氢化蓖麻油衍生物和气相二氧化硅的复配体系来控制产品的一次成膜厚度并兼顾成膜的流平性。氢化蓖麻油衍生物属于有机类流变改性剂，在漆料中膨润溶胀后，能在粒子间产生氢键结合，形成网状结构，使涂料产生触变性，达到防尘的功能；本发明选用的是疏水型气相二氧化硅，疏水型气相二氧化硅是在气相二氧化硅表面硅烷改性进行疏水处理，保证其在无溶剂涂料中优异的分散性能，疏水型气态二氧化硅属于无机类流变改性剂，主要依靠氢键结构产生触变性，在剪切力下氢键被破坏，粘度降低，剪切力消除后又重新形成氢键结构，粘度恢复，使涂料兼具优异的施工粘度及防流挂性能。流平剂可以降低表面张力，使涂膜表面平整光滑，防止贝纳德涡流的产生，不影响层间附着力，并且可以提高涂膜表面的抗沾污性。两种触变材料的复配使用搭配流平剂的流平作用，能够提供良好的抗流挂性能的同时，又能兼顾漆膜的流平性，达到涂料外光光滑的效果。气相二氧化硅的重量份数为0.4份，氢化蓖麻油衍生物的重量份数为0.3份时效果最好，最终本产品能够达到一次性涂装膜厚60-150微米。
(2)由于在富气组分中含有大约8.5％的重烃成分，包括乙烷、丙烷等，而干气中上述成分含量只有2.5％，这些成分虽然对金属材料没有腐蚀性，但是却可能会进入减阻涂料的有机涂层中,并产生一定的溶胀，从而影响涂层使用寿命。因此要求涂层具有优异的耐化学品性能，本发明采用了E51环氧树脂作为无溶剂环保内减阻涂料的主要成膜物质，E51环氧树脂的粘度更低，涂层的光泽及硬度均很高，交联密度高，耐磨性能优异，但漆膜偏脆，柔韧性较差，与低粘度的柔性环氧树脂、液态石油树脂复配，来提高产品的柔韧性从而达到抗弯曲性能的要求。聚氨酯改性环氧树脂其分子结构的特点能够提供很好的柔韧性，并且聚氨酯改性环氧树脂的环氧值较低，粘度低，取代了无溶剂涂料用活性稀释剂降低粘度的传统方法，能够完全参与固化反应从而达到良好的耐化学品性能和优异抗弯曲性能；本发明涂层在70℃石油基发动机油中浸泡248h，涂层无气泡；在8275±700kPa和70℃的磷酸酯基合成油中部分浸泡24h，然后快速泄压，涂层无气泡。
(3)高输送压力使气体流速进一步提高，气流对涂层的冲刷作用也随之增强，这就对涂层的耐磨性提出了更高的要求，本发明采用了硅微粉与聚四氟乙烯，制成的漆膜硬度高光滑耐磨。
(4)由于输送压力高达10-12MPa，因此对减阻涂料与金属基材的附着力要求更高，以避免压力变化或临时泄压可能造成的涂层脱落，保证管线的安全运行，同时也可以延长涂层的使用寿命。本发明的硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷。γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷一端含有环氧基团可以与固化剂交联固化，另一端含有甲氧基硅烷结构水解形成羟基，可以与底材吸引，提供涂层优异的附着力，3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷一端的氟结构可以降低表面张力，使涂层表面疏水的效果，另一端的甲氧基硅烷结构水解形成羟基提高涂层的附着力，且可以与γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷水解的羟基以及环氧树脂中的羟基交联形成网状结构，提供涂层优异的交联密度及耐磨性。本发明长输管线的内壁减阻环保涂料的剪切强度高达12MPa以上。
(5)本发明采用了脂环胺改性聚酰胺聚合物和改性胺混平制成组分B，其粘度低，而且能够保证使用时的凝胶时间。本发明对不同种类的固化剂及涂料用助剂进行筛选，同时采用特种增韧材料进行复配，成功制备出一种长输管线的内壁减阻环保涂料，满足预加热双管进料高压无气喷涂施工方式、一次喷涂成膜厚度可达60-150μm的无溶剂环氧涂料，该涂料不仅满足CDP-S-NGP-AC-001-2015-2输气管道内减阻涂层技术规格的标准要求，而且具有优异的韧性和减阻耐磨性能。本发明经过大量的分散剂流平剂消泡剂筛选试验，最终确定采用聚酯改性高分子化合物AFCONA-PF106作为分散助剂使用，AFCONA-PL171作为流平剂使用，金团766作为消泡剂使用，这些助剂的混合应用一方面提高了产品的研磨效率，一方面有效的降低了产品的粘度，增加了产品的流动性，并消除无溶剂涂料的施工气泡问题。并且对产品的流挂流平性不影响，能够实现光滑减阻。
具体实施方式
基于本发明的设计思想，下面，结合具体的实施例对本发明的一种长输管线的内壁减阻环保涂料做进一步的详细描述：
实施例1-3
聚氨酯改性环氧树脂：
聚氨酯改性环氧树脂由以下重量分数的原料制备得到：
1,4丁二醇二缩水甘油醚：202份
