CN110982402A - 一种管道重防腐聚脲防护材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的管道重防腐聚脲防护材料，包括A、B两种组分，所述A组分为由异氰酸酯、聚酯/醚多元醇反应得到的半预聚物组分组成；所述B组分由重量份的石墨烯改性的端氨基聚醚、扩链剂及助剂组成，本发明提供的管道重防腐聚脲防护材料，通过在聚脲材料的B组分中引入石墨烯作为纳米填料，提高了聚脲材料的附着力、电阻率、耐化学性(酸性溶液)等抗腐蚀性能参数，能够用于管道防腐领域。本发明提供的管道重防腐聚脲防护材料，各项抗腐蚀参数较高，该型管道防腐聚脲材料的最终附着力≥12MPa；耐化学腐蚀方面能满足重量增加＜10％，烘干后重量减少＜4％，同时电阻率＞108Ωm2。
Description
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，特别涉及一种管道重防腐聚脲防护材料及其制备方法。
背景技术
世界各国每年因管道腐蚀造成的损失，美国约为20亿美元，英国约17亿美元，德国和日本各为33亿美元。我国的管道腐蚀情况也很严峻，油气输送管道大多已经达到20年左右的使用年限，管道逐步进入了事故高发期。所以如何提高管道的防腐性能，减少管道腐蚀带来的损失成为了整个化工行业所关注的焦点。
管道腐蚀主要有吸氧腐蚀、细菌腐蚀和二氧化硫腐蚀等多种类型，延缓管道的腐蚀即管道防腐是管道养护的重要环节。目前应用于管道腐蚀防护的方法主要包括阴极保护和涂装涂层，现阶段使用的涂层防腐体系主要有熔结环氧粉末涂层(FBE)、三层PE(聚乙烯)涂层，内涂层主要有液态环氧涂层、环氧粉末涂层，而涂层在服役过程中往往会出现老化而从金属表面脱落，往往需要配合阴极保护同时使用。
中国专利CN20161108115.6涉及了一种管道防腐用热熔胶及其制备方主要由沥青马蹄脂、热性树脂类、增粘树脂、抗氧剂、填料混炼而成。该发明解决了高低温适用范围差、低温性能差的问题，显示出较好的耐低温性能，高温粘结力、密封性能和防腐效果。
中国专利CN201610695461.4公开了一种管道防腐用冷缠防腐胶带，是由膜层和粘胶剂层组成，所述粘胶剂层各组分混合后经挤出机挤出涂覆于膜层上复合得到；所述膜层是由低密度聚乙烯、氯化聚乙烯、乙烯与醋酸乙烯酯的共聚物、聚乙烯蜡和丁苯橡胶制得的；所述粘胶剂层是由再生天然橡胶、回收聚丙乙烯、造纸污泥灰、偶联木粉、萜烯树脂、聚异丁烯基丁二酰亚胺、纳米二氧化硅和乙氧基二乙二醇醚制得的。该发明的制得管道防腐用冷缠防腐胶带对背材剥离强度高，具体是指粘胶剂层对于膜层的背部，具有很高的剥离强度，最高可达40.0N/mm，能够满足埋地钢制管道的防腐和修复需求。
上述发明虽然能够一定程度上满足管道防腐的需要，但是复杂的工艺是不可回避的难题，聚脲(喷涂聚脲)作为新防腐涂料的一种，打破了传统涂层需要加热和缠绕带来的施工缺陷，采用喷涂施工，应用简单方便，在管道防腐领域有着较广的应用前景。
发明内容
有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种具有良好的附着力，能够避免管道应用中涂层易脱落的问题，从而降低了管道腐蚀的风险的管道重防腐聚脲防护材料。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种管道重防腐聚脲防护材料的制备方法，包括下述步骤：
于惰性环境中，将40～50重量份的聚酯多元醇或聚醚多元醇搅拌加热至100～120℃，在真空负压下脱水，随后降温至50～60℃加入50～60重量份异氰酸酯，在80～90℃下反应2～3h制得半预聚体A组分，其NCO％含量为15％-20％；
将40～70重量份的石墨烯改性的端氨基聚醚，10～50重量份的扩链剂在25～85℃条件下搅拌混合均匀，再加入1～10重量份的助剂，搅拌均匀得到B组分；
将所述A、B组分按体积比1:1的比例进行喷涂，即可制得所述管道重防腐聚脲防护材料。
