CN113913061B - 隔热保温耐候涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

隔热保温耐候涂料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种隔热保温耐候涂料及其制备方法和应用，涉及涂料技术领域，所述涂料包括按质量份数计的原料：热辐射填料20‑30份，热反射填料10‑20份，隔热保温填料10‑20份，聚合物乳液20‑30份，助剂0‑5份，水补充至100份；其中，所述热辐射填料包括磷酸钴和12‑钼杂硅酸钠，且两者的质量比为(2‑3)：(3‑2)。本发明通过磷酸钴和12‑钼杂硅酸钠配合作为热辐射填料，协同热反射填料、隔热保温填料以及聚合物乳液，得到的涂料涂覆于设备和管道表面，不仅能够有效隔绝红外辐射，具有红外反射作用，而且能够有效降低热传导，提高保温隔热性能，同时还具有优异的耐候性能，能够有效延长设备和管道的使用寿命。

Description

隔热保温耐候涂料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，尤其是涉及一种隔热保温耐候涂料及其制备方法和应用。
背景技术
在油田开采过程中，为了满足生产工艺条件，达到原油开采和输送的需求，需要对采油井内的设备和管道等结构主动提供热源加热并进行保温，使之保持一定的温度，以满足工艺和设备运行的温度需要。目前一般通过电伴热方式对采油井内的管道、设备等伴生件进行加热保温，而现有的电伴热方式是直接缠绕电热丝进行加热，然后用玻璃丝布缠绕进行保温，玻璃丝布经过风吹日晒很容易老化失去保温功能，严重时还可能导致电热丝引发事故。
总体来说，现有伴热加热方式使用寿命短，保温效果差，且存在安全风险，严重影响了油田开采进度和产量，且安装及拆卸不方便。因此，亟需开发一种新的保温隔热且耐候性佳的方式满足油田开采过程中设备和管道运行需要。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种隔热保温耐候涂料，以通过在采油井内的设备以及管道表面涂覆涂料的方式进行保温，改善现有伴热加热方式使用寿命短，保温效果差，存在安全风险，且安装拆卸不便的技术问题。
本发明提供的隔热保温耐候涂料，包括按质量份数计的如下原料：热辐射填料20-30份，热反射填料10-20份，隔热保温填料10-20份，聚合物乳液20-30份，助剂0-5份，水补充至100份；
其中，所述热辐射填料包括磷酸钴和12-钼杂硅酸钠，且两者的质量比为(2-3)：(3-2)。
进一步的，所述隔热保温耐候涂料包括按质量份数计的如下原料；热辐射填料20-25份，热反射填料10-15份，隔热保温填料10-20份，聚合物乳液25-30份，助剂0-5份，水补充至100份。
进一步的，所述聚合物乳液包括氟碳乳液和丙烯酸乳液，且两者的质量比为(1-3)：(3-1)。
进一步的，所述氟碳乳液的固含量为40-50％；
优选地，所述丙烯酸乳液的Tg介于-10～0℃。
进一步的，所述热反射填料包括氧化锆、氧化铝、二氧化钛、氧化镁和氧化锌中的至少一种，优选为氧化锆和/或氧化铝。
进一步的，所述隔热保温填料包括气凝胶粉、中空微球、陶瓷微球、海泡石、闭孔膨胀珍珠岩、蛭石和硅酸钾晶须中的至少一种，优选为气凝胶粉。
进一步的，所述气凝胶粉的孔径≥70nm，孔隙率≥99％。
进一步的，所述助剂包括分散剂、成膜助剂、增稠剂、消泡剂、pH调节剂、润湿剂和防冻剂中的至少一种。
根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种隔热保温耐候涂料的制备方法，包括以下步骤：
将热辐射填料、热反射填料、隔热保温填料、聚合物乳液、水和人选的助剂混合均匀，得到隔热保温耐候涂料。
本发明的目的之三在于提供上述隔热保温耐候涂料在油田开发领域的应用。
本发明至少具有如下有益效果：
本发明通过采用磷酸钴和12-钼杂硅酸钠配合作为热辐射填料，协同热反射填料、隔热保温填料以及聚合物乳液，得到的隔热保温耐候涂料涂覆于设备和管道表面后，不仅能够有效隔绝红外辐射，具有红外反射作用，而且能够有效降低热传导，提高保温隔热性能，同时还具有优异的耐候性能，能够有效延长设备和管道的使用寿命。
另外，本发明提供的隔热保温耐候涂料施工方便，易于操作，安全性高，能够有效提高保证油田开采进度和产量。
