深海油氣輸送鋼管外壁3pe防腐涂料環(huán)氧底層及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種深海油氣輸送鋼管外壁3PE防腐涂料環(huán)氧底層及制備方法。環(huán)氧底層的原料組成按質(zhì)量百分比為：環(huán)氧樹(shù)脂60~75%、硅烷偶聯(lián)劑5~10%、氧化石墨烯0.5~1.5%、氣相SiO2 2~5%、固化劑15~30%。其制備方法，包括以下步驟：將原料混合均勻后，進(jìn)行超聲波處理，再放入攪拌機(jī)中攪拌均勻，加熱固化，得到所述環(huán)氧底層。本發(fā)明具有優(yōu)異的力學(xué)性能，尤其改善了拉伸剪切強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度，應(yīng)用廣泛。
【專利說(shuō)明】深海油氣輸送鋼管外壁3PE防腐涂料環(huán)氧底層及制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋼質(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3PE防 腐涂料環(huán)氧底層及其制備方法。

【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(guò)度開(kāi)采造成的資源枯竭，海 洋油氣的爭(zhēng)奪、開(kāi)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(kāi)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(guò)llOOOOKm，而我國(guó)在海洋石油天然氣勘探、開(kāi)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(guò)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。
[0004] 由于環(huán)氧樹(shù)脂未經(jīng)改性的固化產(chǎn)物一般延伸率低、柔韌性差、脆性較大。當(dāng)承受到 內(nèi)應(yīng)力時(shí)，迅速形成缺陷區(qū)并擴(kuò)展成裂縫，導(dǎo)致固化物開(kāi)裂。樹(shù)脂采用通用固化劑后，樹(shù)脂 交聯(lián)密度高、內(nèi)應(yīng)力大，又因交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中羥基濃度較大，存在吸濕性大、耐濕熱穩(wěn)定性差、尺 寸穩(wěn)定性和介電性能欠佳等缺點(diǎn)。因此，有必要開(kāi)發(fā)一種尚性能環(huán)氧樹(shù)脂，從而系統(tǒng)地提尚 環(huán)氧樹(shù)脂的力學(xué)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3PE防腐涂料環(huán)氧底層，以改善 環(huán)氧樹(shù)脂自身韌性差的缺點(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3PE防腐涂料環(huán)氧底層，按質(zhì)量百分比，其原料組成為： 環(huán)氧樹(shù)脂 60~75% 硅烷偶聯(lián)劑 5~10% 氧化石墨稀 0. 5-1. 5% 氣相 Si02 2-5% 固化劑 15~30%。
[0007] 所述的環(huán)氧樹(shù)脂為雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂、雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂、縮水甘油酯環(huán)氧樹(shù)脂或 聚醚環(huán)氧樹(shù)脂中的一種或幾種，優(yōu)選雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂。
[0008] 所述的硅烷偶聯(lián)劑為KH-550、KH-560中的一種或幾種，優(yōu)選KH-550。
[0009] 所述的氧化石墨稀的粒徑為50~100nm。
[0010] 所述的氣相SiC^A粒徑為20~50nm。
[0011] 所述的固化劑為T-31固化劑、703固化劑中的一種或幾種，優(yōu)選T-31固化劑。
