深海油氣輸送鋼管外壁的防腐涂料所用膠黏劑及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種深海油氣輸送鋼管外壁的防腐涂料所用膠黏劑及制備方法，膠黏劑的原料組成按質(zhì)量百分比為：聚丙烯55~70%、功能性聚烯烴20~30%、反應(yīng)單體2~6%、石墨烯1~3%、納米CaCO32~5%、引發(fā)劑0.1~0.6%、成核劑0.4~0.8%、抗氧劑0.1~1.5%。其制備方法，包括以下步驟：將原料混合后攪拌均勻，放入雙螺桿擠出機(jī)，進(jìn)行混煉和塑化，拉條水冷、風(fēng)干切粒，擠出造粒封裝，得到所述膠黏劑。本發(fā)明具有優(yōu)異的力學(xué)性能，尤其改善了低溫沖擊性能，應(yīng)用廣泛。
【專利說(shuō)明】深海油氣輸送鋼管外壁的防腐涂料所用膠黏劑及制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋼質(zhì)管道防腐【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種深海油氣輸送鋼管外壁防腐涂 料所用聚丙烯膠黏劑的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 油氣資源作為一個(gè)國(guó)家重要的能源和戰(zhàn)略物資，在現(xiàn)代軍事、工業(yè)以及人類生活 等領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。隨著陸上石油天然氣資源被過度開采造成的資源枯竭，海 洋油氣的爭(zhēng)奪、開采與利用已成為當(dāng)今世界大小各國(guó)軍事、政治、經(jīng)濟(jì)以及外交等關(guān)注的熱 點(diǎn)與焦點(diǎn)。目前，海洋油氣資源開發(fā)通常采用大型船舶和管道等方式進(jìn)行運(yùn)輸，其中海底管 道運(yùn)輸具有安全性能高和成本低的突出優(yōu)勢(shì)，已被大多數(shù)國(guó)家所采用。目前國(guó)外海底油氣 輸送管道總量已超過llOOOOKm，而我國(guó)在海洋石油天然氣勘探、開發(fā)和油氣輸送等方面起 步較晚，國(guó)產(chǎn)海底油氣管道在力學(xué)性能，耐腐蝕和使用壽命方面與國(guó)外產(chǎn)品存在較大差距， 安全隱患也比較突出。因此，研制耐惡劣海洋環(huán)境的油氣輸送管道迫在眉睫。而管道的防 腐對(duì)管道的使用壽命和使用安全至關(guān)重要。
[0003] 3PP/3PE管道防腐層是世界公認(rèn)的最先進(jìn)、最有效的管道防腐方案，其超過50年 的防護(hù)效果和經(jīng)濟(jì)的施工價(jià)格也是能夠大面積推廣的重要原因。它由熔結(jié)粉末環(huán)氧底層、 膠黏劑中間層和聚乙烯/聚丙烯外層3種材料構(gòu)成。與3PE相比，3PP具有更高的使用溫 度，最商可達(dá)85 C。
[0004] 由于聚丙烯的主鏈上有許多帶甲基的叔碳原子，叔碳原子上的氫易受到氧的攻 擊，導(dǎo)致聚丙烯熱穩(wěn)定性偏差，尤其加入過氧化物引發(fā)劑后這種現(xiàn)象尤為明顯。這種現(xiàn)象導(dǎo) 致聚丙烯的力學(xué)性能急劇下降，尤其是低溫沖擊性能差，對(duì)缺口十分敏感。此外，在加工過 程中，聚丙烯的分解也導(dǎo)致了產(chǎn)品熔體強(qiáng)度的顯著下降，使得聚丙烯在擠出過程中會(huì)出現(xiàn) 熔體斷裂，幅寬不穩(wěn)等現(xiàn)象。因此，有必要開發(fā)一種高性能聚丙烯膠黏劑，從而系統(tǒng)地提高 聚丙烯膠黏劑的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性能以及生產(chǎn)加工性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種深海油氣輸送鋼管外壁的防腐涂料所用膠黏劑，以改善 聚丙烯自身低溫沖擊性差的缺點(diǎn)，具有良好的力學(xué)性能和生產(chǎn)加工性能。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案： 一種深海油氣輸送鋼管外壁的防腐涂料所用膠黏劑，其原料組成按質(zhì)量百分比為： 聚丙烯 55?70% 功能性聚烯烴 2(Γ30% 反應(yīng)單體 2?6% 石墨烯 廣3% 納米CaC03 2?5% 引發(fā)劑 0.1?0.6% 成核劑 0. 4~0. 8% 抗氧劑 0. f 1. 5%。
