CN104449208A - 深海油气输送钢管外壁3pe防腐涂料环氧底层及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种深海油气输送钢管外壁3PE防腐涂料环氧底层及制备方法。环氧底层的原料组成按质量百分比为:环氧树脂60~75%、硅烷偶联剂5~10%、氧化石墨烯0.5~1.5%、气相SiO2 2~5%、固化剂15~30%。其制备方法,包括以下步骤:将原料混合均匀后,进行超声波处理,再放入搅拌机中搅拌均匀,加热固化,得到所述环氧底层。本发明具有优异的力学性能,尤其改善了拉伸剪切强度和冲击强度,应用广泛。
Description
技术领域
本发明属于钢质管道防腐技术领域,特别涉及一种深海油气输送钢管外壁3PE防腐涂料环氧底层及其制备方法。
背景技术
油气资源作为一个国家重要的能源和战略物资,在现代军事、工业以及人类生活等领域发挥着至关重要的作用。随着陆上石油天然气资源被过度开采造成的资源枯竭,海洋油气的争夺、开采与利用已成为当今世界大小各国军事、政治、经济以及外交等关注的热点与焦点。目前,海洋油气资源开发通常采用大型船舶和管道等方式进行运输,其中海底管道运输具有安全性能高和成本低的突出优势,已被大多数国家所采用。目前国外海底油气输送管道总量已超过110000Km,而我国在海洋石油天然气勘探、开发和油气输送等方面起步较晚,国产海底油气管道在力学性能,耐腐蚀和使用寿命方面与国外产品存在较大差距,安全隐患也比较突出。因此,研制耐恶劣海洋环境的油气输送管道迫在眉睫。而管道的防腐对管道的使用寿命和使用安全至关重要。
3PP/3PE管道防腐层是世界公认的最先进、最有效的管道防腐方案,其超过50年的防护效果和经济的施工价格也是能够大面积推广的重要原因。它由熔结粉末环氧底层、胶黏剂中间层和聚乙烯/聚丙烯外层3种材料构成。
由于环氧树脂未经改性的固化产物一般延伸率低、柔韧性差、脆性较大。当承受到内应力时,迅速形成缺陷区并扩展成裂缝,导致固化物开裂。树脂采用通用固化剂后,树脂交联密度高、内应力大,又因交联网络中羟基浓度较大,存在吸湿性大、耐湿热稳定性差、尺寸稳定性和介电性能欠佳等缺点。因此,有必要开发一种高性能环氧树脂,从而***地提高环氧树脂的力学性能以及生产加工性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种深海油气输送钢管外壁3PE防腐涂料环氧底层,以改善环氧树脂自身韧性差的缺点,具有良好的力学性能和生产加工性能。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种深海油气输送钢管外壁3PE防腐涂料环氧底层,按质量百分比,其原料组成为:
环氧树脂 60~75%
硅烷偶联剂 5~10%
氧化石墨烯 0.5~1.5%
气相SiO2 2~5%
固化剂 15~30% 。
所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、缩水甘油酯环氧树脂或聚醚环氧树脂中的一种或几种,优选双酚F型环氧树脂。
所述的硅烷偶联剂为KH-550、KH-560中的一种或几种,优选KH-550。
所述的氧化石墨烯的粒径为50~100nm。
所述的气相SiO2的粒径为20~50nm。
所述的固化剂为T-31固化剂、703固化剂中的一种或几种,优选T-31固化剂。
本发明的另一个目的是提供一种上述的深海油气输送钢管外壁3PE防腐涂料环氧底层的制备方法,其技术方案如下:
一种深海油气输送钢管外壁3PE防腐涂料环氧底层的制备方法,包括以下步骤:
a.将环氧树脂、氧化石墨烯以及偶联剂混合均匀,并放置于超声波振荡器中,超声波处理;
b.将步骤a中充分混合的原料与气相SiO2混合,搅拌,使气相SiO2均匀分散;
c.将步骤b中的产物与固化剂进行混合,用于拉伸剪切试样和冲击试样的制备,试样固化,得到所述环氧底层。
步骤a中,采用50Hz、1000W的超声波处理7~8小时。
步骤b中,搅拌过程中,搅拌机的转速为700~900转/分钟,搅拌20~30分钟。
步骤c中,试样在80℃下固化6小时。
本发明的有益效果是:
