CN104629619B - 输油管道内壁阻垢减阻涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种输油管道内壁阻垢减阻涂料及其制备方法，其包括如下重量份的配方组份：端羟基含氟直链聚硅氧烷树脂25~35份，聚四氟乙烯微粉10~15份，流平剂0.5~2份，表面活性剂1~3份，消泡剂0.2~1份，固化剂1~3份，溶剂20~40份。其制备方法：端羟基含氟直连聚硅氧烷制备；将端羟基含氟直链聚硅氧烷树脂、聚四氟乙烯微粉、流平剂、表面活性剂、消泡剂和溶剂预混分散，加入纳米研磨机研磨；滴加固化剂，滴加完成后室温持续搅拌，密封保存待用。本发明能够提高涂层这种特殊减阻效果的持久性，抑制水垢的沉积，在配合液体管道输送技术同时提高输送效率，降低实际运营成本，从而实现长期稳定有效的输油。
Description
技术领域
本发明涉及涂料领域，特别是涉及一种输油管道内壁阻垢减阻涂料及其制备方法。
背景技术
目前国内输油管道的减阻措施，主要通过对油品加热，降低原油粘度的办法来降低输送过程的流动阻力。另外，当油品中钙镁离子浓度过高时易在管道内壁结垢，影响输送量，增大阻力。
上述方案管道外壁需要增加以下措施：（1）安装加热装置，提高油品温度；（2）通过增压泵站给油加压，克服输送阻力；（3）包裹保温材料，维持温度；（4）在原油中投入阻垢剂，阻止结垢。
以上措施使输油***基础设施增加投入，维护和使用成本增大，而且，用加热的方法直接消耗能源，不利于节能减排。加大输油压力使设备和管道的耐压强度要求提高，增加投入，且运行安全性降低。阻垢化学药剂的加入，提高了运行成本，并且在以后脱除时加大能耗和资源消耗。
国内外使用的涂料中，以氟碳树脂漆的表面能较小，但其与石油的接触角还是较大，对油品输送过程中的阻力减小效果不明显。这也是目前国内为什么没有此类应用实例的主要原因。但氟碳涂层对防止结垢的效应还是很显著的，由于低表面能的原因，即使垢能够形成也不能牢固附着在涂层表面。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种输油管道内壁阻垢减阻涂料，通过降低摩擦系数，减少传输阻力，提高涂层这种特殊减阻效果的持久性，抑制水垢的沉积，在配合液体管道输送技术同时提高输送效率，降低实际运营成本，从而实现长期稳定有效的输油。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种输油管道内壁阻垢减阻涂料，其包括如下重量份的配方组份：
端羟基含氟直链聚硅氧烷树脂 25~35份，
聚四氟乙烯微粉 10~15份，
流平剂 0.5~2份，
表面活性剂 1~3份，
消泡剂 0.2~1份，
固化剂 1~3份，
溶剂 20~40份。
在本发明一个较佳实施例中，所述的流平剂为含羟基聚硅氧烷。
在本发明一个较佳实施例中，所述的表面活性剂为非离子型含氟化合物。
在本发明一个较佳实施例中，所述的消泡剂为含疏水粒子的聚硅氧烷。
在本发明一个较佳实施例中，所述的固化剂为异氰酸酯。
在本发明一个较佳实施例中，所述的溶剂为氢氟醚溶剂。
在本发明一个较佳实施例中，所述的聚四氟乙烯微粉的粒径为50~200nm。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种输油管道内壁阻垢减阻涂料的制备方法，包括以下步骤：
