CN114933835B - 一种钢管防腐层及使用该防腐层的钢管 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种钢管防腐层及使用该防腐层的钢管，防腐涂料包括组分：改性水溶性丙烯酸树脂、消泡剂、无机填料、硅烷偶联剂、有机硅流平剂、聚乙二醇、分散剂、溶剂。本发明提供的一种钢管防腐层，共分为两层。第一层为金属铁和乙二胺四乙酸二钠在钢管表面形成稳定的螯合物层，该螯合物层一方面提高了钢管的耐腐蚀性能，另一方面也提高了钢管表面的粗糙程度，有利于增加防腐涂料的附着力。第二层为防腐涂料层，该层中1‑(3,4‑二羟苯基)‑2‑氨基乙醇中含有3个羟基，尤其是其中的两个临位酚羟基在钢管表面具有优异的附着力，可以大大提高防腐涂料在钢管的粘附能力，使其不易脱落。

Description

一种钢管防腐层及使用该防腐层的钢管
技术领域
本发明属于涂料制造技术领域，尤其涉及一种钢管防腐层及使用该防腐层的钢管。
背景技术
钢管在民用以及国防领域都具有不可取代的重要地位，而腐蚀给社会发展带来了巨大的经济损失和环境危害，因此解决这一问题成为科技发展的重要目标之一，而开发新型、性能优异的防腐涂料是解决此问题的关键。通常在钢管表面涂覆一层有机防腐涂料是有效的防腐手段，因为表面的有机涂层充当障碍物的角色，可以一定程度上阻止水分、氧气及离子等进入金属界面发生氧化还原反应而腐蚀钢管。
为了确保防腐涂料和钢管表面之间有良好的结合力，涂料在施工前必须先对被涂的钢管表面进行严格的前处理，包括简单的溶剂清洗、手工和动力工具打磨、喷砂等方法。其中采用喷砂处理可提高金属表面的粗糙度，试验表明经过喷砂的金属表面其粗糙度R值可达到6-8之间，粗糙的表面可以大幅增加涂料与基材间的实际接触面积并取得锚固效果，增强涂层的附着力。然而当底材的表面处理的状况达不到预期要求时，要使涂料与底材获得良好的附着力并不容易。依据ISO12944的推荐和行业内整体涂装情况来看，传统的涂料对于表面处理等级较高(Sa2.5以上)的喷砂面有优异的附着力和防腐性能，但是对于某些无法进行喷砂处理的光滑金属零部件加工面，或者某些优质合金钢表面会出现附着不良的问题，严重时会出现大面积涂层脱落现象。
发明内容
本发明为了克服现有技术中存在的上述问题，提供了一种钢管防腐层及使用该防腐层的钢管。
一种钢管防腐层，由防腐剂喷涂而成，所述防腐剂包括以下重量份数的组分：改性水溶性丙烯酸树脂40-55份、消泡剂0.8-1.8份、无机填料5-12份、硅烷偶联剂2-8份、有机硅流平剂1-5份、聚乙二醇3-7份、分散剂4-6份、溶剂5-15份；
所述改性水溶性丙烯酸树脂制备方法为：
将10g水溶性丙烯酸树脂与50g去离子水混合均匀后，缓慢加入100g质量分数为10％的N-乙基-N’-(3-(二甲氨基)丙基)碳二亚胺盐酸盐水溶液，再用0.1mol/L的NaOH水溶液调pH＝4.75，并搅拌0.5h；然后，在搅拌下，缓慢加入100g质量分数为10％的N-羟基琥珀酰亚胺水溶液，搅拌反应2h，反应期间用0.1mol/L的NaOH水溶液或0.1mol/L的HCl水溶液调pH＝7.2；再缓慢加入100g质量分数为20％的1-(3,4-二羟苯基)-2-氨基乙醇水溶液，室温下搅拌反应6h，用0.1mol/L的NaOH水溶液或0.1mol/L的HCl水溶液调pH＝7.0，结束反应，产物透析纯化，冷冻干燥，得到改性水溶性丙烯酸树脂。
具体的，所述溶剂为乙酸乙酯、丙酮和环戊烷质量比为1-3:2:2-5的混合物。
具体的，所述无机填料为氧化镁、高岭土和滑石粉质量比为1:0.2-0.5:0.1-0.3的混合物。
本发明还提供了使用上述的一种钢管防腐层的钢管，该钢管制备方法为：
