CN109251600A - 一种金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料以及其制备方法，属于油田管道防腐蚀技术领域，旨在提供一种金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料，能够在金属管道内壁形成一层致密的防腐蚀防静电且耐高温的涂层，有效提供油田管道的传输性能。其技术方案要点如下，包括聚酰亚胺预聚体、耐高温氟树脂、触变剂、沸石分子筛、碳纳米管和溶剂。其制备方法是将聚酰亚胺预聚体与耐高温氟树脂溶于溶剂中加入触变剂，得到混合物；将沸石分子筛粉末和碳纳米管溶于溶剂中，得到悬浊液；将混合物和悬浊液混合在一起得到金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料，能够在金属管道内壁形成一层致密的防腐蚀防静电且耐高温的涂层，有效提供油田管道的传输性能。
Description
技术领域
本发明涉及油田管道防腐蚀技术领域，特别涉及一种金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料以及其制备方法。
背景技术
金属管道内壁涂敷涂层不仅具有保护管体使之免受输送介质磨蚀的作用，而且具有减阻、提高输送效率的作用。因此，金属管道内壁涂层需要考虑的重点是要防粘防腐。同时，大多数介质传输过程是在较高温度下进行的，故还需考虑耐高温性。选择具有耐高温防粘防腐蚀作用的涂料时，首先要分析管道的输送介质。
我国石油行业所用的金属管道多数用来输送原油、污水及注水等。由于原油多为高粘度、高含蜡量原油，该类原油受温度、压力等条件的影响，其中的蜡质从原油中析出，沉积在油管、输油管道和贮油容器的内壁上，无法自行去除，致使原油开采的出油能力降低，抽油能耗增加，抽油机寿命缩短；原油储运时，增加原油流动阻力，造成金属管道有效截面积减小甚至堵塞管道，降低输油能力，增加了石油开采成本。
对于输送污水和注水的金属管道，输送介质中含有各种添加剂和酸、碱、盐等，甚至钻井泥浆、海水。这些介质易使管壁发生腐蚀，日积月累造成金属管道出现孔洞，导致输送过程中的跑冒滴漏，甚至引发事故。
对于天然气，我国己开采或探明的天然气多为含硫量高、含二氧化碳量高的天然气，这些气体在从井内开采出来以后需要经过金属管道输送到天然气净化工厂进行脱硫、脱二氧化碳处理，然后通过管道将净化后达到输送标准的天然气送给用户。在天然气中，干燥的硫化氢和二氧化碳对金属管道没有腐蚀，经过净化处理的天然气，虽然己达到输送标准，但因天然气中存在大量的水蒸汽，在管道输送过程中随着气体温度的降低而凝结于金属管道内壁表面，溶入硫化氢和二氧化碳后呈酸性，造成金属管道的腐蚀，所以，对于这类金属管道在使用前需要进行防腐处理，否则，金属制的输送管道在使用的过程中很快被腐蚀，甚至出现锈孔，进而造成天然气的泄漏和事故。
目前，石油、天然气输送管道采用的防腐管材内壁为耐蚀合金或环氧涂料。耐蚀合金属于早期管道的防腐方法，在酸碱含量较低的油气田中能起到一定的防腐作用，但其价格高，施工难度大，而且不具备防粘性。环氧涂料属于热固性涂料体系，为双组份溶剂型涂料或粉末涂料，其中粉末涂料应用较多，固化温度在240℃以上，其与管道表面粘结力强、电绝缘性能好、耐冲击，但涂层耐水性差，防粘防污效果差，涂层内壁易结垢，不耐高温，在120℃以上涂层性能大幅度降低。防腐性的好坏主要依赖膜厚，涂膜厚度一般在150微米以上，有的甚至达到500微米，即便如此，涂层在油管中使用2个月左右就需要重新涂装。
公告号为CN103194146B的中国专利公开了一种金属管道内壁用热塑性耐高温防粘防腐涂料及其制备方法，它包括热塑性聚醚砜树脂、耐高温氟树脂、触变剂、耐蚀颜料、功能填料、复合溶剂和助剂。这种热塑性耐高温防粘防腐涂料虽然在金属表面的附着力好，适用温度可达260℃，但涂料的致密性不够好，容易产生孔洞或裂纹。
发明内容
本发明的目的是提供一种金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料，具有良好的致密性和耐磨性，同时具有防静电性能。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料，按质量分数计算，由以下组分制成：