（1）端羟基含氟直连聚硅氧烷制备：按照重量配比称取全氟甲氧基硅烷、乙酸和氟碳树脂，首先将全氟甲氧基硅烷加入容器中，再加入乙酸，常温搅拌22~26h，升温至60~80℃，然后将氟碳树脂缓慢滴加，恒温搅拌，滴加完毕后升温至200~250℃，恒温搅拌7~9 h，每隔1 h抽一次真空，自然冷却至室温加入浓硫酸持续搅拌至常温状态，然后继续升温至100~150℃，收集挥发份，持续搅拌至无挥发分产生，冷却至室温密封保存待用；
（2）按照重量配比称取配方组份；
（3）将端羟基含氟直链聚硅氧烷树脂、聚四氟乙烯微粉、流平剂、表面活性剂、消泡剂和溶剂预混分散，加入纳米研磨机研磨，过筛出粒径为100~500nm的物料放置于三口烧瓶内，并通入保护气体保护；
（4）常温缓慢滴加固化剂，25~35min内完成，滴加完成后室温持续搅拌1h，然后关气出料密封保存待用。
在本发明一个较佳实施例中，所述的保护气体为二氧化碳或氮气。
本发明的有益效果是：本发明通过降低摩擦系数，减少传输阻力，提高涂层这种特殊减阻效果的持久性，抑制水垢的沉积，在配合液体管道输送技术同时提高输送效率，降低实际运营成本，从而实现长期稳定有效的输油。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明实施例1的喷涂烘干接触角实验图；
图2是本发明实施例1的喷涂自干接触角实验图；
图3是本发明实施例2的熏蒸烘干接触角实验图；
图4是本发明实施例2的熏蒸自干接触角实验图；
图5是本发明实施例3的喷涂方式的涂层的电镜扫描图；
图6是本发明实施例3的雾化熏蒸的涂层的电镜扫描图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种输油管道内壁阻垢减阻涂料，其包括如下重量份的配方组份：端羟基含氟直链聚硅氧烷树脂30份，粒径为100nm的聚四氟乙烯微粉12份，TG2050含羟基聚硅氧烷流平剂（赢创特种化学公司）1份，F4432非离子型含氟化合物表面活性剂（3M中国有限公司）2份，N900含疏水粒子的聚硅氧烷消泡剂（赢创特种化学公司）0.7份，N3390异氰酸酯固化剂（拜耳中国有限公司）2份，860S氢氟醚溶剂（浙江中化蓝天聚合物有限公司）30份。
其制备方法具体包括以下步骤：
（1）端羟基含氟直连聚硅氧烷制备：按照重量配比称取全氟甲氧基硅烷300份、乙酸3份和氟碳树脂300份，首先将全氟甲氧基硅烷加入1000ml三口烧瓶中，再加入乙酸，常温搅拌24h，升温至70℃，然后将氟碳树脂缓慢滴加，恒温搅拌，120min内滴加完毕后升温至220℃，恒温搅拌8 h，每隔1 h抽一次真空，自然冷却至室温加入浓硫酸0.2份持续搅拌至常温状态，然后继续升温至120℃，加装冷凝管收集挥发份，持续搅拌至无挥发分产生，冷却至室温密封保存待用；
（2）按照重量配比称取配方组份；
（3）将端羟基含氟直链聚硅氧烷树脂、粒径为100nm的聚四氟乙烯微粉、含羟基聚硅氧烷、非离子型含氟化合物、含疏水粒子的聚硅氧烷和氢氟醚溶剂预混分散，加入纳米研磨机研磨，过筛出粒径为100~500nm的物料放置于三口烧瓶内，并通入氮气保护气体保护；
（4）常温缓慢滴加异氰酸酯，30min内完成，滴加完成后室温持续搅拌1h，然后关气出料密封保存待用。
实施例2
