种天然气管道内涂减阻用无溶剂涂料及其制备方法

说明书
一种天然气管道内涂减阻用无溶剂涂料及其制备方法
所属技术领域
本发明涉及油气运输过程中管道内涂减阻涂料，具体为一下种管道减阻用无溶剂涂料及其制备方法。

背景技术
目前，油气输送主要靠大口径管道完成的，管道直径多在500mm以上，甚至达到1000mm。

为防止管道内壁的锈蚀、结蜡、杂质的沉积以及降低流体在管道内部输送阻力，通常需在管道内壁涂上一层涂料。

本发明主要涉及天然气管道内涂减阻涂料。

油气管道内涂始于上世纪五十年的美国，起初用于防腐，后来发现内涂管道有减阻增输的作用。

1958年美国田纳西天然气管线公司首次进行了典型的Refugio天然气管道内涂层试验，试验结果证明管道内涂层后流动效率提高明显。

此后世界上一些著名的大口径、长距离天然气管道都采用此项技术，此项技术有效的降低运输过程中的摩擦阻力从而压缩机的动力消耗减少降低成本，减轻内壁的腐蚀保证介质的纯度，便于管道的安全运行与维护。

管道内涂层减阻技术在国内起步较晚，直到21世纪初“西气东输”工程中才首次工业化应用，并取得良好成果。

随着诸多天然气项目的规划与施工，此项技术将会拥有广阔的应用前景。

当前，用于管道减阻内涂的涂料多为溶剂型涂料，溶剂多为二甲苯、正丁醇等一种或几种混合。

溶剂型涂料虽然施工性能较好，但也存在很多缺点：VOC含量过高污染环境，影响施工人员健康，有火灾隐患，且溶剂的挥发还导致漆膜质量下降。

涂料的发展趋势便是水性涂料、无溶剂涂料以及粉末涂料代替溶剂型涂料。

无溶剂涂料克服溶剂型涂料的缺点，单页存在自身缺点：一般粘度较大施工性能差，由于成膜树脂分子量较小交联密度高涂层一般较脆。

发明内容
为了克服无溶剂涂料的上述缺点，本发明提供一种表面粗糙度小镜面度高，具有优异的耐磨性能，表面能较低的天然气管道用减阻内涂涂料及其制备方法。

该涂料有A、B双组份组成，质量稳定，施工简单。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是提供制备颗粒直径小，团聚较少，与树脂相溶性好的颜填料改性的手段。

改性颜填料制备方法：采用硅烷偶联剂KH-560，用量为颜填料（PTFE无需改性）的0.5%-1.5%。

实验步骤包括KH-560的水解。

偶联剂：甲醇：水的比例为1：2:0.5，加入偶联剂前，用醋酸调整PH到3-5，水解5-10分钟，水解完成后加入10倍填料量的甲醇，然后将水解液喷到粉体表面，将粉体置入三口烧瓶，三口烧瓶接上冷凝管，在恒温箱里高速搅拌，温度设定在80℃，搅拌2个小时后抽滤，并将滤饼置于烘干箱里，在120℃干燥2h以上，然后将滤饼研碎得到改性后的粉体。

本制备方法的原理如下：硅烷偶联剂结构通式Y(CH2)n SiX3,其中Y为有机官能团，能与有机树脂发生反应。

X为烷氧基，能水解成活泼的多羟基硅醇Si(OH)3,然后与粉体表面的羟基缩合反应而牢固结合，反应基Y则与有机物质反应结合。

改性后的粉体团聚明显减少，颗粒直径较小，改性后的粉体与成膜树脂相溶性也大大提高，能在树脂体系里有很好的分散效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二在于提供制备内涂减阻无溶剂涂料的方法。

具体的技术方案是：
一种天然气管道内涂减阻用无溶剂涂料，其特征是双组份涂料包括A组分和B组分，A组分
与B组分的百分比分别为：
环氧树脂 35.0-45.0%；
稀释剂 14.0-22.0%；
氧化铁红粉 11.0-15.0%；
PTFE粉 3.0-4.0%；
硫酸钡粉 4.0-7.0%；
玻璃微珠 4.0-7.0%；
流平剂 0.4-0.8%；
消泡剂 0.5-0.9%；
分散剂 0.4-1.0%；
增韧剂 7.0-8.0%
B组分：
聚酰胺 80.0-90.0%；
固化促进剂 10.0-20.0%；
所述的A组分与B组分按质量比A:B=3-4.5:1配合使用。

