CN116515353A - 一种耐高温高强度压力管道及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种耐高温高强度压力管道及其生产工艺，涉及压力管道的领域，其包括管道本体与抗紫外涂层，抗紫外涂层是将抗紫外涂料涂覆于管道本体表面获得，抗紫外涂层包括如下质量份数的组分：改性疏水丙烯酸树脂基体120‑160份、硅氧烷改性石墨烯6‑8份、负载抗紫外试剂二氧化硅粉体8‑10份、固化剂20‑27份、流平剂2‑3份；负载抗紫外试剂二氧化硅粉体包括2‑羟基,4’‑甲氧基二苯甲酮与纳米二氧化硅。本申请在管道本体外壁涂覆抗紫外涂层，能够有效提升管道的抗紫外性能。
Description
技术领域
本申请涉及压力管道的领域，尤其是涉及一种耐高温高强度压力管道及其生产工艺。
背景技术
压力管道是指所有承受内压或外压的管道，压力管道是管道中的一部分，是一种用以输送、分配、混合、分离、排放、计量、控制和制止流体流动的管道。
现有的户外压力管道在进行运输时，难免会经过太阳的照射，太阳光中含有紫外线，在长时间经过阳光的暴晒后，紫外线使得塑料压力管道快速老化，各项性能数值有所下降，在后续运输过程中，塑料压力管道在老化后出现开裂的现象，从而使得运输物泄露，甚至发生管道断裂的危险，故有待改善。
发明内容
为了提升管道的抗紫外老化性能，本申请提供一种耐高温高强度压力管道及其生产工艺。
本申请提供的一种耐高温高强度压力管道及其生产工艺采用如下的技术方案：
第一方面，本申请提供的一种耐高温高强度压力管道，采用如下的技术方案：
一种耐高温高强度压力管道，包括管道本体与抗紫外涂层，所述抗紫外涂层是将抗紫外涂料涂覆于管道本体表面获得，所述抗紫外涂层包括如下质量份数的组分：
改性疏水丙烯酸树脂基体120-160份
硅氧烷改性石墨烯6-8份
负载抗紫外试剂二氧化硅粉体8-10份
固化剂20-27份
流平剂2-3份
所述负载抗紫外试剂二氧化硅粉体包括2-羟基,4’-甲氧基二苯甲酮与纳米二氧化硅。
通过采用上述技术方案，压力管道包括为管道本体与抗紫外涂层，抗紫外涂层是抗紫外涂料涂覆于压力管道的外壁得到的，抗紫外涂料以改性疏水丙烯酸树脂为机体，加入硅氧烷改性石墨烯，可提升抗紫外涂层的机械性能；还添加有负载抗紫外试剂二氧化硅粉体，负载抗紫外试剂二氧化硅粉体包括2-羟基,4’-甲氧基二苯甲酮与纳米二氧化硅，其中，2-羟基,4’-甲氧基二苯甲酮为紫外吸收剂，具有紫外吸收率高、无毒且稳定性高的优点，能够有效减少紫外线对树脂涂层的伤害，并且能够提升管道的使用寿命，同时，加入纳米二氧化硅，能够进一步提升抗在外涂层的机械性能。
作为优选，所述负载抗紫外试剂二氧化硅粉体采用如下方法制备而成：
将纳米二氧化硅、2-羟基,4’-甲氧基二苯甲酮和催化剂混合后搅拌反应，随后真空干燥，研磨，即可得到负载抗紫外试剂二氧化硅粉体。
作为优选，所述反应时间为8-9h，所述反应温度为155-165℃。
作为优选，所述催化剂为月桂酸二丁基锡。
通过采用上述技术方案，通过月桂酸二丁基使得2-羟基,4’-甲氧基二苯甲酮负载在纳米二氧化硅的表面，2-羟基,4’-甲氧基二苯甲酮为有机小分子，与纳米二氧化硅表面羟基发生反应，使得纳米二氧化硅表面活性羟基减少，氢键作用减弱，能够使得纳米二氧化硅在树脂基体中分散更加均匀，从而提升了抗紫外涂层整体的稳定性。
作为优选，所述纳米二氧化硅与2-羟基,4’-甲氧基二苯甲酮之间的质量比为1:1.2-1.4。