由于气相SiO2具有纳米尺度效应,比表面积大、比表面能高,具有独特的表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等特性。气相SiO2由于表面严重的配位不足、庞大的比表面积以及表面欠氧等特点,使它表现出极强的活性,很容易和环氧树脂中环状分子的氧起键合作用,提高了分子间的键力,同时尚有一部分气相SiO2颗粒仍然分布在高分子链的空隙中,表现出很高的流涟性,从而使环氧树脂的强度、韧性、延展性均大幅度提高。此外,气相SiO2小颗粒会形成网络结构抑制胶体流动,加快固化速度,提高粘结效果,由于颗粒尺寸小也会增加体系的密封性和防渗性。气相SiO2与硅烷偶联剂之间能够形成一定得氢键,也会提高环氧体系的黏度和剪切变稀程度。
氧化石墨烯具有优异的力学性能,它的加入有助于提高环氧底层的力学性能。添加硅烷偶联剂会在氧化石墨烯的表面接枝上有机分子链,提高氧化石墨烯与环氧树脂的亲和性,氧化石墨烯与树脂结合力更强,黏度显著提高。氧化石墨烯的二维网状结构也使体系具有更高的冲击韧性,特别是低温冲击韧性。经偶联剂改性后的氧化石墨烯表面引入了偶联剂有机分子链,偶联剂分子式的胺基或环氧基可以参与固化反应,从而改善了氧化石墨烯与环氧树脂之间的界面结合,使冲击时作用在树脂上的载荷通过界面有效转移到氧化石墨烯上,阻止了因应力集中而引起的银纹和微裂纹的扩展。
本发明能够达到以下技术效果:
1、本发明的环氧底层以环氧树脂为基质树脂,添加气相SiO2和氧化石墨烯,使环氧底层与钢管更牢固地粘结到一起;
2、本发明的环氧底层具有良好的力学性能,使用寿命长;
3、本发明的环氧底层采用T-31固化剂,无毒,减少了对环境的污染;
4、本发明的环氧底层具有良好的加工性,配方及设备都很简单,大大提高了生产效率。
具体实施方式
一种深海油气输送钢管外壁3PE防腐涂料环氧底层,按质量百分比,其原料组成为:
环氧树脂 60~75%
硅烷偶联剂 5~10%
氧化石墨烯 0.5~1.5%
气相SiO2 2~5%
固化剂 15~30% 。
环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、缩水甘油酯环氧树脂或聚醚环氧树脂中的一种或几种,优选双酚F型环氧树脂。
硅烷偶联剂为KH-550、KH-560中的一种或几种,优选KH-550。
氧化石墨烯的粒径为50~100nm。
气相SiO2的粒径为20~50nm。
固化剂为T-31固化剂、703固化剂中的一种或几种,优选T-31固化剂。
上述深海油气输送钢管外壁3PE防腐涂料环氧底层的制备方法,包括以下步骤:
步骤a.将环氧树脂、氧化石墨烯以及偶联剂混合均匀,并放置于超声波振荡器中,采用50Hz、1000W的超声波处理7~8小时;
步骤b.将步骤a中充分混合的原料与气相SiO2混合,搅拌20~30分钟,搅拌机的转速为700~900转/分钟,使气相SiO2均匀分散;
步骤c.将步骤b中的产物与固化剂进行混合,用于拉伸剪切试样和冲击试样的制备,试样在80℃下固化6小时,得到所述环氧底层。
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
(一)原料:
环氧树脂:双酚F型环氧树脂
硅烷偶联剂:KH-550
氧化石墨烯
气相SiO2
固化剂:T-31固化剂
按照质量百分比,上述原料配比为:环氧树脂60%,硅烷偶联剂5%,氧化石墨烯1.5%,气相SiO2 3.5%,固化剂30%。
(二)制备方法:
a.将环氧树脂、氧化石墨烯以及偶联剂混合均匀,并放置于超声波振荡器中,采用50Hz、1000W的超声波处理7小时;
b.将步骤a中充分混合的原料与气相SiO2混合,搅拌30分钟,使气相SiO2均匀分散,搅拌过程中搅拌机的转速设定为800转/分钟;
c.将步骤b中的产物与固化剂进行混合,用于拉伸剪切试样和冲击试样的制备,试样在80℃下固化6小时,得到所述环氧底层。
实施例2
(一)原料:
环氧树脂:双酚F型环氧树脂
硅烷偶联剂:KH-550
氧化石墨烯
气相SiO2
固化剂:T-31固化剂
按照质量百分比,上述原料配比为:环氧树脂65%,硅烷偶联剂10%,氧化石墨烯0.5%,气相SiO2 2%,固化剂22.5%。
(二) 制备方法:
a.将环氧树脂、氧化石墨烯以及偶联剂混合均匀,并放置于超声波振荡器中,采用50Hz、1000W的超声波处理8小时;
b.将步骤a中充分混合的原料与气相SiO2混合,搅拌20分钟,使气相SiO2均匀分散,搅拌过程中搅拌机的转速设定为700转/分钟;