[0012] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種上述的深海油氣輸送鋼管外壁3PE防腐涂料環(huán) 氧底層的制備方法，其技術(shù)方案如下： 一種深海油氣輸送鋼管外壁3PE防腐涂料環(huán)氧底層的制備方法，包括以下步驟： a. 將環(huán)氧樹(shù)脂、氧化石墨烯以及偶聯(lián)劑混合均勻，并放置于超聲波振蕩器中，超聲波處 理； b. 將步驟a中充分混合的原料與氣相Si02混合，攪拌，使氣相Si02均勻分散； c. 將步驟b中的產(chǎn)物與固化劑進(jìn)行混合，用于拉伸剪切試樣和沖擊試樣的制備，試樣 固化，得到所述環(huán)氧底層。
[0013] 步驟a中，采用50Hz、1000W的超聲波處理7~8小時(shí)。
[0014] 步驟b中，攪拌過(guò)程中，攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速為700~900轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌20~30分鐘。
[0015] 步驟c中，試樣在80°C下固化6小時(shí)。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是： 由于氣相Si02具有納米尺度效應(yīng)，比表面積大、比表面能高，具有獨(dú)特的表面效應(yīng)、小 尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等特性。氣相Si02由于表面嚴(yán)重的配位不足、龐大的比表面 積以及表面欠氧等特點(diǎn)，使它表現(xiàn)出極強(qiáng)的活性，很容易和環(huán)氧樹(shù)脂中環(huán)狀分子的氧起鍵 合作用，提高了分子間的鍵力，同時(shí)尚有一部分氣相Si0 2顆粒仍然分布在高分子鏈的空隙 中，表現(xiàn)出很高的流漣性，從而使環(huán)氧樹(shù)脂的強(qiáng)度、韌性、延展性均大幅度提高。此外，氣相 SiCVj、顆粒會(huì)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)抑制膠體流動(dòng)，加快固化速度，提高粘結(jié)效果，由于顆粒尺寸小 也會(huì)增加體系的密封性和防滲性。氣相Si0 2與硅烷偶聯(lián)劑之間能夠形成一定得氫鍵，也會(huì) 提高環(huán)氧體系的黏度和剪切變稀程度。
[0017] 氧化石墨烯具有優(yōu)異的力學(xué)性能，它的加入有助于提高環(huán)氧底層的力學(xué)性能。添 加娃燒偶聯(lián)劑會(huì)在氧化石墨條的表面接枝上有機(jī)分子鏈，提尚氧化石墨條與環(huán)氧樹(shù)脂的親 和性，氧化石墨烯與樹(shù)脂結(jié)合力更強(qiáng)，黏度顯著提高。氧化石墨烯的二維網(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。經(jīng)偶聯(lián)劑改性后的氧化石墨烯表面引入了偶 聯(lián)劑有機(jī)分子鏈，偶聯(lián)劑分子式的胺基或環(huán)氧基可以參與固化反應(yīng)，從而改善了氧化石墨 烯與環(huán)氧樹(shù)脂之間的界面結(jié)合，使沖擊時(shí)作用在樹(shù)脂上的載荷通過(guò)界面有效轉(zhuǎn)移到氧化石 墨烯上，阻止了因應(yīng)力集中而引起的銀紋和微裂紋的擴(kuò)展。
[0018] 本發(fā)明能夠達(dá)到以下技術(shù)效果： 1、 本發(fā)明的環(huán)氧底層以環(huán)氧樹(shù)脂為基質(zhì)樹(shù)脂，添加氣相Si02和氧化石墨烯，使環(huán)氧底 層與鋼管更牢固地粘結(jié)到一起； 2、 本發(fā)明的環(huán)氧底層具有良好的力學(xué)性能，使用壽命長(zhǎng)； 3、 本發(fā)明的環(huán)氧底層采用T-31固化劑，無(wú)毒，減少了對(duì)環(huán)境的污染； 4、 本發(fā)明的環(huán)氧底層具有良好的加工性，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3PE防腐涂料環(huán)氧底層，按質(zhì)量百分比，其原料組成 為： 環(huán)氧樹(shù)脂 60~75% 硅烷偶聯(lián)劑 5~10% 氧化石墨稀 0. 5-1. 5% 氣相 Si02 2-5% 固化劑 15~30%。
[0020] 環(huán)氧樹(shù)脂為雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂、雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂、縮水甘油酯環(huán)氧樹(shù)脂或聚醚環(huán) 氧樹(shù)脂中的一種或幾種，優(yōu)選雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂。
[0021] 硅烷偶聯(lián)劑為KH-550、KH-560中的一種或幾種，優(yōu)選KH-550。