通过采用上述技术方案，将纳米二氧化硅与2-羟基,4’-甲氧基二苯甲酮的质量比控制在上述范围内，能够有效提升抗紫外涂层的性能。
作为优选，所述硅氧烷改性石墨烯包括氧化石墨烯、聚乙烯醇与壳聚糖；所述硅氧烷改性石墨烯采用如下方法制备而成：
将聚乙烯醇加入去离子水中搅拌，得到聚乙烯醇溶液；将氧化石墨烯与离子水混合后搅拌，得到氧化石墨烯分散液；将改性剂加入至冰乙酸溶液中搅拌，得到改性剂溶液，将壳聚糖、上述制备的聚乙烯醇溶液与上述制备的氧化石墨烯分散液加入至改性剂溶液中，搅拌后干燥研磨，即可得到硅氧烷改性石墨烯。
通过采用上述技术方案，氧化石墨烯具有很好的机械性能，加入至抗紫外涂料中后，能够与纳米二氧化硅之间形成复杂的缠绕结构，从而使得抗紫外涂层的机械性能得到大幅提升；加入聚乙烯醇后，可以进一步提升丙烯酸树脂基体的成膜性能，并且能够与丙烯酸树脂之间发生化学交联，从而可减少2-羟基,4’-甲氧基二苯甲酮在长时间之间发生迁移的现象，提升整个抗紫外涂层的稳定性与机械强度，同时，聚乙烯醇是一种耐高温的材料，可有效提升整个体系的耐高温性能；壳聚糖同时也具有良好的热稳定型与成膜性能，同时，纳米二氧化硅中的Si4+能够与壳聚糖中的-OH基团形成氢键，从而使得整体抗紫外涂层更加稳定，进一步提升了抗紫外涂层的机械性能。
作为优选，所述改性剂为茶多酚。
通过采用上述技术方案，将茶多酚作为改性剂对氧化石墨烯进行改性，茶多酚中含有EGCG，是一种多酚类化合物，也能够进一步对紫外线进行吸收，从而提升抗紫外涂层整体的抗紫外性能。
作为优选，所述氧化石墨烯、聚乙烯醇与壳聚糖之间的质量比为1:(0.26-0.3):0.1。
通过采用上述技术方案，将氧化石墨烯、聚乙烯醇与壳聚糖之间的质量比控制在上述范围内，能够有效提升抗紫外涂层的性能。
第二方面，本申请提供一种应用于耐高温高强度压力管道的生产工艺，采用如下技术方案：
一种应用于耐高温高强度压力管道的生产工艺，包括如下步骤：
管道制备：在管道模具中填充管道制备材料，并进行煅烧，煅烧后的管道进行养护，得到管道本体；
管道涂层涂覆：养护后的管道，将抗紫外涂层涂覆于管道表面，在10-30℃的环境下，保持85％的相对湿度，干燥36h以上，即可得到耐高温高强度压力管道。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.在管道本体的外壁处涂覆一层抗紫外涂料，形成包覆在管道本体外壁的抗紫外涂层，抗紫外涂层中包括负载抗紫外试剂二氧化硅粉体，其中的2-羟基,4’-甲氧基二苯甲酮是一种紫外吸收剂，能够有效吸收紫外光，从而减少紫外光对涂层本体的伤害，提升了抗紫外涂层的使用寿命，并且与纳米二氧化硅能够共同提升抗紫外涂层的机械性能；
2.硅氧烷改性石墨烯中的氧化石墨烯、聚乙烯醇与壳聚糖能够协同提升抗紫外涂层的机械性能与耐高温性能，硅氧烷改性石墨烯以茶多酚作为改性剂，进行添加，也能够起到抗紫外的性能。
具体实施方式
本申请实施例公开一种耐高温高强度压力管道及其生产工艺，以下结合实施例对本申请作进一步详细说明：
其中，2-羟基,4’-甲氧基二苯甲酮(CAS号为131-57-7)，购入于西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司，产品编号为H36206；纳米二氧化硅购入于上海阿拉丁生化科技股份有限公司，产品编号为S104596；月桂酸二丁基锡(CAS号为77-58-7)购入于广东云星生物技术有限公司；茶多酚(CAS号为84650-60-2)购入于山东亚图生物科技有限公司。