聚酰亚胺预聚体10-20份、耐高温氟树脂15-30份、触变剂1-3份、沸石分子筛10-30份、碳纳米管10-20份和溶剂50-80份。
进一步的，聚酰亚胺预聚体的制备方法包括如下步骤：
室温条件下配制3，3′4，4′-二苯甲酮四酸二酐的二甲基亚砜饱和溶液，配制邻苯二胺异氰酸酯的饱和溶液；在油浴加热下搅拌进行反应，反应温度为80℃，持续反应30min后升温至140℃，再反应30min后降温，冷却到室温静置3h得到聚酰亚胺预聚体。
进一步的，沸石分子筛为MFI类型的沸石分子筛。
进一步的，触变剂是聚乙烯醇、气相二氧化硅或氢化蓖麻油中的任意一种。
进一步的，碳纳米管是多壁碳纳米管。
进一步的，溶剂是N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中的任意一种或几种的混合物。
一种金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1.将聚酰亚胺预聚体与耐高温氟树脂溶于溶剂中，常温下搅拌20-30min，加入触变剂，持续搅拌1h得到混合物；
步骤2.将沸石分子筛粉末和碳纳米管溶于溶剂中，常温下球磨2h，得到悬浊液；
步骤3.常温下将步骤1得到的混合物和步骤2得到的悬浊液混合在一起，球磨3h，得到金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料。
通过采用上述技术方案，本发明提供的一种金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料，能够在金属管道内壁形成一层致密的防腐蚀防静电且耐高温的涂层，有效提供油田管道的传输性能。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1. 本发明提供的一种金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料，采用了聚酰亚胺预聚体与耐高温氟树脂的结合，从而在耐高温的同时有效减小了管道内的摩擦力，当蜡质从原油中析出时，聚酰亚胺能够防止其沉积在油管、输油管道和贮油容器的内壁上；且聚酰亚胺能够与触变剂相结合，进一步提高涂料的流动性，减少涂料的结块，且使涂料在静置时不易分层。
2. 本发明提供的一种金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料，采用了沸石分子筛与碳纳米管的结合，在金属管道内形成涂层时，沸石分子筛与碳纳米管在微观上形成一种长程有序的结构，不易产生孔洞和裂纹；在宏观上形成一层十分致密的保护膜，耐强酸强碱性能优异，有效提高涂料的耐磨性能和耐高温性能；
3. 本发明提供的一种金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料，沸石分子筛的多孔结构具有极高的比表面积，且MFI类型的沸石分子筛具有微孔和介孔的混合孔道，能够有效吸收管道内的硫化氢，进一步起到防止金属管道被腐蚀的作用；
4. 本发明提供的一种金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料，碳纳米管的加入，尤其是选择多壁碳纳米管，进一步提高了涂料涂覆到金属管道后形成的涂层的致密性，同时降低了金属管道内的静电效应，有效防止静电吸附导致的管道内污染物沉积；
5. 本发明提供的一种金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料，由于聚酰亚胺预聚体的加入，使涂覆在金属管道表面的涂层同时具有亲水基和亲油基，具有较好的疏油疏水性能和较强的防沾污能力；
6. 本发明提供的一种金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料的方法，制备工艺简单，能耗低；且将碳纳米管与沸石分子筛在常温下球磨2h，使沸石分子筛和碳纳米管之间充分接触，共同形成一层致密的保护膜。
具体实施方式
一种金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料，按质量分数计算，由以下组分制成：
聚酰亚胺预聚体10-20份、耐高温氟树脂15-30份、触变剂1-3份、沸石分子筛10-30份、碳纳米管10-20份和溶剂50-80份。
作为一种优选方案，聚酰亚胺预聚体的制备方法包括如下步骤：