在一些较佳的实施例中，所述异氰酸酯为选自4，4’，-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI-100)、2，4’，-二苯基甲烷二异氰酸酯与4，4’，-二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物(MDI-50)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、4，4’，-二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、萘二异氰酸酯(NDI)中的至少一种。
在一些较佳的实施例中，所述聚醚多元醇为聚四氢呋喃醚二醇；所述聚酯多元醇选自聚己内酯二元醇、聚碳酸酯二元醇中的一种或几种。
在一些较佳的实施例中，所述石墨烯改性的端氨基聚醚通过下述方法制备：
在氧化石墨烯水溶液加入固体NaOH和固体氯乙酸超声处理混合均匀，得到羧基化的氧化石墨烯溶液，并经中和后过滤、干燥；
将制备得到的羧基化氧化石墨烯超声分散于DMF溶液中形成羧基化氧化石墨烯的DMF分散液；
将羧基化氧化石墨烯改性的端氨基聚醚通过化学法还原，得到石墨烯改性的端氨基聚醚。
在一些较佳的实施例中，所述羧基化氧化石墨烯采用的氧化石墨烯原料为单层氧化石墨烯、双层氧化石墨烯、多层氧化石墨烯、氧化石墨烯微球的一种或者多种按照任意比例混合组成。
在一些较佳的实施例中，所述扩链剂选自4，4’，-双仲丁氨基二环己基甲烷、3，3’，-二甲基-4，4’，-双仲丁氨基-二环己基甲烷、甲基二乙醇胺、二乙基甲苯二胺、二甲硫基甲苯二胺、4，4’-亚甲基双(3-氯-2,6-二乙基苯胺)、4，4’-亚甲基双(2,6-二乙基苯胺)、N，N’-双仲戊基环己烷二胺中的一种或几种。
在一些较佳的实施例中，所述助剂包括分子筛、所述分子筛规格为3A。
在一些较佳的实施例中，所述助剂包括催化剂，所述催化剂包括三亚乙基二胺、二丁基锡二月桂酸酯和辛酸亚锡中至少一种。
在一些较佳的实施例中，所述助剂包括色浆，所述色浆为聚氨酯行业通用色浆，其颜色包括：红、黄、蓝、绿、白、黑色浆，其含水量≤0.5％。
另外，本发明还提供了一种管道重防腐聚脲防护材料，由所述的管道重防腐聚脲防护材料的制备方法制备而成。
本发明采用上述技术方案的优点是：
本发明提供的管道重防腐聚脲防护材料，包括A、B两种组分，所述A组分为由异氰酸酯、聚酯/醚多元醇反应得到的半预聚物组分组成；所述B组分由重量份的石墨烯改性的端氨基聚醚、扩链剂及助剂组成，本发明提供的管道重防腐聚脲防护材料，通过在聚脲材料的B组分中引入石墨烯作为纳米填料，提高了聚脲材料的附着力、电阻率、耐化学性(酸性溶液)等抗腐蚀性能参数，能够用于管道防腐领域。
本发明提供的管道重防腐聚脲防护材料，各项抗腐蚀参数较高，该型管道防腐聚脲材料的最终附着力≥12MPa；耐化学腐蚀方面能满足重量增加＜10％，烘干后重量减少＜4％，同时电阻率＞108Ωm2。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
本发明提供的一种管道重防腐聚脲防护材料的制备方法，包括下述步骤：
步骤S110：于惰性环境中，将40～50重量份的聚酯多元醇或聚醚多元醇搅拌加热至100～120℃，在真空负压下脱水，随后降温至50～60℃加入50～60重量份异氰酸酯，在80～90℃下反应2～3h制得半预聚体A组分，其NCO％含量为15％-20％；
步骤S120：将40～70重量份的石墨烯改性的端氨基聚醚，10～50重量份的扩链剂在25～85℃条件下搅拌混合均匀，再加入1～10重量份的助剂，搅拌均匀得到B组分；
步骤S130：将所述A、B组分按体积比1:1的比例进行喷涂，即可制得所述管道重防腐聚脲防护材料。
其中：石墨烯改性的端氨基聚醚的制备方法如下：
步骤S111：在氧化石墨烯(水溶液)加入固体NaOH和固体氯乙酸超声处理混合均匀，得到羧基化的氧化石墨烯溶液，中和后过滤、干燥；