步骤1：把待加工钢管进行表面打磨，除去表面的氧化物，避氧保存备用，得前处理钢管；
步骤2：在高压反应器中加入质量分数为1-5％的乙二胺四乙酸二钠水溶液，该水溶液进行除氧处理，并氮气保护；
步骤3：把步骤1中的前处理钢管加入步骤2中含有质量分数为1-5％的乙二胺四乙酸二钠水溶液的高压反应器中，使前处理钢管完全浸没，封闭高压反应器，1h内升温至180-220℃，保持24-48h；
步骤4：取出步骤3中经过处理的钢管，水洗烘干，然后把所述防腐剂喷涂在经过步骤3处理的钢管表面，常温固化干燥，即可得到成品。
所述防腐剂的制备方法为：在容器中分别加入改性水溶性丙烯酸树脂、消泡剂、无机填料、硅烷偶联剂、有机硅流平剂、聚乙二醇、分散剂、溶剂，于室温下剪切混合均匀后即可。
本发明提供的一种钢管防腐层，共分为两层。第一层为金属铁和乙二胺四乙酸二钠在钢管表面形成的螯合物层，该螯合物层一方面提高了钢管的耐腐蚀性能，另一方面也提高了钢管表面的粗糙程度，有利于增加防腐涂料的附着力。第二层为防腐涂料层，该层中的水溶性丙烯酸树脂经过1-(3,4-二羟苯基)-2-氨基乙醇改性，使丙烯酸树脂的羧基和1-(3,4-二羟苯基)-2-氨基乙醇的氨基进行反应，达到1-(3,4-二羟苯基)-2-氨基乙醇接枝丙烯酸树脂的目的；1-(3,4-二羟苯基)-2-氨基乙醇中含有3个羟基，尤其是其中的两个临位酚羟基在钢管表面具有优异的附着力，可以大大提高防腐涂料在钢管的粘附能力，使其不易脱落。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
以下实施方式中消泡剂为有机硅类消泡剂BYK-065，硅烷偶联剂为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，有机硅流平剂为MONENG-1070，分散剂为六偏磷酸钠。
实施例1
一种钢管防腐层，由防腐剂喷涂而成，所述防腐剂包括以下重量份数的组分：改性水溶性丙烯酸树脂40份、消泡剂0.8份、无机填料5份、硅烷偶联剂2份、有机硅流平剂1份、聚乙二醇3份、分散剂4份、溶剂5份。
所述溶剂为乙酸乙酯、丙酮和环戊烷重量比为1:2:2的混合物。所述无机填料为氧化镁、高岭土和滑石粉重量比为1:0.2:0.1的混合物。
改性水溶性丙烯酸树脂制备方法为：
将10g水溶性丙烯酸树脂与50g去离子水混合均匀后，缓慢加入100g质量分数为10％的N-乙基-N’-(3-(二甲氨基)丙基)碳二亚胺盐酸盐水溶液，再用0.1mol/L的NaOH水溶液调pH＝4.75，并搅拌0.5h；然后，在搅拌下，缓慢加入100g质量分数为10％的N-羟基琥珀酰亚胺水溶液，搅拌反应2h，反应期间用0.1mol/L的NaOH水溶液或0.1mol/L的HCl水溶液调pH＝7.2；再缓慢加入100g质量分数为20％的1-(3,4-二羟苯基)-2-氨基乙醇水溶液，室温下搅拌反应6h，用0.1mol/L的NaOH水溶液或0.1mol/L的HCl水溶液调pH＝7.0，结束反应，产物透析纯化，冷冻干燥，得到改性水溶性丙烯酸树脂。
所述防腐剂的制备方法为：在容器中分别加入改性水溶性丙烯酸树脂、消泡剂、无机填料、硅烷偶联剂、有机硅流平剂、聚乙二醇、分散剂、溶剂，于室温下剪切混合均匀后即可。
使用上述的一种钢管防腐层的钢管的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：把待加工钢管进行表面打磨，除去表面的氧化物，避氧保存备用，得前处理钢管；
步骤2：在高压反应器中加入质量分数为1％的乙二胺四乙酸二钠水溶液，该水溶液进行除氧处理，并氮气保护；
步骤3：把步骤1中的前处理钢管加入步骤2中含有质量分数为1-5％的乙二胺四乙酸二钠水溶液的高压反应器中，使前处理钢管完全浸没，封闭高压反应器，1h内升温至220℃，保持24h；。