实施例1
制备负载抗紫外试剂二氧化硅粉体：
将6.25g的纳米二氧化硅和8.75g的2-羟基,4’-甲氧基二苯甲酮混合后，加入3g的催化剂，升温至155℃后搅拌并反应8h，真空干燥后，研磨，过200目筛，即可得到负载抗紫外试剂二氧化硅粉体；其中，催化剂为月桂酸二丁基锡。
制备硅氧烷改性石墨烯：
将3.82g的聚乙烯醇加入至200mL的去离子水中，在25℃的条件下搅拌20min后，升温至80℃继续搅拌70min，随后冷却至25℃，得到聚乙烯醇溶液；将14.71g的氧化石墨烯加入至500mL的去离子水中，在50℃的温度下，以2000rps的转速超声分散6min，随后冷却至25℃，得到氧化石墨烯分散液；将0.3g的改性剂加入至质量分数为2％，50mL的冰乙酸溶液中，搅拌30min后，得到改性剂溶液，将1.47g的壳聚糖粉末加入至改性剂溶液中，搅拌15min后，将上述制备的聚乙烯醇溶液与上述制备的氧化石墨烯分散液加入并以1500rps的转速15min，在35℃的干燥箱中干燥24h，研磨后过200目筛，即可得到硅氧烷改性石墨烯；改性剂为茶多酚。
制备抗紫外涂料：
将8g负载抗紫外试剂改性二氧化硅粉体、6g硅氧烷改性石墨烯、2g流平剂、20g固化剂混合后，升温至75℃，以300rps的转速搅拌120min，随后冷却至40℃，即可得到抗紫外涂料；其中，流平剂为聚二甲基硅氧烷(CAS号为9016-00-6)，固化剂为过氧化苯甲酰(CAS号为94-36-0)。
制备压力管道：
管道制备：在管道模具中填充管道制备材料，并进行高温煅烧，煅烧后的管道进行养护，得到管道本体；
管道涂层涂覆：养护后的管道，将抗紫外涂层涂覆于管道表面，在10℃的环境下，保持85％的相对湿度，干燥36h，即可得到耐高温高强度压力管道。
实施例2
制备负载抗紫外试剂二氧化硅粉体：
将10.42g的纳米二氧化硅和14.58g的2-羟基,4’-甲氧基二苯甲酮混合后，加入5g的催化剂，升温至165℃后搅拌并反应9h，真空干燥后，研磨，过200目筛，即可得到负载抗紫外试剂二氧化硅粉体；其中，催化剂为月桂酸二丁基锡。
制备硅氧烷改性石墨烯：
将6.43g的聚乙烯醇加入至400mL的去离子水中，在25℃的条件下搅拌20min后，升温至80℃继续搅拌70min，随后冷却至25℃，得到聚乙烯醇溶液；将21.43g的氧化石墨烯加入至700mL的去离子水中，在50℃的温度下，以2000rps的转速超声分散6min，随后冷却至25℃，得到氧化石墨烯分散液；将0.6g的改性剂加入至质量分数为2％，50mL的冰乙酸溶液中，搅拌30min后，得到改性剂溶液，将2.14g的壳聚糖粉末加入至改性剂溶液中，搅拌15min后，将上述制备的聚乙烯醇溶液与上述制备的氧化石墨烯分散液加入并以1500rps的转速15min，在35℃的干燥箱中干燥24h，研磨后过200目筛，即可得到硅氧烷改性石墨烯；改性剂为茶多酚。
制备抗紫外涂料：
将10g负载抗紫外试剂改性二氧化硅粉体、8g硅氧烷改性石墨烯、2g流平剂、27g固化剂混合后，升温至75℃，以300rps的转速搅拌120min，随后冷却至40℃，即可得到抗紫外涂料；其中，流平剂为聚二甲基硅氧烷(CAS号为9016-00-6)，固化剂为过氧化苯甲酰(CAS号为94-36-0)。
制备压力管道：