所述的环氧树脂为E-51低黏度液态环氧树脂。

所述的稀释剂为丁基缩水甘油醚和碳12-14烷基缩水甘油醚（AGE）混合使用。

所述的颜填料为改性后的氧化铁红、玻璃微珠、硫酸钡粉，以及聚四氟乙烯微粉，粉体粒径在40µm以下。

所述的流平剂为BYK-320，分散剂为BYK-P 104S，消泡剂为BYK-A530，均为德国毕克公司产品，市场均可买到。

所述的增韧剂为邻苯二甲酸二丁酯。

所述的B组分固化剂为聚酰胺300#，固化促进剂为DMP-30。

本发明技术方案二制备内涂减阻无溶剂涂料的具体步骤为：(1)将颜料及填料球磨到40µm 以下，进行改性处理，将改性后的颜填料干燥处理，于120℃条件下干燥2h,除去挥发性杂志和物理结晶水分。

(2)按A组分原料配比将其他组分置于反应釜中混合恒温搅拌1h以上。

(3)按各项检测指标检测涂料，过滤包装得到组分A。

加入B组分聚酰胺300#及固化促进剂DMP-30混合搅拌即可使用。

本发明一种天然气管道内涂减阻用无溶剂涂料及其制备方法的积极效果是：
（1）本发明无溶剂管道内涂减阻涂料，涂层光洁度较高，粗糙度非常小可在1µm左右。

（2）填料中采用聚四氟乙烯（PTFE），使得涂层与水的接触角较大，大于90º，赋予涂层的表面能较小，减轻杂质在涂层表面的附着从而减小流体的流动阻力。

通过Owens-Wends-Rabel-Kaeble(OWRK)计算方法，得出表面能35左右。

（3）涂层固化较快，60℃条件下固化时间小于2h,室温下固化小于24h。

涂层具有良好的附着力，涂层的剪切强度达到15.2MPa以上，并且涂层的耐盐雾、耐溶剂性能较好。

（4）涂层不含有机溶剂，避免溶剂型涂料溶剂挥发导致的针孔缺陷。

消除溶剂型涂料溶剂挥发导致的火灾隐患，减轻涂料对施工人员身体健康的伤害，对环境更加友好。

附图说明
图一是本发明制备的改性氧化铁红扫描电镜图。

具体实施方式
以下结合实施对本发明作进一步的描述，应当指出的是，实施方式不限于此。

实施例1：
一种天然气管道内涂减阻用无溶剂涂料，包括A组分和B组分，A组分与B组分的质量百分比分别为：
环氧树脂 41.0%；
稀释剂 22.0%；
氧化铁红粉 15.0%；
PTFE粉 3.0%；
硫酸钡粉 4.5%；
玻璃微珠 6.0%；
流平剂 0.4%；
消泡剂 0.4%；
分散剂 0.7%；
增韧剂 7.0%
B组分：
聚酰胺 80.0%；
固化促进剂 20.0%；
涂料使用时A组分与B组分按质量比4:1混合使用。

其中，改性颜填料的制备方法如下：采用硅烷偶联剂KH-560改性，用量为颜填料的用量的的1.5%，颜填料中氧化铁红、硫酸钡粉和玻璃微珠的质量比为1:0.3:0.4（PTFE无需改性）。

实验步骤包括KH-560的水解。

偶联剂：甲醇：水的比例为1：2:0.5，加入偶联剂前，用醋酸调整PH到3-5，水解10分钟，水解完成后加入10倍填料量的甲醇，然后将水解液喷到粉体表面，将粉体置入三口烧瓶，三口烧瓶接上冷凝管，在恒温箱里高速搅拌，温度设定在80℃，搅拌2个小时后抽滤，并将滤饼置于烘干箱里，在120℃干燥2h以上，然后将滤饼研碎得到改性后的粉体。

管道内涂减阻用无溶剂涂料其制备方法：(1)将制备的改性颜料与填料与质量百分比为3.0%的PTFE以及A组分的质量百分比41%的环氧树脂，质量百分比22%的丁基缩水甘油醚，质量百分比0.4%流平剂，质量百分比0.4%的消泡剂和质量百分比为0.7%的分散剂，质量百分比为7%的增韧剂充分混合并搅拌90min以上，即可得到A组分。

(2)将A组分与包括质量百分比为80%的聚酰胺树脂和质量百分比为20%的固化促进剂DMP-30的B组分按质量比4:1混合搅拌，即可得到管道内涂减阻用无溶剂涂料。

该涂料所得到涂层，经检查其剪切强度为15.2Mpa，涂层的粗糙度小于1.5µm左右。

实施例2：
一种天然气管道内涂减阻用无溶剂涂料，包括A组分和B组分，A组分与B组分的质量百分比分别为：
A组分：
环氧树脂 45.5%；
稀释剂 14.0%；
氧化铁红粉 15.0%；
PTFE粉 4.0%；
硫酸钡粉 5.0%；
玻璃微珠 6.5%；
流平剂 0.75%；
消泡剂 0.5%；
分散剂 0.75%；
增韧剂 8.0%
B组分：
聚酰胺 85.5%；
固化促进剂 14.5%；
涂料使用时A组分与B组分按质量比3.75:1混合使用。