步骤4：取出步骤3中经过处理的钢管，水洗烘干，然后把所述防腐剂喷涂在经过步骤3处理的钢管表面，常温固化干燥，即可得到成品。
实施例2
一种钢管防腐层，由防腐剂喷涂而成，所述防腐剂包括以下重量份数的组分：改性水溶性丙烯酸树脂47份、消泡剂1.3份、无机填料8份、硅烷偶联剂5份、有机硅流平剂3份、聚乙二醇5份、分散剂5份、溶剂10份。
所述溶剂为乙酸乙酯、丙酮和环戊烷重量比为2:2:3.5的混合物；所述无机填料为氧化镁、高岭土和滑石粉重量比为1:0.35:0.2的混合物。
改性水溶性丙烯酸树脂制备方法为：
将10g水溶性丙烯酸树脂与50g去离子水混合均匀后，缓慢加入100g质量分数为10％的N-乙基-N’-(3-(二甲氨基)丙基)碳二亚胺盐酸盐水溶液，再用0.1mol/L的NaOH水溶液调pH＝4.75，并搅拌0.5h；然后，在搅拌下，缓慢加入100g质量分数为10％的N-羟基琥珀酰亚胺水溶液，搅拌反应2h，反应期间用0.1mol/L的NaOH水溶液或0.1mol/L的HCl水溶液调pH＝7.2；再缓慢加入100g质量分数为20％的1-(3,4-二羟苯基)-2-氨基乙醇水溶液，室温下搅拌反应6h，用0.1mol/L的NaOH水溶液或0.1mol/L的HCl水溶液调pH＝7.0，结束反应，产物透析纯化，冷冻干燥，得到改性水溶性丙烯酸树脂。
所述防腐剂的制备方法为：在容器中分别加入改性水溶性丙烯酸树脂、消泡剂、无机填料、硅烷偶联剂、有机硅流平剂、聚乙二醇、分散剂、溶剂，于室温下剪切混合均匀后即可。
使用上述的一种钢管防腐层的钢管的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：把待加工钢管进行表面打磨，除去表面的氧化物，避氧保存备用，得前处理钢管；
步骤2：在高压反应器中加入质量分数为3％的乙二胺四乙酸二钠水溶液，该水溶液进行除氧处理，并氮气保护；
步骤3：把步骤1中的前处理钢管加入步骤2中含有质量分数为3％的乙二胺四乙酸二钠水溶液的高压反应器中，使前处理钢管完全浸没，封闭高压反应器，1h内升温至200℃，保持36h；
步骤4：取出步骤3中经过处理的钢管，水洗烘干，然后把所述防腐剂喷涂在经过步骤3处理的钢管表面，常温固化干燥，即可得到成品。
实施例3
一种钢管防腐层涂料包括以下重量份数的组分：改性水溶性丙烯酸树55份、消泡剂1.8份、无机填料12份、硅烷偶联剂8份、有机硅流平剂5份、聚乙二醇7份、分散剂6份、溶剂15份。
所述溶剂为乙酸乙酯、丙酮和环戊烷重量比为3:2:5的混合物；所述无机填料为氧化镁、高岭土和滑石粉重量比为1:0.5:0.3的混合物。
所述改性水溶性丙烯酸树脂制备方法为：
将10g水溶性丙烯酸树脂与50g去离子水混合均匀后，缓慢加入100g质量分数为10％的N-乙基-N’-(3-(二甲氨基)丙基)碳二亚胺盐酸盐水溶液，再用0.1mol/L的NaOH水溶液调pH＝4.75，并搅拌0.5h；然后，在搅拌下，缓慢加入100g质量分数为10％的N-羟基琥珀酰亚胺水溶液，搅拌反应2h，反应期间用0.1mol/L的NaOH水溶液或0.1mol/L的HCl水溶液调pH＝7.2；再缓慢加入100g质量分数为20％的1-(3,4-二羟苯基)-2-氨基乙醇水溶液，室温下搅拌反应6h，用0.1mol/L的NaOH水溶液或0.1mol/L的HCl水溶液调pH＝7.0，结束反应，产物透析纯化，冷冻干燥，得到改性水溶性丙烯酸树脂。
所述防腐剂的制备方法为：在容器中分别加入改性水溶性丙烯酸树脂、消泡剂、无机填料、硅烷偶联剂、有机硅流平剂、聚乙二醇、分散剂、溶剂，于室温下剪切混合均匀后即可。