管道制备：在管道模具中填充管道制备材料，并进行高温煅烧，煅烧后的管道进行养护，得到管道本体；
管道涂层涂覆：养护后的管道，将抗紫外涂层涂覆于管道表面，在30℃的环境下，保持85％的相对湿度，干燥36h，即可得到耐高温高强度压力管道。
实施例3
制备负载抗紫外试剂二氧化硅粉体：
将8.7g的纳米二氧化硅和11.3g的2-羟基,4’-甲氧基二苯甲酮混合后，加入4g的催化剂，升温至160℃后搅拌并反应8.5h，真空干燥后，研磨，过200目筛，即可得到负载抗紫外试剂二氧化硅粉体；其中，催化剂为月桂酸二丁基锡。
制备硅氧烷改性石墨烯：
将5.07g的聚乙烯醇加入至300mL的去离子水中，在25℃的条件下搅拌20min后，升温至80℃继续搅拌70min，随后冷却至25℃，得到聚乙烯醇溶液；将18.12g的氧化石墨烯加入至600mL的去离子水中，在50℃的温度下，以2000rps的转速超声分散6min，随后冷却至25℃，得到氧化石墨烯分散液；将0.4g的改性剂加入至质量分数为2％，50mL的冰乙酸溶液中，搅拌30min后，得到改性剂溶液，将1.81g的壳聚糖粉末加入至改性剂溶液中，搅拌15min后，将上述制备的聚乙烯醇溶液与上述制备的氧化石墨烯分散液加入并以1500rps的转速15min，在35℃的干燥箱中干燥24h，研磨后过200目筛，即可得到硅氧烷改性石墨烯；改性剂为茶多酚。
制备抗紫外涂料：
将9g负载抗紫外试剂改性二氧化硅粉体、7g硅氧烷改性石墨烯、2g流平剂、23g固化剂混合后，升温至75℃，以300rps的转速搅拌120min，随后冷却至40℃，即可得到抗紫外涂料；其中，流平剂为聚二甲基硅氧烷(CAS号为9016-00-6)，固化剂为过氧化苯甲酰(CAS号为94-36-0)。
制备压力管道：
管道制备：在管道模具中填充管道制备材料，并进行高温煅烧，煅烧后的管道进行养护，得到管道本体；
管道涂层涂覆：养护后的管道，将抗紫外涂层涂覆于管道表面，在25℃的环境下，保持85％的相对湿度，干燥36h，即可得到耐高温高强度压力管道。
实施例4
实施例4以实施例3为基准，实施例4与实施例3之间的不同之处仅在于：实施例4中制备负载抗紫外试剂二氧化硅粉体时，称取的纳米二氧化硅为10.42g，称取的2-羟基,4’-甲氧基二苯甲酮为14.58g。
实施例5
实施例5以实施例3为基准，实施例5与实施例3之间的不同之处仅在于：实施例4中制备负载抗紫外试剂二氧化硅粉体时，称取的纳米二氧化硅为7.41g，称取的2-羟基,4’-甲氧基二苯甲酮为8.89g。
实施例6
实施例6以实施例3为基准，实施例6与实施例3之间的不同之处仅在于：实施例6中制备硅氧烷改性石墨烯时，称取的氧化石墨烯为23.08g，称取的聚乙烯醇为4.62g，称取的壳聚糖为2.3g。
实施例7
实施例7以实施例3为基准，实施例7与实施例3之间的不同之处仅在于：实施例7中制备硅氧烷改性石墨烯时，称取的氧化石墨烯为20.69g，称取的聚乙烯醇为7.24g，称取的壳聚糖为2.07g。
对比例1
对比例1以实施例3为基准，对比例1与实施例3之间的不同之处仅在于：对比例1中在制备抗紫外涂料时，将添加的7g负载抗紫外试剂改性二氧化硅粉体，替换为加入3.04g的纳米二氧化硅粉体和3.96g的2-羟基,4’-甲氧基二苯甲酮。
对比例2
对比例2以实施例3为基准，对比例2与实施例3之间的不同之处仅在于：对比例2中在制备硅氧烷改性石墨烯时，称取的氧化石墨烯为0g，称取的聚乙烯醇为23.33g，称取的壳聚糖为6.67g。