[0007] 所述的聚丙烯為共聚聚丙烯，且是熔體動(dòng)速率小于2的管材級(jí)或擠出級(jí)聚丙烯。
[0008] 所述的聚丙烯為PPB4228、PPB8101、PPK8303、PPB240中的一種或幾種。
[0009] 所述的功能性烯烴為三元乙丙橡膠、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、 聚異丁烯、聚丁二烯中的一種或幾種。
[0010] 所述的反應(yīng)單體為馬來(lái)酸酐、丙烯酰胺衍生物、馬來(lái)酸二丁酯中的一種或幾種。
[0011] 所述的引發(fā)劑為氧化二苯甲酰、過氧化二異丙苯、叔丁基過氧化氫或異丙苯過氧 化氫的一種。
[0012] 所述的成核劑為芐基山梨醇衍生物系列成核劑或磷酸金屬鹽衍生物系列成核劑。
[0013] 所述的抗氧劑由主抗氧劑1010和助抗氧劑618組成，其中，主抗氧劑與助抗氧劑 的質(zhì)量比為
[0014] 優(yōu)選的，所述的聚丙烯為PPB4228,所述的功能性烯烴為三元乙丙橡膠或乙烯-醋 酸乙烯共聚物，所述的反應(yīng)單體為馬來(lái)酸酐，所述的引發(fā)劑為二叔丁基過氧化物，所述的成 核劑為1，3, 2, 4-二（3-甲基-4-芐基）山梨醇。
[0015] 本發(fā)明還提供了上述膠黏劑的制備方法，技術(shù)方案如下： 一種深海油氣輸送鋼管外壁的防腐涂料所用膠黏劑的制備方法，包括以下步驟： a. 將原料混合后攪拌均勻，攪拌速度為65(Γ850轉(zhuǎn)/分鐘； b. 將步驟a中充分混合的原料放入雙螺桿擠出機(jī)，進(jìn)行混煉和塑化；控制雙螺桿擠出 機(jī)的轉(zhuǎn)速使混合物在整個(gè)螺桿內(nèi)停留2~3分鐘，各段溫度依次設(shè)定為175°C，180°C，185°C， 190°C，200°C，200°C，195°C，185°C和175°C，切粒過程中切粒機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定為550?750轉(zhuǎn)/ 分鐘； c. 拉條水冷，水冷槽中水溫設(shè)定為35飛0°C ; d. 風(fēng)干切粒，擠出造粒封裝，得到所述膠黏劑。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是： 由于納米CaC03具有納米尺度效應(yīng)，比表面積大、比表面能高、表面缺陷少、非配對(duì)原子 多，它的加入可以使膠黏劑與3PP防腐層中的環(huán)氧底層和PP外層有更強(qiáng)的結(jié)合能力，并且 使膠黏劑具有更好的力學(xué)性能，尤其改善了聚丙烯低溫沖擊性能差的缺點(diǎn)，使之具有良好 的耐沖刷性、柔韌性。
[0017] I父黏劑中加入了石墨稀，石墨稀具有商強(qiáng)商t旲的特性，不僅可以提商I父黏劑的力 學(xué)性能，也可以作為聚丙烯二次結(jié)晶的成核劑。聚丙烯在熔融冷卻過程中以石墨烯為晶核， 再次結(jié)晶，提高材料的分子量，從而使產(chǎn)品具有高的維卡軟化點(diǎn)。石墨烯的二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)也 使體系具有更高的沖擊韌性，特別是低溫沖擊韌性。