使用上述的一种钢管防腐层的钢管的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：把待加工钢管进行表面打磨，除去表面的氧化物，避氧保存备用，得前处理钢管；
步骤2：在高压反应器中加入质量分数为5％的乙二胺四乙酸二钠水溶液，该水溶液进行除氧处理，并氮气保护；
步骤3：把步骤1中的前处理钢管加入步骤2中含有质量分数为1-5％的乙二胺四乙酸二钠水溶液的高压反应器中，使前处理钢管完全浸没，封闭高压反应器，1h内升温至180℃，保持48h。
步骤4：取出步骤3中经过处理的钢管，水洗烘干，然后把所述防腐剂喷涂在经过步骤3处理的钢管表面，常温固化干燥，即可得到成品。
对比例1
一种钢管防腐层，由防腐剂喷涂而成，所述防腐剂包括以下重量份数的组分：水溶性丙烯酸树脂47份、消泡剂1.3份、无机填料8份、硅烷偶联剂5份、有机硅流平剂3份、聚乙二醇5份、分散剂5份、溶剂10份。
所述溶剂为乙酸乙酯、丙酮和环戊烷重量比为2:2:3.5的混合物；所述无机填料为氧化镁、高岭土和滑石粉重量比为1:0.35:0.2的混合物。
所述防腐剂的制备方法为：在容器中分别加入改性水溶性丙烯酸树脂、消泡剂、无机填料、硅烷偶联剂、有机硅流平剂、聚乙二醇、分散剂、溶剂，于室温下剪切混合均匀后即可。
使用上述的一种钢管防腐层的钢管的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：把待加工钢管进行表面打磨，除去表面的氧化物，避氧保存备用，得前处理钢管；
步骤2：在高压反应器中加入质量分数为3％的乙二胺四乙酸二钠水溶液，该水溶液进行除氧处理，并氮气保护；
把步骤1中的前处理钢管加入步骤2中含有质量分数为3％的乙二胺四乙酸二钠水溶液的高压反应器中，使前处理钢管完全浸没，封闭高压反应器，1h内升温至200℃，保持36h；
步骤4：取出步骤3中经过处理的钢管，水洗烘干，然后把所述防腐剂喷涂在经过步骤3处理的钢管表面，常温固化干燥，即可得到成品。
对比例2
一种钢管防腐层，由防腐剂喷涂而成，所述防腐剂包括以下重量份数的组分：改性水溶性丙烯酸树脂47份、消泡剂1.3份、无机填料8份、硅烷偶联剂5份、有机硅流平剂3份、聚乙二醇5份、分散剂5份、溶剂10份。
所述溶剂为乙酸乙酯、丙酮和环戊烷重量比为2:2:3.5的混合物；所述无机填料为氧化镁、高岭土和滑石粉重量比为1:0.35:0.2的混合物。
改性水溶性丙烯酸树脂制备方法为：
将10g水溶性丙烯酸树脂与50g去离子水混合均匀后，缓慢加入100g质量分数为10％的N-乙基-N’-(3-(二甲氨基)丙基)碳二亚胺盐酸盐水溶液，再用0.1mol/L的NaOH水溶液调pH＝4.75，并搅拌0.5h；然后，在搅拌下，缓慢加入100g质量分数为10％的N-羟基琥珀酰亚胺水溶液，搅拌反应2h，反应期间用0.1mol/L的NaOH水溶液或0.1mol/L的HCl水溶液调pH＝7.2；再缓慢加入100g质量分数为20％的1-(3,4-二羟苯基)-2-氨基乙醇水溶液，室温下搅拌反应6h，用0.1mol/L的NaOH水溶液或0.1mol/L的HCl水溶液调pH＝7.0，结束反应，产物透析纯化，冷冻干燥，得到改性水溶性丙烯酸树脂。
所述防腐剂的制备方法为：在容器中分别加入改性水溶性丙烯酸树脂、消泡剂、无机填料、硅烷偶联剂、有机硅流平剂、聚乙二醇、分散剂、溶剂，于室温下剪切混合均匀后即可。
使用上述的一种钢管防腐层的钢管的制备方法，包括如下步骤：
把钢管进行表面打磨，除去表面的氧化物，然后把所述防腐剂喷涂在经过步骤3处理的钢管表面，常温固化干燥，即可得到成品
表1.不同实施例中防腐层的防腐性能
实施方式 耐腐蚀性(d)
实施例1 118
实施例2 121
实施例3 122
对比例1 109
对比例2 104