对比例3
对比例3以实施例3为基准，对比例3与实施例3之间的不同之处仅在于：对比例3中在制备硅氧烷改性石墨烯时，称取的氧化石墨烯为22.22g，称取的聚乙烯醇为7.78g，称取的壳聚糖为0g。
对比例4
对比例4以实施例3为基准，对比例4与实施例3之间的不同之处仅在于：对比例4中在制备硅氧烷改性石墨烯时，称取的氧化石墨烯为27.27g，称取的聚乙烯醇为0g，称取的壳聚糖为2.73g。
性能检测试验
对实施例1-7，对比例1-6的压力管道进行取样，并进行如下性能测试：
(1)紫外老化后抗压力性能测试
选取《GB/T 20801.5-2020压力管道规范工业管道第5部分:检验与试验》为检测标准，使用紫外灯(灯管型号UVB-313)以0.76W的辐射强度下，8H光照、4H冷凝，室温温度光照时60℃，黑暗时50℃，在循环7d后，进行压力测试，每个试样检测三次，并将结果取平均值填写至表1。
(2)紫外老化后耐高温性能测试
选取《GBT20801.(1-6)-2006压力管道规范工业管道》为检测标准，使用紫外灯(灯管型号UVB-313)以0.76W的辐射强度下，8H光照、4H冷凝，室温温度光照时60℃，黑暗时50℃，在循环7d与14d后，分别进行耐高温测试，每个试样检测三次，并将结果取平均值填写至表1。
其中，部分合格指标为：维卡软化温度＞80℃；纵向回缩率≤5％。
表1压力管道性能测试数据
性能数据分析
从表1可以看出，实施例1-3在紫外光老化后，抗压强度均在70MPa及以上，抗折强度均在11.5MPa及以上，纵向回缩率均在3.5％及以下，维卡软化温度均在120℃及以上，在100℃的环境下运输液体3h的过程中，均无破裂、无渗漏现象，从而可以看出，本申请制备的压力管道在紫外老化后依旧具有良好的耐高温性能和良好的耐压性能。
由表1可以看出，实施例4中纳米二氧化硅占比过少，使得2-羟基,4’-甲氧基二苯甲酮的含量过多，虽然能够提升对紫外线的吸收效果，但是过少的纳米二氧化硅与壳聚糖之间的-OH基团难以全部交联，从而降低了整个抗紫外涂层的稳定性，从而使得整个涂层的稳定性下降，进而影响了抗紫外涂层整体的力学性能，故实施例4在紫外老化后的抗压强度、抗折强度下降，纵向回缩率上升。
实施例5中纳米二氧化硅占比过多，使得2-羟基,4’-甲氧基二苯甲酮的含量有所下降，较多的纳米二氧化硅，难以通过催化剂全部与2-羟基,4’-甲氧基二苯甲酮表面的羟基发生反应，从而使得纳米二氧化硅难以均匀分散在涂层体系中，降低了抗紫外涂层的稳定性，同时，2-羟基,4’-甲氧基二苯甲酮的含量下降，对紫外老化过程中紫外光的吸收有所下降，故实施例5中的抗压强度、抗折强度与维卡软化温度均有所下降，纵向回缩率上升。
实施例6中聚乙烯醇的占比下降，氧化石墨烯与壳聚糖的占比上升，聚乙烯醇含量减少后，其与丙烯酸树脂之间的化学交联作用下降，2-羟基,4’-甲氧基二苯甲酮在紫外老化时发生迁移，抗紫外涂层稳定性下降，故使得抗紫外涂层的在紫外老化后性能均有所下降。
实施例7中聚乙烯醇的占比上升，氧化石墨烯与壳聚糖的占比有所上升，过多的氧化石墨烯发生团聚，从而影响抗紫外涂层整体的稳定性，故使得抗紫外涂层的性能在紫外老化后均有所下降。
对比例1中直接加入纳米二氧化硅与2-羟基,4’-甲氧基二苯甲酮，未经改性的纳米二氧化硅与2-羟基,4’-甲氧基二苯甲酮存在较多的羟基，两者之间相互形成氢键，导致纳米二氧化硅发生团聚，同时纳米二氧化硅与2-羟基,4’-甲氧基二苯甲酮均难以均匀分散在抗紫外涂层中，在试样进行抗紫外老化后，抗紫外涂层迅速老化，故对比例1在进行紫外老化后各项性能均有所下降，并且在运输液体时，出现局部裂痕，且发生渗漏的现象。