[0018] 本發(fā)明能夠達(dá)到以下技術(shù)效果： 1、 本發(fā)明的鋼制管道用膠黏劑的熔點(diǎn)大于170°c，具有較高的使用溫度上限； 2、 本發(fā)明的膠黏劑以PP為基質(zhì)樹脂，與3PP防腐層的PP外層相容，可以使環(huán)氧底層與 PP外層牢固地粘結(jié)到一起； 3、 本發(fā)明的膠黏劑具有良好的力學(xué)性能，使用壽命長(zhǎng)； 4、 本發(fā)明的膠黏劑適用于不同的涂敷機(jī)型和其加工溫度較寬（18(T250°C); 5、 本發(fā)明的膠黏劑采用二叔丁基過氧化物為引發(fā)劑，確保產(chǎn)品熱分解無(wú)味，同時(shí)也降 低了反應(yīng)單體馬來(lái)酸酐的用量，從而減少了對(duì)環(huán)境的污染； 6、 本發(fā)明的膠黏劑具有良好的加工性，配方及設(shè)備都很簡(jiǎn)單，大大提高了生產(chǎn)效率。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 一種深海油氣輸送鋼管外壁的防腐涂料所用膠黏劑，其原料組成按質(zhì)量百分比 為： 聚丙烯 55?70% 功能性聚烯烴 2(Γ30% 反應(yīng)單體 2?6% 石墨烯 廣3% 納米CaC03 2?5% 引發(fā)劑 0.1?0.6% 成核劑 0. 4~0. 8% 抗氧劑 0. f 1. 5%。
[0020] 其中，聚丙烯為共聚聚丙烯，且是熔體動(dòng)速率小于2的管材級(jí)或擠出級(jí)聚丙烯，即 為屮？84228、？？88101、？？1(8303、？？8240 中的一種或幾種。
[0021] 功能性烯烴為三元乙丙橡膠、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、聚異丁 烯、聚丁二烯中的一種或幾種。
[0022] 反應(yīng)單體為馬來(lái)酸酐、丙烯酰胺衍生物、馬來(lái)酸二丁酯中的一種或幾種。
[0023] 引發(fā)劑為氧化二苯甲酰、過氧化二異丙苯、叔丁基過氧化氫或異丙苯過氧化氫的 一種。
[0024] 成核劑為芐基山梨醇衍生物系列成核劑或磷酸金屬鹽衍生物系列成核劑。
[0025] 抗氧劑由主抗氧劑1010和助抗氧劑618組成，其中，主抗氧劑與助抗氧劑的質(zhì)量 比為1:1?4:1。
[0026] 作為優(yōu)選方案，聚丙烯為PPB4228,功能性烯烴為三元乙丙橡膠或乙烯-醋酸乙烯 共聚物，反應(yīng)單體為馬來(lái)酸酐，引發(fā)劑為二叔丁基過氧化物，成核劑為1，3, 2, 4-二（3-甲 基-4-芐基）山梨醇。
[0027] 上述深海油氣輸送鋼管外壁的防腐涂料所用膠黏劑的制備方法，包括以下步驟： a. 將原料混合后攪拌均勻，攪拌速度為65(Γ850轉(zhuǎn)/分鐘； b. 將步驟a中充分混合的原料放入雙螺桿擠出機(jī)，進(jìn)行混煉和塑化；控制雙螺桿擠出 機(jī)的轉(zhuǎn)速使混合物在整個(gè)螺桿內(nèi)停留2~3分鐘，各段溫度依次設(shè)定為175°C，180°C，185°C， 190°C，200°C，200°C，195°C，185°C和175°C，切粒過程中切粒機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定為550?750轉(zhuǎn)/ 分鐘； c. 拉條水冷，水冷槽中水溫設(shè)定為35飛0°C ; d. 風(fēng)干切粒，擠出造粒封裝，得到所述膠黏劑。
[0028] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0029] 實(shí)施例1 (一）原料： 聚丙烯：PPB4228 功能性聚烯烴：三元乙丙橡膠、乙烯-醋酸乙烯共聚物 反應(yīng)單體：馬來(lái)酸酐 石墨烯 納米CaC03 引發(fā)劑：二叔丁基過氧化物 成核劑：1，3, 2, 4-二（3-甲基-4-芐基）山梨醇 抗氧劑：主抗氧劑1010,助抗氧劑168 按照質(zhì)量百分比，上述原料配比為：聚丙烯55%，功能性聚烯烴30%，反應(yīng)單體6%，石墨 烯2%，納米CaC035%，引發(fā)劑0. 1%，成核劑0. 4%，抗氧劑1. 5% (其中主抗氧劑1%，助抗氧劑 0· 5%)。