一种输油管道内壁阻垢减阻涂料，其包括如下重量份的配方组份：端羟基含氟直链聚硅氧烷树脂25份，粒径为200nm的聚四氟乙烯微粉10份，TG2050含羟基聚硅氧烷流平剂（赢创特种化学公司）0.5份，F4432非离子型含氟化合物表面活性剂（3M中国有限公司）1份，N900含疏水粒子的聚硅氧烷消泡剂（赢创特种化学公司）0.2份，N3390异氰酸酯固化剂（拜耳中国有限公司）1份，860S氢氟醚溶剂（浙江中化蓝天聚合物有限公司）20份。
其制备方法具体包括以下步骤：
（1）端羟基含氟直连聚硅氧烷制备：按照重量配比称取全氟甲氧基硅烷300份、乙酸3份和氟碳树脂300份，首先将全氟甲氧基硅烷加入1000ml三口烧瓶中，再加入乙酸，常温搅拌26h，升温至60℃，然后将氟碳树脂缓慢滴加，恒温搅拌，120min内滴加完毕后升温至200℃，恒温搅拌9 h，每隔1 h抽一次真空，自然冷却至室温加入浓硫酸0.2份持续搅拌至常温状态，然后继续升温至150℃，加装冷凝管收集挥发份，持续搅拌至无挥发分产生，冷却至室温密封保存待用；
（2）按照重量配比称取配方组份；
（3）将端羟基含氟直链聚硅氧烷树脂、粒径为200nm的聚四氟乙烯微粉、含羟基聚硅氧烷、非离子型含氟化合物、含疏水粒子的聚硅氧烷和氢氟醚溶剂预混分散，加入纳米研磨机研磨，过筛出粒径为100~500nm的物料放置于三口烧瓶内，并通入二氧化碳保护气体保护；
（4）常温缓慢滴加异氰酸酯，35min内完成，滴加完成后室温持续搅拌1h，然后关气出料密封保存待用。
实施例3
一种输油管道内壁阻垢减阻涂料，其包括如下重量份的配方组份：端羟基含氟直链聚硅氧烷树脂35份，粒径为50nm的聚四氟乙烯微粉15份，TG2050含羟基聚硅氧烷流平剂（赢创特种化学公司）2份，F4432非离子型含氟化合物表面活性剂（3M中国有限公司）3份，N900含疏水粒子的聚硅氧烷消泡剂（赢创特种化学公司）1份，N3390异氰酸酯固化剂（拜耳中国有限公司）3份，860S氢氟醚溶剂（浙江中化蓝天聚合物有限公司）40份。
其制备方法具体包括以下步骤：
（1）端羟基含氟直连聚硅氧烷制备：按照重量配比称取全氟甲氧基硅烷300份、乙酸3份和氟碳树脂300份，首先将全氟甲氧基硅烷加入1000ml三口烧瓶中，再加入乙酸，常温搅拌22h，升温至80℃，然后将氟碳树脂缓慢滴加，恒温搅拌，120min内滴加完毕后升温至250℃，恒温搅拌7 h，每隔1 h抽一次真空，自然冷却至室温加入浓硫酸0.2份持续搅拌至常温状态，然后继续升温至100℃，加装冷凝管收集挥发份，持续搅拌至无挥发分产生，冷却至室温密封保存待用；
（2）按照重量配比称取配方组份；
（3）将端羟基含氟直链聚硅氧烷树脂、粒径为50nm的聚四氟乙烯微粉、含羟基聚硅氧烷、非离子型含氟化合物、含疏水粒子的聚硅氧烷和氢氟醚溶剂预混分散，加入纳米研磨机研磨，过筛出粒径为100~500nm的物料放置于三口烧瓶内，并通入氮气保护气体保护；
（4）常温缓慢滴加异氰酸酯，25min内完成，滴加完成后室温持续搅拌1h，然后关气出料密封保存待用。
试验例
涂层的制备：
（1）将实施例1和实施例3制备的涂料在0.6~0.8MPa的压力下喷涂一层，干膜漆膜厚度控制在35~40 μm，不宜过厚，常温自干24小时待测，烘干1小时待测；
（2）将实施例2和实施例3制备的涂料置于烧杯中，加热升温至405℃，将处理好的铁板需涂面朝下扣在烧杯上，熏蒸10~15min，以表面结珠为准，一旦发现可见露珠立即停止并将涂面朝上，常温自干24h后待测，烘干1小时待测。