本发明提供的隔热保温耐候涂料的制备方法工艺简单，易于操作，能够适用于规模化大生产，降低人力和物力。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种隔热保温耐候涂料，包括按质量份数计的如下原料：热辐射填料20-30份，热反射填料10-20份，隔热保温填料10-20份，聚合物乳液20-30份，助剂0-5份，水补充至100份；
其中，热辐射填料包括磷酸钴和12-钼杂硅酸钠，且两者的质量比为(2-3)：(3-2)。
磷酸钴是一种红色无定形粉末，密度2.769g/cm3。溶于无机酸，微溶于冷水，不溶于乙醇。
由磷酸钴和12-钼杂硅酸钠相互配合形成的热辐射填料在红外波段具有强吸收峰，依据基尔霍夫定律，在此波段具有较强的辐射能力，能有效隔绝热辐射。
热管道内油温度一般在300-500℃，其对应的红外辐射波段为3.6-4.8微米，本发明提供的热辐射填料在这个波段具有强吸收峰，依据基尔霍夫定律，材料在此波段具有较强的辐射能力，能有效隔绝热辐射。
典型但非限制性的，热辐射填料中，磷酸钴和12-钼杂硅酸钠的质量比入为2:3、2.5:3、1：1、3:2.5或3:2。
在本发明中提供的隔热保温耐候涂料中，热辐射填料的质量份数如为20、22、25、28或30份；热反射填料的质量份数如为10、12、15、18或20份；隔热保温填料的质量份数如为10、12、15、18或20份；聚合物乳液的质量份数如为20、22、25、28或30份，助剂的质量份数如为0、1、2、3、4或5份。
本发明通过采用磷酸钴和12-钼杂硅酸钠配合作为热辐射填料，协同热反射填料、隔热保温填料以及聚合物乳液，得到的隔热保温耐候涂料涂覆于设备和管道表面后，不仅能够有效隔绝红外辐射，具有红外反射作用，而且能够有效降低热传导，提高保温隔热性能，同时还具有优异的耐候性能，能够有效延长设备和管道的使用寿命。
另外，本发明提供的隔热保温耐候涂料施工方便，易于操作，安全性高，能够有效提高保证油田开采进度和产量。
在本发明的一种优选方案中，隔热保温耐候涂料中，热辐射填料为20-25质量份，热反射填料为10-15质量份，隔热保温填料为10-20质量份，聚合物乳液为25-30质量份，助剂为0-5质量份，水补充至100质量份时，制备得到的隔热保温耐侯涂料的隔绝热辐射、红外反射以及保温隔热功能更优异。
[聚合物乳液]
在本发明的一种优选方案中，聚合物乳液包括氟碳乳液和丙烯酸乳液，且两者的质量比为(1-3)：(3-1)。
氟碳乳液为含氟烯烃或含氟烯烃与其它单体共聚的乳液。按单体组成可分为聚四氟乙烯氟碳乳液、聚偏二氟乙烯乳液和三氟氯乙烯-乙烯基醚共聚乳液。
典型但非限制性的，聚合物乳液中，氟碳乳液和丙烯酸乳液的质量比为1:3、2:3、1:1、2:1、3:2或3:1。
通过采用氟碳乳液和丙烯酸乳液搭配，能够有效提高涂料与基材的附着性，同时施工更简单。
在本发明的一种优选方案中，氟碳乳液的固含量为40-50wt％，丙烯酸乳液的Tg介于-10～0℃。
典型但非限制性的，氟碳乳液的固含量如为40wt％、42％、45wt％、48wt％或50wt％，丙烯酸乳液的Tg如为-10℃、-8℃、-5℃、-2℃或0℃。
在本发明的一种方案中，氟碳乳液选用东氟化工型号为PTFE FR302的氟碳乳液；丙烯酸乳液选用陶氏型号为2468的丙烯酸乳液。
[热反射填料]
在本发明的一种优选方案中，热反射填料选自氧化锆、氧化铝、二氧化钛、氧化镁和氧化锌中的一种或几种，尤其是当热反射填料为氧化锆、氧化铝或两者的混合物时，制备得到的隔热保温耐候涂料的红外反射能力更强。
[隔热保温填料]
在本发明的一种方案中，隔热保温填料选自气凝胶粉、中空微球、陶瓷微球、海泡石、闭孔膨胀珍珠岩、蛭石和硅酸钾晶须中的一种或几种，尤其是当隔热保温填料为气凝胶粉时，制备得到的隔热保温耐候涂料的隔热保温性能更为优异。
优选地，气凝胶粉的孔径≥70nm，孔隙率≥99％时，更能够有效保证隔热保温耐候涂料的隔热保温性能。
[助剂]
在本发明的一种优选方案中，助剂选自分散剂、成膜助剂、增稠剂、消泡剂、pH调节剂、润湿剂或防冻剂中的一种或几种。
优选地，分散剂为非离子型分散剂。
优选地，成膜助剂选自醇酯-12、乙二醇丁醚、丙二醇苯醚、丙二醇丁醚或2-氨基-2甲基-1丙醇中的一种或几种。
优选地，增稠剂选自聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇或纤维素中的一种或几种。
优选地，消泡剂选自天然矿物油、聚硅氧烷、聚二甲基硅氧烷或硅氧烷-聚酯共聚物水溶液中的一种或几种。