[0030] (二）制備方法： 1、 將上述原料混合后攪拌均勻，設(shè)定攪拌速度為65(Γ850轉(zhuǎn)/分鐘； 2、 將步驟1鐘充分混合的原料放入雙螺桿擠出機(jī)，進(jìn)行混煉和塑化；控制雙螺桿擠出 機(jī)的轉(zhuǎn)速使混合物在整個(gè)螺桿內(nèi)停留2~3分鐘，各段溫度依次設(shè)定為175°C，180°C，185°C， 190°C，200°C，20(rC，195°C，185°C和175°C，切粒過程中切粒機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定為550?750轉(zhuǎn)/ 分鐘； 3、 拉條水冷，水冷槽中水溫設(shè)定為35~50°C ; 4、 風(fēng)干切粒，擠出造粒封裝，得到所述鋼管外壁防腐所用膠黏劑。
[0031] 實(shí)施例2 (一）原料： 聚丙烯：PPB4228 功能性聚烯烴：三元乙丙橡膠、乙烯-醋酸乙烯共聚物 反應(yīng)單體：馬來(lái)酸酐 石墨烯 納米CaC03 引發(fā)劑：氧化二苯甲酰 成核劑：1，3, 2, 4-二（3-甲基-4-芐基）山梨醇 抗氧劑：主抗氧劑1010,助抗氧劑168 按照質(zhì)量百分比，上述原料配比為：聚丙烯60%，功能性聚烯烴28%，反應(yīng)單體4%，石墨 烯1%，納米CaC035%，引發(fā)劑0. 2%，成核劑0. 6%，抗氧劑1. 2% (其中主抗氧劑1010為0. 8%， 助抗氧劑168為0.4%)。
[0032] (二）制備方法： 1、 將原料混合后攪拌均勻，設(shè)定攪拌速度為65(Γ850轉(zhuǎn)/分鐘； 2、 將步驟1中充分混合的原料放入雙螺桿擠出機(jī)，進(jìn)行混煉和塑化；控制雙螺桿擠出 機(jī)的轉(zhuǎn)速使混合物在整個(gè)螺桿內(nèi)停留大約2~3分鐘，各段溫度依次設(shè)定為175°C，180°C， 185 °C，190°C，200°C，200°C，195 °C，185 °C和175 °C，切粒過程中切粒機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定為 550?750轉(zhuǎn)/分鐘； 3、 拉條水冷，水冷槽中水溫設(shè)定為35飛0°C ; 4、風(fēng)干切粒，擠出造粒封裝，得到所述鋼管外壁防腐所用膠黏劑。
[0033] 實(shí)施例3 (一）原料： 聚丙烯：PPB4228 功能性聚烯烴：三元乙丙橡膠、乙烯-醋酸乙烯共聚物 反應(yīng)單體：馬來(lái)酸酐 石墨烯 納米CaC03 引發(fā)劑：氧化二苯甲酰 成核劑：1，3, 2, 4-二（3-甲基-4-芐基）山梨醇 抗氧劑：主抗氧劑1010,助抗氧劑168 原料配比：聚丙烯65%，功能性聚烯烴25%，反應(yīng)單體4%，石墨烯2%，納米CaC032%，引發(fā) 劑0. 6%，成核劑0. 8%，抗氧劑0. 6% (均為質(zhì)量百分比，其中主抗氧劑1010為0. 3%，助抗氧 齊[J 168 為 0· 3%)。
[0034] (二）制備方法： 1、 將原料混合后攪拌均勻，設(shè)定攪拌速度為65(Γ850轉(zhuǎn)/分鐘； 2、 將步驟1中充分混合的原料放入雙螺桿擠出機(jī)，進(jìn)行混煉和塑化；控制雙螺桿擠出 機(jī)的轉(zhuǎn)速使混合物在整個(gè)螺桿內(nèi)停留2~3分鐘，各段溫度依次設(shè)定為175°C，180°C，185°C， 190°C，200°C，200°C，195°C，185°C和175°C，切粒過程中切粒機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定為550?750轉(zhuǎn)/ 分鐘； 3、 拉條水冷，水冷槽中水溫設(shè)定為35~50°C ; 4、 風(fēng)干切粒，擠出造粒封裝，得到所述鋼管外壁防腐所用膠黏劑。
[0035] 實(shí)施例4 (一）原料： 聚丙烯：PPB4228 功能性聚烯烴：三元乙丙橡膠、乙烯-醋酸乙烯共聚物 反應(yīng)單體：馬來(lái)酸酐 石墨烯 納米CaC03 引發(fā)劑：氧化二苯甲酰 成核劑：1，3, 2, 4-二（3-甲基-4-芐基）山梨醇 抗氧劑：主抗氧劑1010,助抗氧劑168 原料配比：聚丙烯70%，功能性聚烯烴20%，反應(yīng)單體2%，石墨烯3%，納米CaC034%，弓丨 發(fā)劑0. 4%，成核劑0. 5%，抗氧劑0. 1% (均為質(zhì)量百分比，其中主抗氧劑0. 08%，助抗氧劑 0. 02%)。