乙二醇胺：38.5份
IPDI：222份
聚丙二醇(PPG400)：400份。
聚氨酯改性环氧树脂采用以下方法制备而成：
按照配方量将1,4-丁二醇二缩水甘油醚置于三口烧瓶中，滴加乙二醇胺，升温至85℃反应2小时，加入IPDI，加入催化剂二月桂酸二丁基锡反应1h，得到侧基含有-NCO基团的环氧树脂；加入PPG400在氮气保护下继续反应4h即得到聚氨酯改性环氧树脂。
一种长输管线的内壁减阻环保涂料组分A原料重量组成如下表所示：
Figure BDA0002617269850000061
长输管线的内壁减阻环保涂料组分B：
Figure BDA0002617269850000062
所述的脂环胺改性聚酰胺聚合物为君江D8460，所述的改性胺为上海众彦生物科技有限公司的ZG-8070。
所述组分A与组分B的质量比为5：1。
实施例1-3的长输管线的内壁减阻环保涂料采用以下方法制备得到：按原材料配方依次将E51环氧树脂、增韧树脂、分散剂、颜料、沉淀硫酸钡、硅微粉、防尘助剂、消泡剂、流平剂、硅烷偶联剂、聚四氟乙烯蜡粉加入搅拌罐中，1200r/min高速搅拌50min，倒入砂磨机中进行研磨，研磨温度为40℃-60℃，研磨细度至50μ时过滤，即得到组分A，组分B为脂环胺改性聚酰胺聚合物和改性胺搅拌混合物。
对实施例1-3制备得到的长输管线的内壁减阻环保涂料进行性能测试，检测结果如下表所示：
Figure BDA0002617269850000071
Figure BDA0002617269850000081

Claims (10)

1.一种长输管线的内壁减阻环保涂料，其特征在于，所述涂料包含组分A和组分B，其中组分A由以下重量份数的原材料组成：
E51环氧树脂：40-45份,增韧树脂：5-10份,分散剂：0.3-1.0份,颜料：8-15份,沉淀硫酸钡：15-20份,硅微粉：10-20份,防沉助剂：0.5-1.5份,消泡剂：0.1-1.0份,流平剂：0.3-1份,硅烷偶联剂：3-5份，聚四氟乙烯蜡粉：4-6份；
组分B：脂环胺改性聚酰胺聚合物：40-50份，改性胺：50-60份；
所述组分A与组分B的质量比为5：1。
2.根据权利要求1所述的长输管线的内壁减阻环保涂料，其特征在于，所述防沉助剂为疏水型气相二氧化硅和氢化蓖麻油衍生物的混合物；所述疏水型气相二氧化硅的重量份数为0.4份，所述氢化蓖麻油衍生物的重量份数为0.3份。
3.根据权利要求1所述的长输管线的内壁减阻环保涂料，其特征在于，所述的脂环胺改性聚酰胺聚合物为君江D8460，所述的改性胺为上海众彦生物科技有限公司的ZG-8070。
4.根据权利要求1所述的长输管线的内壁减阻环保涂料，其特征在于，所述的增韧树脂为柔性环氧树脂和液体石油树脂的混合物。
5.根据权利要求4所述的长输管线的内壁减阻环保涂料，其特征在于，所述的柔性环氧树脂为聚氨酯改性环氧树脂。
6.根据权利要求5所述的长输管线的内壁减阻环保涂料，其特征在于，所述的聚氨酯改性环氧树脂由以下重量分数的原料制备得到：
1,4丁二醇二缩水甘油醚：202份
乙二醇胺：38.5份
IPDI：222份
聚丙二醇(PPG400)：400份。
7.根据权利要求6所述的长输管线的内壁减阻环保涂料，其特征在于，所述的聚氨酯改性环氧树脂采用以下方法制备而成：
按照配方量将1,4-丁二醇二缩水甘油醚置于三口烧瓶中，滴加乙二醇胺，升温至85℃反应2小时，加入IPDI，加入催化剂二月桂酸二丁基锡反应1h，得到侧基含有-NCO基团的环氧树脂；加入PPG400在氮气保护下继续反应4h即得到聚氨酯改性环氧树脂。
8.根据权利要求1所述的长输管线的内壁减阻环保涂料，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷。
9.根据权利要求8所述的长输管线的内壁减阻环保涂料，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷的比例为1：3。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述的长输管线的内壁减阻环保涂料制备方法，其特征在于，按原材料配方依次将E51环氧树脂、增韧树脂、分散剂、颜料、沉淀硫酸钡、硅微粉、防尘助剂、消泡剂、流平剂、硅烷偶联剂、聚四氟乙烯蜡粉加入搅拌罐中，1200r/min高速搅拌50min，倒入砂磨机中进行研磨，研磨温度为40℃-60℃，研磨细度至50μ时过滤，即得到组分A，组分B为脂环胺改性聚酰胺聚合物和改性胺搅拌混合物。
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