室温条件下配制3，3′4，4′-二苯甲酮四酸二酐的二甲基亚砜饱和溶液，配制邻苯二胺异氰酸酯的饱和溶液；在油浴加热下搅拌进行反应，反应温度为80℃，持续反应30min后升温至140℃，再反应30min后降温，冷却到室温静置3h得到聚酰亚胺预聚体。
作为一种优选方案，沸石分子筛为MFI类型的沸石分子筛。
作为一种优选方案，触变剂是聚乙烯醇、气相二氧化硅或氢化蓖麻油中的任意一种。
作为一种优选方案，碳纳米管是多壁碳纳米管。
作为一种优选方案，溶剂是N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中的任意一种或几种的混合物。
作为一种优选方案，一种金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1.将聚酰亚胺预聚体与耐高温氟树脂溶于溶剂中，常温下搅拌20-30min，加入触变剂，持续搅拌1h得到混合物；
步骤2.将沸石分子筛粉末和碳纳米管溶于溶剂中，常温下球磨2h，得到悬浊液；
步骤3.常温下将步骤1得到的混合物和步骤2得到的悬浊液混合在一起，球磨3h，得到金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料。以下实施例中提到的份数均以质量份数计算。
实施例1：一种金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料，制备步骤如下：
步骤1. 室温条件下称取1份3，3′4，4′-二苯甲酮四酸二酐，在二甲基亚砜溶剂中配制成为饱和溶液。 称取多异氰酸酯10份，与邻苯二胺配制成饱和溶液同时加入到油浴磁力搅拌器中进行反应，反应温度为70℃，反应时间为30min，转速为1500r/min，然后将温度升高至140℃， 反应时间为30min，氮气保护的条件下进行，转速为1000r/min，冷却到室温静置3h得到聚酰亚胺预聚体。
步骤2. 将10份聚酰亚胺预聚体与30份耐高温氟树脂溶于50份N-甲基吡咯烷酮中，常温下搅拌20min，加入2份聚乙烯醇，持续搅拌1h得到混合物；
步骤3. 将10份沸石分子筛粉末和20份碳纳米管粉末溶于30份N-甲基吡咯烷酮，常温下球磨2h，得到悬浊液；
步骤4.将步骤2得到的混合物和步骤3得到的悬浊液混合并常温下球磨3h，得到金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料。
通过等离子喷涂，将所得涂料喷涂到金属管道内壁。
实施例2：一种金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料，制备步骤如下：
步骤1. 室温条件下称取1份3，3′4，4′-二苯甲酮四酸二酐，在二甲基亚砜溶剂中配制成为饱和溶液。 称取多异氰酸酯10份，与邻苯二胺配制成饱和溶液同时加入到油浴磁力搅拌器中进行反应，反应温度为70℃，反应时间为30min，转速为1500r/min，然后将温度升高至140℃， 反应时间为30min，氮气保护的条件下进行，转速为1000r/min，冷却到室温静置3h得到聚酰亚胺预聚体。
步骤2. 将20份聚酰亚胺预聚体与15份耐高温氟树脂溶于40份N,N-二甲基甲酰胺，常温下搅拌30min，加入1份氢化蓖麻油，持续搅拌1h得到混合物；
步骤3. 将30份沸石分子筛粉末和20份碳纳米管粉末溶于20份N,N-二甲基甲酰胺中，常温下球磨2h，得到悬浊液；
步骤4.将步骤2得到的混合物和步骤3得到的悬浊液混合并常温下球磨3h，得到金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料。
通过等离子喷涂，将所得涂料喷涂到金属管道内壁。
实施例3：一种金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料，制备步骤如下：
步骤1. 室温条件下称取1份3，3′4，4′-二苯甲酮四酸二酐，在二甲基亚砜溶剂中配制成为饱和溶液。 称取多异氰酸酯10份，与邻苯二胺配制成饱和溶液同时加入到油浴磁力搅拌器中进行反应，反应温度为70℃，反应时间为30min，转速为1500r/min，然后将温度升高至140℃， 反应时间为30min，氮气保护的条件下进行，转速为1000r/min，冷却到室温静置3h得到聚酰亚胺预聚体。