优选地，pH调节剂选自氨水和/或5％的氢氧化钠溶液。
优选地，润湿剂选自六偏磷酸钠溶液和/或聚氧乙基壬基酚。
根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种隔热保温耐候涂料的制备方法，包括以下步骤：
将热辐射填料、热反射填料、隔热保温填料、聚合物乳液、水以及任选的助剂混合均匀，得到隔热保温耐候涂料。
本发明提供的隔热保温耐候涂料的制备方法工艺简单，易于操作，能够适用于规模化大生产，降低人力和物力。
根据本发明的第三个方面，本发明提供了上述隔热保温耐候涂料在石油开发领域的应用。
为了便于本领域技术人员理解，下面结合实施例和对比例对本发明提供的技术方案做进一步的描述。
下述实施例和对比例中各原料用量均为质量份，其所采用的原料的厂家和型号如表1所示，表1中未写明的原料均通过市售购买得到。
表1
名称 性能参数 厂家型号
磷酸钴 比重2.7，纯度99％ 北京百灵威科技有限公司
12-钼杂硅酸钠 比重：1.2，纯度99％ 北京百灵威科技有限公司
气凝胶粉 孔径≥70nm，孔隙率＞99％ 深圳中凝
氟碳乳液 PTFE FR302氟含量1％ 东氟化工
丙烯酸乳液 2468乳液Tg:-20℃ 陶氏
润湿剂 ANTI-TERRA-U BYK
分散剂 BYK-220S BYK
实施例1
本实施例提供了一种隔热保温耐候涂料，主要由按质量份数计的如下原料制备而成：
Figure BDA0003366537950000071
其中，聚合物乳液由氟碳乳液和丙烯乳液组成，两者的质量比为1:1。
实施例2
Figure BDA0003366537950000072
Figure BDA0003366537950000081
其中，聚合物乳液的组成同实施例1，在此不再赘述。
实施例3
本实施例提供了一种隔热保温耐候涂料，主要由按质量份数计的如下原料制备而成：
Figure BDA0003366537950000082
其中，聚合物乳液的组成同实施例1，在此不再赘述。
实施例4
本实施例提供了一种隔热保温耐候涂料，主要由按质量份数计的如下原料制备而成：
Figure BDA0003366537950000083
Figure BDA0003366537950000091
其中，聚合物乳液的组成同实施例1，在此不再赘述。
实施例5
本实施例提供了一种隔热保温耐候涂料，主要由按质量份数计的如下原料制备而成：
Figure BDA0003366537950000092
其中，聚合物乳液的组成同实施例1，在此不再赘述。
实施例6
本实施例提供了一种隔热保温耐候涂料，其与实施例1的不同之处在于，聚合物乳液中，氟碳乳液和丙烯酸乳液的质量比为1:3。
实施例7
本实施例提供了一种隔热保温耐候涂料，其与实施例1的不同之处在于，聚合物乳液中，氟碳乳液和丙烯酸乳液的质量比为3:1。
实施例8
本实施例提供了一种隔热保温耐候涂料，其与实施例1的不同之处在于，聚合物乳液中，氟碳乳液和丙烯酸乳液的质量比为2:1。
实施例9
本实施例提供了一种隔热保温耐候涂料，其与实施例1的不同之处在于，聚合物乳液中，氟碳乳液和丙烯酸乳液的质量比为1:2。
实施例10
本实施例提供了一种隔热保温耐候涂料，其与实施例1的不同之处在于，聚合物乳液为氟碳乳液。
实施例11
本实施例提供了一种隔热保温耐候涂料，其与实施例1的不同之处在于，聚合物乳液为丙烯酸乳液。
上述实施例1-11提供的隔热保温耐候涂料按照以下步骤制备得到：
将热辐射填料、热反射填料、隔热保温填料、聚合物乳液、分散剂、润湿剂以及水混合均匀，得到隔热保温耐候涂料。
对比例1
本对比例提供了一种涂料，主要由按质量份数计的如下原料制备而成：
Figure BDA0003366537950000101
其中，聚合物乳液的组成同实施例1，在此不再赘述。
对比例2
本对比例提供了一种涂料，主要由按质量份数计的如下原料制备而成：
Figure BDA0003366537950000102
Figure BDA0003366537950000111
其中，聚合物乳液的组成同实施例1，在此不再赘述。
对比例3
本对比例提供了一种涂料，主要由按质量份数计的如下原料制备而成：
Figure BDA0003366537950000112
其中，聚合物乳液的组成同实施例1，在此不再赘述。
对比例4
本对比例提供了一种涂料，主要由按质量份数计的如下原料制备而成：
Figure BDA0003366537950000113