[0022] 氧化石墨稀的粒徑為50~100nm。
[0023] 氣相 Si〇d9粒徑為 20~50nm。
[0024] 固化劑為T-31固化劑、703固化劑中的一種或幾種，優(yōu)選T-31固化劑。
[0025] 上述深海油氣輸送鋼管外壁3PE防腐涂料環(huán)氧底層的制備方法，包括以下步驟： 步驟a.將環(huán)氧樹(shù)脂、氧化石墨烯以及偶聯(lián)劑混合均勻，并放置于超聲波振蕩器中，采 用50Hz、1000W的超聲波處理7~8小時(shí)； 步驟b.將步驟a中充分混合的原料與氣相Si(V混合，攪拌20~30分鐘，攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速 為700~900轉(zhuǎn)/分鐘，使氣相Si02均勻分散； 步驟c.將步驟b中的產(chǎn)物與固化劑進(jìn)行混合，用于拉伸剪切試樣和沖擊試樣的制備， 試樣在80°C下固化6小時(shí)，得到所述環(huán)氧底層。
[0026] 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。
[0027] 實(shí)施例1 (一）原料： 環(huán)氧樹(shù)脂：雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂 硅烷偶聯(lián)劑：KH-550 氧化石墨烯 氣相Si02 固化劑：T-31固化劑 按照質(zhì)量百分比，上述原料配比為：環(huán)氧樹(shù)脂60%，硅烷偶聯(lián)劑5%，氧化石墨烯1. 5%，氣 相 Si02 3 . 5%，固化劑 30%。
[0028] (二）制備方法： a. 將環(huán)氧樹(shù)脂、氧化石墨烯以及偶聯(lián)劑混合均勻，并放置于超聲波振蕩器中，采用 50Hz、1000W的超聲波處理7小時(shí)； b. 將步驟a中充分混合的原料與氣相Si02混合，攪拌30分鐘，使氣相Si02均勻分散， 攪拌過(guò)程中攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定為800轉(zhuǎn)/分鐘； c. 將步驟b中的產(chǎn)物與固化劑進(jìn)行混合，用于拉伸剪切試樣和沖擊試樣的制備，試樣 在80°C下固化6小時(shí)，得到所述環(huán)氧底層。
[0029] 實(shí)施例2 (一）原料： 環(huán)氧樹(shù)脂：雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂 硅烷偶聯(lián)劑：KH-550 氧化石墨烯 氣相Si02 固化劑：T-31固化劑 按照質(zhì)量百分比，上述原料配比為：環(huán)氧樹(shù)脂65%，硅烷偶聯(lián)劑10%，氧化石墨烯0. 5%， 氣相Si02 2%，固化劑22. 5%。
[0030] (二）制備方法： a. 將環(huán)氧樹(shù)脂、氧化石墨烯以及偶聯(lián)劑混合均勻，并放置于超聲波振蕩器中，采用 50Hz、1000W的超聲波處理8小時(shí)； b. 將步驟a中充分混合的原料與氣相Si02混合，攪拌20分鐘，使氣相Si02均勻分散， 攪拌過(guò)程中攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定為700轉(zhuǎn)/分鐘； c. 將步驟b中的產(chǎn)物與固化劑進(jìn)行混合，用于拉伸剪切試樣和沖擊試樣的制備，試樣 在80°C下固化6小時(shí)，得到所述環(huán)氧底層。
[0031] 實(shí)施例3 (一）原料： 環(huán)氧樹(shù)脂：雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂 硅烷偶聯(lián)劑：KH-550 氧化石墨烯 氣相Si02 固化劑：T-31固化劑 按照質(zhì)量百分比，上述原料配比為：環(huán)氧樹(shù)脂70%，硅烷偶聯(lián)劑6%，氧化石墨烯1%，氣相 Si02 5%，固化劑 18%。
[0032] (二）制備方法： a. 將環(huán)氧樹(shù)脂、氧化石墨烯以及偶聯(lián)劑混合均勻，并放置于超聲波振蕩器中，采用 50Hz、1000W的超聲波處理8小時(shí)； b. 將步驟a中充分混合的原料與氣相Si02混合，攪拌25分鐘，使氣相Si02均勻分散， 攪拌過(guò)程中攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定為900轉(zhuǎn)/分鐘； c. 將步驟b中的產(chǎn)物與固化劑進(jìn)行混合，用于拉伸剪切試樣和沖擊試樣的制備，試樣 在80°C下固化6小時(shí)，得到所述環(huán)氧底層。