对比例2中没有添加氧化石墨烯，对比例3中没有添加聚乙烯醇，对比例4中没有添加壳聚糖，对比例2-4在紫外老化后，各项性能均有所下降；当体系中没有氧化石墨烯时，难以与纳米二氧化硅之间形成复杂的缠绕结构，抗紫外涂层的机械性能大幅下降；当体系中没有聚乙烯醇时，难以与丙烯酸树脂之间发生化学交联，2-羟基,4’-甲氧基二苯甲酮发生迁移，对紫外线的吸收效果有所下降，紫外老化后，各项性能均有所下降；当体系中没有壳聚糖时，抗紫外涂层整体稳定性有所下降，并且难以与纳米二氧化硅形成氢键，抗紫外涂层的机械性能大幅降低。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (9)
1.一种耐高温高强度压力管道，其特征在于：包括管道本体与抗紫外涂层，所述抗紫外涂层是将抗紫外涂料涂覆于管道本体表面获得，所述抗紫外涂层包括如下质量份数的组分：
改性疏水丙烯酸树脂基体120-160份
硅氧烷改性石墨烯6-8份
负载抗紫外试剂二氧化硅粉体8-10份
固化剂20-27份
流平剂2-3份
所述负载抗紫外试剂二氧化硅粉体包括2-羟基,4’-甲氧基二苯甲酮与纳米二氧化硅。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温高强度压力管道，其特征在于：所述负载抗紫外试剂二氧化硅粉体采用如下方法制备而成：
将纳米二氧化硅、2-羟基,4’-甲氧基二苯甲酮和催化剂混合后搅拌反应，随后真空干燥，研磨，即可得到负载抗紫外试剂二氧化硅粉体。
3.根据权利要求2所述的一种耐高温高强度压力管道，其特征在于：所述反应时间为8-9h，所述反应温度为155-165℃。
4.根据权利要求2所述的一种耐高温高强度压力管道，其特征在于：所述催化剂为月桂酸二丁基锡。
5.根据权利要求2所述的一种耐高温高强度压力管道，其特征在于：所述纳米二氧化硅与2-羟基,4’-甲氧基二苯甲酮之间的质量比为1:1.2-1.4。
6.根据权利要求1所述的一种耐高温高强度压力管道，其特征在于：所述硅氧烷改性石墨烯包括氧化石墨烯、聚乙烯醇与壳聚糖；所述硅氧烷改性石墨烯采用如下方法制备而成：
将聚乙烯醇加入去离子水中搅拌，得到聚乙烯醇溶液；将氧化石墨烯与离子水混合后搅拌，得到氧化石墨烯分散液；将改性剂加入至冰乙酸溶液中搅拌，得到改性剂溶液，将壳聚糖、上述制备的聚乙烯醇溶液与上述制备的氧化石墨烯分散液加入至改性剂溶液中，搅拌后干燥研磨，即可得到硅氧烷改性石墨烯。
7.根据权利要求6所述的一种耐高温高强度压力管道，其特征在于：所述改性剂为茶多酚。
8.根据权利要求6所述的一种耐高温高强度压力管道，其特征在于：所述氧化石墨烯、聚乙烯醇与壳聚糖之间的质量比为1:(0.26-0.3):0.1。
9.一种应用于耐高温高强度压力管道的生产工艺，其特征在于：包括如下步骤：
管道制备：在管道模具中填充管道制备材料，并进行煅烧，煅烧后的管道进行养护，得到管道本体；
管道涂层涂覆：养护后的管道，将抗紫外涂层涂覆于管道表面，在10-30℃的环境下，保持85%的相对湿度，干燥36h以上，即可得到耐高温高强度压力管道。
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