注：耐腐蚀性测试是在3wt％的氯化钠水溶液中，于25℃进行的；各实施例中涂层干漆膜总厚度为150±20μm。
由表1数据可知：实施例1-3中钢管两层防腐层具有显著的防腐效果；对比例1中缺少1-(3,4-二羟苯基)-2-氨基乙醇中的3个羟基使其在钢管表面的附着力有所下降导致其防腐性能随之降低；对比例2中钢管表面未经过乙二胺四乙酸二钠水溶液高温处理，未形成铁和乙二胺四乙酸二钠水形成的螯合物层，一方面少了一层防护，另一方降低了防腐涂料的附着力，导致其防腐性能明显下降。

Claims (5)

1.一种钢管防腐层，由防腐剂喷涂而成，其特征在于，所述防腐剂包括以下重量份数的组分：改性水溶性丙烯酸树脂40-55份、消泡剂0.8-1.8份、无机填料5-12份、硅烷偶联剂2-8份、有机硅流平剂1-5份、聚乙二醇3-7份、分散剂4-6份、溶剂5-15份；
所述改性水溶性丙烯酸树脂制备方法为：
将10g水溶性丙烯酸树脂与50g去离子水混合均匀后，缓慢加入100g质量分数为10％的N-乙基-N’-(3-(二甲氨基)丙基)碳二亚胺盐酸盐水溶液，再用0.1mol/L的NaOH水溶液调pH＝4.75，并搅拌0.5h；然后，在搅拌下，缓慢加入100g质量分数为10％的N-羟基琥珀酰亚胺水溶液，搅拌反应2h，反应期间用0.1mol/L的NaOH水溶液或0.1mol/L的HCl水溶液调pH＝7.2；再缓慢加入100g质量分数为20％的1-(3,4-二羟苯基)-2-氨基乙醇水溶液，室温下搅拌反应6h，用0.1mol/L的NaOH水溶液或0.1mol/L的HCl水溶液调pH＝7.0，结束反应，产物透析纯化，冷冻干燥，得到改性水溶性丙烯酸树脂；
防腐剂喷涂前对钢管进行处理：步骤1：把待加工钢管进行表面打磨，除去表面的氧化物，避氧保存备用，得前处理钢管；步骤2：在高压反应器中加入质量分数为1-5％的乙二胺四乙酸二钠水溶液，该水溶液进行除氧处理，并氮气保护；步骤3：把步骤1中的前处理钢管加入步骤2中含有质量分数为1-5％的乙二胺四乙酸二钠水溶液的高压反应器中，使前处理钢管完全浸没，封闭高压反应器，1h内升温至180-220℃，保持24-48h；步骤4：取出步骤3中经过处理的钢管，水洗烘干，然后把所述防腐剂喷涂在经过步骤3处理的钢管表面，常温固化干燥，即可得到成品。
2.根据权利要求1所述的一种钢管防腐层，其特征在于，所述溶剂为乙酸乙酯、丙酮和环戊烷质量比为1-3:2:2-5的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种钢管防腐层，其特征在于，所述无机填料为氧化镁、高岭土和滑石粉质量比为1:0.2-0.5:0.1-0.3的混合物。
4.使用如权利要求1-3所述的一种钢管防腐层的钢管，其特征在于，该钢管制备方法为：
步骤1：把待加工钢管进行表面打磨，除去表面的氧化物，避氧保存备用，得前处理钢管；
步骤2：在高压反应器中加入质量分数为1-5％的乙二胺四乙酸二钠水溶液，该水溶液进行除氧处理，并氮气保护；
步骤3：把步骤1中的前处理钢管加入步骤2中含有质量分数为1-5％的乙二胺四乙酸二钠水溶液的高压反应器中，使前处理钢管完全浸没，封闭高压反应器，1h内升温至180-220℃，保持24-48h；
步骤4：取出步骤3中经过处理的钢管，水洗烘干，然后把所述防腐剂喷涂在经过步骤3处理的钢管表面，常温固化干燥，即可得到成品。
5.根据权利要求4所述的钢管，其特征在于，所述防腐剂的制备方法为：在容器中分别加入改性水溶性丙烯酸树脂、消泡剂、无机填料、硅烷偶联剂、有机硅流平剂、聚乙二醇、分散剂、溶剂，于室温下剪切混合均匀后即可。
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