[0033] 實(shí)施例4 (一）原料： 環(huán)氧樹(shù)脂：雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂 硅烷偶聯(lián)劑：KH-550 氧化石墨烯 氣相Si02 固化劑：T-31固化劑 按照質(zhì)量百分比，上述原料配比為：環(huán)氧樹(shù)脂75%，硅烷偶聯(lián)劑5%，氧化石墨烯1%，氣相 Si02 4%，固化劑 15%。
[0034] (二）制備方法： a. 將環(huán)氧樹(shù)脂、氧化石墨烯以及偶聯(lián)劑混合均勻，并放置于超聲波振蕩器中，采用 50Hz、1000W的超聲波處理7小時(shí)； b. 將步驟a中充分混合的原料與氣相Si02混合，攪拌30分鐘，使氣相Si02均勻分散， 攪拌過(guò)程中攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定為900轉(zhuǎn)/分鐘； c. 將步驟b中的產(chǎn)物與固化劑進(jìn)行混合，用于拉伸剪切試樣和沖擊試樣的制備，試樣 在80°C下固化6小時(shí)，得到所述環(huán)氧底層。
[0035] 上述實(shí)施例]-4中，氧化石墨稀的粒徑為50~100nm ;氣相3;[02的粒徑為20~50nm。
[0036] 實(shí)施例1~4的產(chǎn)品檢測(cè)結(jié)果如表1所示。
[0037] 表 1

【權(quán)利要求】
1. 一種深海油氣輸送鋼管外壁3PE防腐涂料環(huán)氧底層，其特征在于：按質(zhì)量百分比，其 原料組成為： 環(huán)氧樹(shù)脂 60~75% 硅烷偶聯(lián)劑 5~10% 氧化石墨稀 0. 5-1. 5% 氣相 Si02 2-5% 固化劑 15~30%。
2. 如權(quán)利要求1所述的深海油氣輸送鋼管外壁3PE防腐涂料環(huán)氧底層，其特征在于： 所述的環(huán)氧樹(shù)脂為雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂、雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂、縮水甘油酯環(huán)氧樹(shù)脂或聚醚環(huán)氧 樹(shù)脂中的一種或幾種。
3. 如權(quán)利要求1所述的深海油氣輸送鋼管外壁3PE防腐涂料環(huán)氧底層，其特征在于： 所述的硅烷偶聯(lián)劑為KH-550、KH-560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3PE防腐涂料環(huán)氧底層，其特征在于： 所述的氧化石墨稀的粒徑為50~100nm。
5. 如權(quán)利要求1所述的深海油氣輸送鋼管外壁3PE防腐涂料環(huán)氧底層，其特征在于： 所述的氣相SiOjA粒徑為20~50nm〇
6. 如權(quán)利要求1所述的深海油氣輸送鋼管外壁3PE防腐涂料環(huán)氧底層，其特征在于： 所述的固化劑為T-31固化劑、703固化劑中的一種或幾種。
7. -種深海油氣輸送鋼管外壁3PE防腐涂料環(huán)氧底層的制備方法，其特征在于：包括 以下步驟： a. 將環(huán)氧樹(shù)脂、氧化石墨烯以及偶聯(lián)劑混合均勻，并放置于超聲波振蕩器中，超聲波處 理； b. 將步驟a中充分混合的原料與氣相Si02混合，攪拌，使氣相Si02均勻分散； c. 將步驟b中的產(chǎn)物與固化劑進(jìn)行混合，用于拉伸剪切試樣和沖擊試樣的制備，試樣 固化，得到所述環(huán)氧底層。
8. 如權(quán)利要求7所述的深海油氣輸送鋼管外壁3PE防腐涂料環(huán)氧底層的制備方法，其 特征在于：步驟a中，采用50Hz、1000W的超聲波處理7~8小時(shí)。
9. 如權(quán)利要求7所述的深海油氣輸送鋼管外壁3PE防腐涂料環(huán)氧底層的制備方法，其 特征在于：步驟b中，攪拌過(guò)程中，攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速為700~900轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌20~30分鐘。
10. 如權(quán)利要求7所述的深海油氣輸送鋼管外壁3PE防腐涂料環(huán)氧底層的制備方法，其 特征在于：步驟c中，試樣在80°C下固化6小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C09D5/08GK104449208SQ201410615026
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5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)