步骤S112：将制备得到的羧基化氧化石墨烯超声分散于DMF溶液中形成羧基化氧化石墨烯的DMF分散液；
步骤S113：将羧基化氧化石墨烯改性的端氨基聚醚通过化学法还原，得到石墨烯改性的端氨基聚醚。
可以理解，由于石墨稀是由单层或者寡层sp 2杂化碳原子构成的二维结构新材料，石墨烯片层共轭结构形成的层层叠加的隔绝层，能够有效地抑制水、氧气和离子的扩散对涂膜的浸润和渗透，从而很好地起到了物理防腐的作用，本发明提供的管道重防腐聚脲防护材料，通过在聚脲材料的B组分中引入石墨烯作为纳米填料，提高了聚脲材料的附着力、电阻率、耐化学性(酸性溶液)等抗腐蚀性能参数，能够避免管道应用中涂层易脱落的问题，从而降低了管道腐蚀的风险。
本发明提供的管道重防腐聚脲防护材料，各项抗腐蚀参数较高，该型管道防腐聚脲材料的最终附着力≥12MPa；耐化学腐蚀方面能满足重量增加＜10％，烘干后重量减少＜4％，同时电阻率＞108Ωm2。
以下结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明提供的管道重防腐聚脲防护材料包括A、B两种组分，其原料按质量百分比包括50％的A组分和50％的B组分，所述A组分为由异氰酸酯、聚酯/醚多元醇反应得到的半预聚物组分组成；所述B组分由重量份的石墨烯改性的端氨基聚醚、扩链剂及助剂组成，在本实施例中，具体组份如下：
根据上述物质组份，其制备步骤如下：
1)在惰性条件下，将聚己内酯多元醇搅拌加热至100～120℃，在真空负压(-0.1Mpa)下脱水1小时以上，随后降温至50～60℃加入MDI，在80～90℃下反应2～3h制得半预聚体A组分。
2)将单层石墨烯改性端氨基聚醚在22～30℃的水浴搅拌条件下，加入混合扩链剂，包括3，5-二乙基甲苯二胺(DETDA)和3，3’-二氯-4，4’-二苯基甲烷二胺(MOCA)，搅拌均匀后再加入助剂(分子筛、催化剂、色浆)搅拌均匀，便得到B组分。
3)将所述A、B组分利用指定高压无气喷涂设备按体积比1:1的比例进行喷涂得到管道重防腐聚脲材料，其有关于抗腐蚀参数如下表：
实施例2
本发明提供的管道重防腐聚脲防护材料包括A、B两种组分，其原料按质量百分比包括55％的A组分和45％的B组分，所述A组分为由异氰酸酯、聚酯/醚多元醇反应得到的半预聚物组分组成；所述B组分由重量份的石墨烯改性的端氨基聚醚、扩链剂及助剂组成，在本实施例中，具体组份如下：
根据上述物质组份，其制备步骤如下：
1)在惰性条件下，将聚己内酯多元醇搅拌加热至100～120℃，在真空负压(-0.1Mpa)下脱水1小时以上，随后降温至50～60℃加入MDI，在80～90℃下反应2～3h制得半预聚体A组分。
2)将双层石墨烯改性端氨基聚醚在22～30℃的水浴搅拌条件下加入混合扩链剂，包括3，5-二乙基甲苯二胺(DETDA)和3，3’-二氯-4，4’-二苯基甲烷二胺(MOCA)，搅拌均匀后再加入助剂(分子筛、催化剂、色浆)搅拌均匀，便得到B组分。
3)将所述A、B组分利用指定高压无气喷涂设备按体积比1:1的比例进行喷涂得到管道重防腐聚脲材料，其有关于抗腐蚀参数如下表：
实施例3
本发明提供的管道重防腐聚脲防护材料包括A、B两种组分，其原料按质量百分比包括55％的A组分和45％的B组分，所述A组分为由异氰酸酯、聚酯/醚多元醇反应得到的半预聚物组分组成；所述B组分由重量份的石墨烯改性的端氨基聚醚、扩链剂及助剂组成，在本实施例中，具体组份如下：
根据上述物质组份，其制备步骤如下：
1)在惰性条件下，将聚己内酯多元醇搅拌加热至100～120℃，在真空负压(-0.1Mpa)下脱水1小时以上，随后降温至50～60℃加入MDI，在80～90℃下反应2～3h制得半预聚体A组分。
2)将三层石墨烯改性端氨基聚醚在22～30℃的水浴搅拌条件下，包括3，5-二乙基甲苯二胺(DETDA)和3，3’-二氯-4，4’-二苯基甲烷二胺(MOCA)，搅拌均匀后再加入助剂(分子筛、催化剂、色浆)搅拌均匀，便得到B组分。