输油减阻的目的在于降低表面摩擦系数，而系数恰恰与介质接触面积有关，液体与固体间的相对运动还取决于表面张力，通过测定实施例1~实施例3涂层的表面张力均为18N/m，进而解释了为什么在水油都体现很高的接触角。物理过程本质上首先通过涂层的空间构造形成大量的纳米微孔导致水不能进入保证液界面与涂层间留有一部分稀薄空气，由于超低的表面张力可以使油体在表面以很低的阻力快速通过，实验结果显示经过3年的衰变实验仍然保持150°的接触角，因为目前国内内超过6个月的都是凤毛麟角，成果的推广将是未来几年内的重要课题。
图5显示表面触手均团聚，为完全舒展开，单分子层不能完全体现，其效果略差。
图6显示表面均匀一致，触手分布一致，单分子涂层形成，对表面能张力降低有协同作用。
本发明主要在于减阻材料的主体分子结构的分布，普通的硅烷、全氟类助剂确实能够降低涂层表面张力来实现减阻，但是多数有大量副产物及主产物的支化程度高，真正意义上的有效含量并不高，且形成单分子层全氟基的几乎没有，虽然国内有相关研究，但均不能实现商业化，而本发明就是既要解决单分子层的问题同时实现商业化价值，通过降低摩擦系数，减少传输阻力，提高涂层这种特殊减阻效果的持久性，抑制水垢的沉积，在配合液体管道输送技术同时提高输送效率，降低实际运营成本，进而实现管道防腐的新概念。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种输油管道内壁阻垢减阻涂料，其特征在于，其包括如下重量份的配方组份：
端羟基含氟直链聚硅氧烷树脂 25~35份，
聚四氟乙烯微粉 10~15份，
流平剂 0.5~2份，
表面活性剂 1~3份，
消泡剂 0.2~1份，
固化剂 1~3份，
溶剂 20~40份；
所述的聚四氟乙烯微粉的粒径为50~200nm；
所述的输油管道内壁阻垢减阻涂料的制备方法包括以下步骤：
（1）端羟基含氟直连聚硅氧烷制备：按照重量配比称取全氟甲氧基硅烷、乙酸和氟碳树脂，首先将全氟甲氧基硅烷加入容器中，再加入乙酸，常温搅拌22~26h，升温至60~80℃，然后将氟碳树脂缓慢滴加，恒温搅拌，滴加完毕后升温至200~250℃，恒温搅拌7~9 h，每隔1 h抽一次真空，自然冷却至室温加入浓硫酸持续搅拌至常温状态，然后继续升温至100~150℃，收集挥发份，持续搅拌至无挥发分产生，冷却至室温密封保存待用；
（2）按照重量配比称取配方组份；
（3）将端羟基含氟直链聚硅氧烷树脂、聚四氟乙烯微粉、流平剂、表面活性剂、消泡剂和溶剂预混分散，加入纳米研磨机研磨，过筛出粒径为100~500nm的物料放置于三口烧瓶内，并通入保护气体保护；
（4）常温缓慢滴加固化剂，25~35min内完成，滴加完成后室温持续搅拌1h，然后关气出料密封保存待用。
2.根据权利要求1所述的输油管道内壁阻垢减阻涂料，其特征在于，所述的流平剂为含羟基聚硅氧烷。
3.根据权利要求1所述的输油管道内壁阻垢减阻涂料，其特征在于，所述的表面活性剂为非离子型含氟化合物。
4.根据权利要求1所述的输油管道内壁阻垢减阻涂料，其特征在于，所述的消泡剂为含疏水粒子的聚硅氧烷。
5.根据权利要求1所述的输油管道内壁阻垢减阻涂料，其特征在于，所述的固化剂为异氰酸酯。
6.根据权利要求1所述的输油管道内壁阻垢减阻涂料，其特征在于，所述的溶剂为氢氟醚溶剂。
7.根据权利要求1所述的输油管道内壁阻垢减阻涂料，其特征在于，所述的保护气体为二氧化碳或氮气。
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