[0036] (二）制備方法： 1、 將原料混合后攪拌均勻，設(shè)定攪拌速度為65(Γ850轉(zhuǎn)/分鐘； 2、 將步驟1鐘充分混合的原料放入雙螺桿擠出機(jī)，進(jìn)行混煉和塑化；控制雙螺桿擠出 機(jī)的轉(zhuǎn)速使混合物在整個(gè)螺桿內(nèi)停留大約2~3分鐘，各段溫度依次設(shè)定為175°C，180°C，
【權(quán)利要求】
1. 一種深海油氣輸送鋼管外壁的防腐涂料所用膠黏劑，其特征在于：其原料組成按質(zhì) 量百分比為： 聚丙烯 55?70% 功能性聚烯烴 2(Γ30% 反應(yīng)單體 2?6% 石墨烯 廣3% 納米CaC03 2?5% 引發(fā)劑 0.1?0.6% 成核劑 0. 4~0. 8% 抗氧劑 0. f 1. 5%。
2. 如權(quán)利要求1所述的深海油氣輸送鋼管外壁的防腐涂料所用膠黏劑，其特征在于： 所述的聚丙烯為共聚聚丙烯，且是熔體動(dòng)速率小于2的管材級(jí)或擠出級(jí)聚丙烯。
3. 如權(quán)利要求2所述的深海油氣輸送鋼管外壁的防腐涂料所用膠黏劑，其特征在于： 所述的聚丙烯為PPB4228、PPB8101、PPK8303、PPB240中的一種或幾種。
4. 如權(quán)利要求1所述的深海油氣輸送鋼管外壁的防腐涂料所用膠黏劑，其特征在于： 所述的功能性烯烴為三元乙丙橡膠、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、聚異丁烯、 聚丁二烯中的一種或幾種。
5. 如權(quán)利要求1所述的深海油氣輸送鋼管外壁的防腐涂料所用膠黏劑，其特征在于： 所述的反應(yīng)單體為馬來(lái)酸酐、丙烯酰胺衍生物、馬來(lái)酸二丁酯中的一種或幾種。
6. 如權(quán)利要求1所述的深海油氣輸送鋼管外壁的防腐涂料所用膠黏劑，其特征在于： 所述的引發(fā)劑為氧化二苯甲酰、過氧化二異丙苯、叔丁基過氧化氫或異丙苯過氧化氫的一 種。
7. 如權(quán)利要求1所述的深海油氣輸送鋼管外壁的防腐涂料所用膠黏劑，其特征在于： 所述的成核劑為芐基山梨醇衍生物系列成核劑或磷酸金屬鹽衍生物系列成核劑。
8. 如權(quán)利要求1所述的深海油氣輸送鋼管外壁的防腐涂料所用膠黏劑，其特征在于： 所述的抗氧劑由主抗氧劑1010和助抗氧劑618組成，其中，主抗氧劑與助抗氧劑的質(zhì)量比 為 1:1?4:1。
9. 如權(quán)利要求1所述的深海油氣輸送鋼管外壁的防腐涂料所用膠黏劑，其特征在 于：所述的聚丙烯為PPB4228,所述的功能性烯烴為三元乙丙橡膠或乙烯-醋酸乙烯共 聚物，所述的反應(yīng)單體為馬來(lái)酸酐，所述的引發(fā)劑為二叔丁基過氧化物，所述的成核劑為 1，3, 2, 4-二（3-甲基-4-芐基）山梨醇。
10. -種深海油氣輸送鋼管外壁的防腐涂料所用膠黏劑的制備方法，其特征在于：包 括以下步驟： a. 將原料混合后攪拌均勻，攪拌速度為65(Γ850轉(zhuǎn)/分鐘； b. 將步驟a中充分混合的原料放入雙螺桿擠出機(jī)，進(jìn)行混煉和塑化；控制雙螺桿擠出 機(jī)的轉(zhuǎn)速使混合物在整個(gè)螺桿內(nèi)停留2~3分鐘，各段溫度依次設(shè)定為175°C，180°C，185°C， 190°C，200°C，200°C，195°C，185°C和175°C，切粒過程中切粒機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定為550?750轉(zhuǎn)/ 分鐘； c. 拉條水冷，水冷槽中水溫設(shè)定為35~50°C ; d.風(fēng)干切粒，擠出造粒封裝，得到所述膠黏劑。
【文檔編號(hào)】C09J123/08GK104087211SQ201410363617
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】姚正軍, 徐丹, 周金堂, 李天明, 劉沛江 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)