c.将步骤b中的产物与固化剂进行混合,用于拉伸剪切试样和冲击试样的制备,试样在80℃下固化6小时,得到所述环氧底层。
实施例3
(一) 原料:
环氧树脂:双酚F型环氧树脂
硅烷偶联剂:KH-550
氧化石墨烯
气相SiO2
固化剂:T-31固化剂
按照质量百分比,上述原料配比为:环氧树脂70%,硅烷偶联剂6%,氧化石墨烯1%,气相SiO2 5%,固化剂18%。
(二) 制备方法:
a.将环氧树脂、氧化石墨烯以及偶联剂混合均匀,并放置于超声波振荡器中,采用50Hz、1000W的超声波处理8小时;
b.将步骤a中充分混合的原料与气相SiO2混合,搅拌25分钟,使气相SiO2均匀分散,搅拌过程中搅拌机的转速设定为900转/分钟;
c.将步骤b中的产物与固化剂进行混合,用于拉伸剪切试样和冲击试样的制备,试样在80℃下固化6小时,得到所述环氧底层。
实施例4
(一)原料:
环氧树脂:双酚F型环氧树脂
硅烷偶联剂:KH-550
氧化石墨烯
气相SiO2
固化剂:T-31固化剂
按照质量百分比,上述原料配比为:环氧树脂75%,硅烷偶联剂5%,氧化石墨烯1%,气相SiO2 4%,固化剂15%。
(二) 制备方法:
a.将环氧树脂、氧化石墨烯以及偶联剂混合均匀,并放置于超声波振荡器中,采用50Hz、1000W的超声波处理7小时;
b.将步骤a中充分混合的原料与气相SiO2混合,搅拌30分钟,使气相SiO2均匀分散,搅拌过程中搅拌机的转速设定为900转/分钟;
c.将步骤b中的产物与固化剂进行混合,用于拉伸剪切试样和冲击试样的制备,试样在80℃下固化6小时,得到所述环氧底层。
上述实施例1~4中,氧化石墨烯的粒径为50~100nm;气相SiO2的粒径为20~50nm。
实施例1~4的产品检测结果如表1所示。
表1
实施例中制备的用于深海油气输送钢管外壁3PE防腐涂料环氧底层的各项性能均符合标准。
Claims (10)
1.一种深海油气输送钢管外壁3PE防腐涂料环氧底层,其特征在于:按质量百分比,其原料组成为:
环氧树脂 60~75%
硅烷偶联剂 5~10%
氧化石墨烯 0.5~1.5%
气相SiO2 2~5%
固化剂 15~30% 。
2.如权利要求1所述的深海油气输送钢管外壁3PE防腐涂料环氧底层,其特征在于:所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、缩水甘油酯环氧树脂或聚醚环氧树脂中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的深海油气输送钢管外壁3PE防腐涂料环氧底层,其特征在于:所述的硅烷偶联剂为KH-550、KH-560中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的深海油气输送钢管外壁3PE防腐涂料环氧底层,其特征在于:所述的氧化石墨烯的粒径为50~100nm。
5.如权利要求1所述的深海油气输送钢管外壁3PE防腐涂料环氧底层,其特征在于:所述的气相SiO2的粒径为20~50nm。
6.如权利要求1所述的深海油气输送钢管外壁3PE防腐涂料环氧底层,其特征在于:所述的固化剂为T-31固化剂、703固化剂中的一种或几种。
7.一种深海油气输送钢管外壁3PE防腐涂料环氧底层的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
a.将环氧树脂、氧化石墨烯以及偶联剂混合均匀,并放置于超声波振荡器中,超声波处理;
b.将步骤a中充分混合的原料与气相SiO2混合,搅拌,使气相SiO2均匀分散;
c.将步骤b中的产物与固化剂进行混合,用于拉伸剪切试样和冲击试样的制备,试样固化,得到所述环氧底层。
8.如权利要求7所述的深海油气输送钢管外壁3PE防腐涂料环氧底层的制备方法,其特征在于:步骤a中,采用50Hz、1000W的超声波处理7~8小时。
9.如权利要求7所述的深海油气输送钢管外壁3PE防腐涂料环氧底层的制备方法,其特征在于:步骤b中,搅拌过程中,搅拌机的转速为700~900转/分钟,搅拌20~30分钟。
10.如权利要求7所述的深海油气输送钢管外壁3PE防腐涂料环氧底层的制备方法,其特征在于:步骤c中,试样在80℃下固化6小时。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20150325 |