3)将所述A、B组分利用指定高压无气喷涂设备按体积比1:1的比例进行喷涂得到管道重防腐聚脲材料，其有关于抗腐蚀参数如下表：
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种管道重防腐聚脲防护材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
于惰性环境中，将40～50重量份的聚酯多元醇或聚醚多元醇搅拌加热至100～120℃，在真空负压下脱水，随后降温至50～60℃加入50～60重量份异氰酸酯，在80～90℃下反应2～3h制得半预聚体A组分，其NCO％含量为15％-20％；
将40～70重量份的石墨烯改性的端氨基聚醚，10～50重量份的扩链剂在25～85℃条件下搅拌混合均匀，再加入1～10重量份的助剂，搅拌均匀得到B组分；
将所述A、B组分按体积比1:1的比例进行喷涂，即可制得所述管道重防腐聚脲防护材料。
2.如权利要求1所述的管道重防腐聚脲防护材料的制备方法，其特征在于，所述异氰酸酯为选自4，4’，-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI-100)、2，4’，-二苯基甲烷二异氰酸酯与4，4’，-二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物(MDI-50)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、4，4’，-二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、萘二异氰酸酯(NDI)中的至少一种。
3.如权利要求1所述的管道重防腐聚脲防护材料的制备方法，其特征在于，所述聚醚多元醇为聚四氢呋喃醚二醇；所述聚酯多元醇选自聚己内酯二元醇、聚碳酸酯二元醇中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的管道重防腐聚脲防护材料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯改性的端氨基聚醚通过下述方法制备：
在氧化石墨烯水溶液加入固体NaOH和固体氯乙酸超声处理混合均匀，得到羧基化的氧化石墨烯溶液，并经中和后过滤、干燥；
将制备得到的羧基化氧化石墨烯超声分散于DMF溶液中形成羧基化氧化石墨烯的DMF分散液；
将羧基化氧化石墨烯改性的端氨基聚醚通过化学法还原，得到石墨烯改性的端氨基聚醚。
5.如权利要求4所述的管道重防腐聚脲防护材料的制备方法，其特征在于，所述羧基化氧化石墨烯采用的氧化石墨烯原料为单层氧化石墨烯、双层氧化石墨烯、多层氧化石墨烯、氧化石墨烯微球的一种或者多种按照任意比例混合组成。
6.如权利要求1所述的管道重防腐聚脲防护材料的制备方法，其特征在于，所述扩链剂选自4，4’，-双仲丁氨基二环己基甲烷、3，3’，-二甲基-4，4’，-双仲丁氨基-二环己基甲烷、甲基二乙醇胺、二乙基甲苯二胺、二甲硫基甲苯二胺、4，4’-亚甲基双(3-氯-2,6-二乙基苯胺)、4，4’-亚甲基双(2,6-二乙基苯胺)、N，N’-双仲戊基环己烷二胺中的一种或几种。
7.如权利要求1所述的管道重防腐聚脲防护材料的制备方法，其特征在于，所述助剂包括分子筛、所述分子筛规格为3A。
8.如权利要求7所述的管道重防腐聚脲防护材料的制备方法，其特征在于，所述助剂包括催化剂，所述催化剂包括三亚乙基二胺、二丁基锡二月桂酸酯和辛酸亚锡中至少一种。
9.如权利要求7所述的管道重防腐聚脲防护材料的制备方法，其特征在于，所述助剂包括色浆，所述色浆为聚氨酯行业通用色浆，其颜色包括：红、黄、蓝、绿、白、黑色浆，其含水量≤0.5％。
10.一种管道重防腐聚脲防护材料，其特征在于，由权利要求1-9任一项所述的管道重防腐聚脲防护材料的制备方法制备而成。
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