步骤2. 将15份聚酰亚胺预聚体与20份耐高温氟树脂溶于30份N,N-二甲基乙酰胺，常温下搅拌25min，加入3份气相二氧化硅，持续搅拌1h得到混合物；
步骤3. 将20份沸石分子筛粉末和10份碳纳米管粉末溶于20份N,N-二甲基乙酰胺中，常温下球磨2h，得到悬浊液；
步骤4.将步骤2得到的混合物和步骤3得到的悬浊液混合并常温下球磨3h，得到金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料。
通过等离子喷涂，将所得涂料喷涂到金属管道内壁。
实施例4：一种金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料，制备步骤如下：
步骤1. 室温条件下称取1份3，3′4，4′-二苯甲酮四酸二酐，在二甲基亚砜溶剂中配制成为饱和溶液。 称取多异氰酸酯10份，与邻苯二胺配制成饱和溶液同时加入到油浴磁力搅拌器中进行反应，反应温度为70℃，反应时间为30min，转速为1500r/min，然后将温度升高至140℃， 反应时间为30min，氮气保护的条件下进行，转速为1000r/min，冷却到室温静置3h得到聚酰亚胺预聚体。
步骤2. 将27份聚酰亚胺预聚体与18份耐高温氟树脂溶于40份二甲基亚砜，常温下搅拌30min，加入3份氢化蓖麻油，持续搅拌1h得到混合物；
步骤3. 将20份沸石分子筛粉末和15份碳纳米管粉末溶于40份二甲基亚砜，常温下球磨2h，得到悬浊液；
步骤4.将步骤2得到的混合物和步骤3得到的悬浊液混合并常温下球磨3h，得到金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料。
通过等离子喷涂，将所得涂料喷涂到金属管道内壁。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (7)
1.一种金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料，其特征在于，按质量分数计算，由以下组分制成：
聚酰亚胺预聚体10-20份、耐高温氟树脂15-30份、触变剂1-3份、沸石分子筛10-30份、碳纳米管10-20份和溶剂50-80份。
2.根据权利要求1所述的一种金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料，其特征在于，所述聚酰亚胺预聚体的制备方法包括如下步骤：
室温条件下配制3，3′4，4′-二苯甲酮四酸二酐的二甲基亚砜饱和溶液，配制邻苯二胺异氰酸酯的饱和溶液；在油浴加热下搅拌进行反应，反应温度为80℃，持续反应30min后升温至140℃，再反应30min后降温，冷却到室温静置3h得到聚酰亚胺预聚体。
3.根据权利要求1所述的一种金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料，其特征在于，所述沸石分子筛为MFI类型的沸石分子筛。
4.根据权利要求1所述的一种金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料，其特征在于，所述触变剂是聚乙烯醇、气相二氧化硅或氢化蓖麻油中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料，其特征在于，所述碳纳米管是多壁碳纳米管。
6.根据权利要求1所述的一种金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料，其特征在于，所述溶剂是N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中的任意一种或几种的混合物。
7.一种金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1.将聚酰亚胺预聚体与耐高温氟树脂溶于溶剂中，常温下搅拌20-30min，加入触变剂，持续搅拌1h得到混合物；
步骤2.将沸石分子筛粉末和碳纳米管溶于溶剂中，常温下球磨2h，得到悬浊液；
步骤3.常温下将步骤1得到的混合物和步骤2得到的悬浊液混合在一起，球磨3h，得到所述的金属管道内壁用耐高温防腐防静电涂料。
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