其中，聚合物乳液的组成同实施例1，在此不再赘述。
对比例5
本对比例提供了一种涂料，主要由按质量份数计的如下原料制备而成：
Figure BDA0003366537950000121
其中，聚合物乳液的组成同实施例1，在此不再赘述。
对比例6
本对比例提供了一种涂料，主要由按质量份数计的如下原料制备而成：
Figure BDA0003366537950000122
其中，聚合物乳液的组成同实施例1，在此不再赘述。
上述对比例1-6提供的涂料的制备方法同实施例1，在此不再赘述。
试验例1
将实施例及对比例提供的涂料涂装于管道的外表面，其中，管道类型选择：GB/T9711(ISO 3183)中的PSL2管。采用内外壁温度计贴片测定管道内外壁的温差，结果如下表2所示。
表2
管内外壁温差/℃
实施例1 100
实施例2 92
实施例3 80
实施例4 85
实施例5 82
实施例6 80
实施例7 80
实施例8 80
实施例9 80
实施例10 82
实施例11 80
对比例1 68
对比例2 59
对比例3 62
对比例4 63
对比例5 78
对比例6 74
试验例2
将实施例及对比例提供的涂料根据JC/T157的规定制备测试样品，并测定粘结强度，同时根据GB/T9755-1997测定人工气候老化性，结果如下表3所示。
表3
粘结强度(MPa) 耐老化性(h)
实施例1 1.02 600
实施例2 0.95 600
实施例3 0.82 600
实施例4 0.78 600
实施例5 0.68 600
实施例6 0.73 600
实施例7 0.79 800
实施例8 0.81 750
实施例9 0.77 450
实施例10 0.72 850
实施例11 0.69 250
对比例1 0.70 600
对比例2 0.60 600
对比例3 0.65 600
对比例4 0.57 600
对比例5 0.52 600
对比例6 0.59 600
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种隔热保温耐候涂料，其特征在于，包括按质量份数计的如下原料：热辐射填料20-30份，热反射填料10-20份，隔热保温填料10-20份，聚合物乳液20-30份，助剂0-5份，水补充至100份；
其中，所述热辐射填料包括磷酸钴和12-钼杂硅酸钠，且两者的质量比为（2-3）：（3-2）。
2.根据权利要求1所述的隔热保温耐候涂料，其特征在于，包括按质量份数计的如下原料：热辐射填料20-25份，热反射填料10-15份，隔热保温填料10-20份，聚合物乳液25-30份，助剂0-5份，水补充至100份。
3.根据权利要求1所述的隔热保温耐候涂料，其特征在于，所述聚合物乳液包括氟碳乳液和丙烯酸乳液，且两者的质量比为（1-3）：（3-1）。
4.根据权利要求3所述的隔热保温耐候涂料，其特征在于，所述氟碳乳液的固含量为40-50%；
所述丙烯酸乳液的Tg介于-10~0℃。
5.根据权利要求1所述的隔热保温耐候涂料，其特征在于，所述热反射填料包括氧化锆、氧化铝、二氧化钛、氧化镁和氧化锌中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的隔热保温耐候涂料，其特征在于，所述热反射填料为氧化锆和/或氧化铝。
7.根据权利要求1所述的隔热保温耐候涂料，其特征在于，所述隔热保温填料包括气凝胶粉、中空微球、陶瓷微球、海泡石、闭孔膨胀珍珠岩、蛭石和硅酸钾晶须中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的隔热保温耐候涂料，其特征在于，所述隔热保温填料为气凝胶粉。
9.根据权利要求7所述的隔热保温耐候涂料，其特征在于，所述气凝胶粉的孔径≥70nm，孔隙率≥99%。
10.根据权利要求1-9任一项所述的隔热保温耐候涂料，其特征在于，所述助剂包括分散剂、成膜助剂、增稠剂、消泡剂、pH调节剂、润湿剂和防冻剂中的至少一种。
11.根据权利要求1-10任一项所述的隔热保温耐候涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将热辐射填料、热反射填料、隔热保温填料、聚合物乳液、水和任选的助剂混合均匀，得到隔热保温耐候涂料。
12.根据权利要求1-10任一项所述的隔热保温耐候涂料在油田开发领域的应用。
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