其中，改性颜填料的制备方法如下：采用硅烷偶联剂KH-560改性，用量为颜填料的用量的的1.5%，颜填料中氧化铁红、硫酸钡粉和玻璃微珠的质量比为3:1:1.3（PTFE无需改性）。

实验步骤包括KH-560的水解。

偶联剂：甲醇：水的比例为1：2:0.5，加入偶联剂前，用醋酸调整PH到3-5，水解10分钟，水解完成后加入10倍填料量的甲醇，然后将水解液喷到粉体表面，将粉体置入三口烧瓶，三口烧瓶接上冷凝管，在恒温箱里高速搅拌，温度设定在80℃，搅拌2个小时后抽滤，并将滤饼置于烘干箱里，在120℃干燥2h以上，然后将滤饼研碎得到改性后的粉体。

管道内涂减阻用无溶剂涂料其制备方法：(1)将制备的改性颜料与填料与质量百分比为4.0%的PTFE以及A组分的质量百分比45.5%的环氧树脂，质量百分比14%的丁基缩水甘油醚，质量百分比0.75%流平剂，质量百分比0.5%的消泡剂和质量百分比为0.75%的分散剂，质量百分比为8%的增韧剂充分混合并搅拌90min以上，即可得到A组分。

(2)将A组分与包括质量百分比为85.5%的聚酰胺树脂和质量百分比为14.5%的固化促进剂DMP-30的B组分按质量比3.75:1混合搅拌，即可得到管道内涂减阻用无溶剂涂料。

该涂料所得到涂层，经检查其剪切强度为13.4Mpa，涂层的粗糙度1µm左右。

实施例3：
一种天然气管道内涂减阻用无溶剂涂料，包括A组分和B组分，A组分与B组分的质量百分比分别为：
A组分：
环氧树脂 43.5%；
稀释剂 17.0%；
氧化铁红粉 15.0%；
PTFE粉 3.75%；
硫酸钡粉 5.0%；
玻璃微珠 6.0%；
流平剂 0.75%；
消泡剂 1.0%；
分散剂 0.75%；
增韧剂 7.25%
B组分：
聚酰胺 89.0%；
固化促进剂 11.0%；
涂料使用时A组分与B组分按质量比4.25:1混合使用。

其中，改性颜填料的制备方法如下：采用硅烷偶联剂KH-560改性，用量为颜填料的用量的的1.5%，颜填料中氧化铁红、硫酸钡粉和玻璃微珠的质量比为3:1:1.2（PTFE无需改性）。

实验步骤包括KH-560的水解。

偶联剂：甲醇：水的比例为1：2:0.5，加入偶联剂前，用醋酸调整PH到3-5，水解10分钟，水解完成后加入10倍填料量的甲醇，然后将水解液喷到粉体表面，将粉体置入三口烧瓶，三口烧瓶接上冷凝管，在恒温箱里高速搅拌，温度设定在80℃，搅拌2个小时后抽滤，并将滤饼置于烘干箱里，在120℃干燥2h以上，然后将滤饼研碎得到改性后的粉体。

管道内涂减阻用无溶剂涂料其制备方法：(1)将制备的改性颜料与填料与质量百分比为3.75%的PTFE以及A组分的质量百分比43.5%的环氧树脂，质量百分比17%的丁基缩水甘油醚，质量百分比0.75%流平剂，质量百分比1.0%的消泡剂和质量百分比为0.75%的分散剂，质量百分比为7.25%的增韧剂充分混合并搅拌90min以上，即可得到A组分。

(2)将A组分与包括质量百
分比为89.0%的聚酰胺树脂和质量百分比为11.0%的固化促进剂DMP-30的B组分按质量比4.25:1混合搅拌，即可得到管道内涂减阻用无溶剂涂料。

该涂料所得到涂层，经检查其剪切强度达到15Mpa，涂层的粗糙度小于1µm。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出上述实施例仅仅是对涂料制备方式的描述，而不是对本发明保护范围的限制。

本领域一般技术人员在未脱离本发明构思的前提下，做出的一些改进也应视为本发明的保护范畴。

说明书附图
图一
权利要求书（撰写示例）
1．一种天然气管道内涂减阻用无溶剂涂料，其特征是双组份涂料包括A组分和B组分，其中A组分与B组分质量百分比分别为：
A组分：
环氧树脂 35.0-45.0%；
稀释剂 14.0-22.0%；
氧化铁红粉 11.0-15.0%；
PTFE粉 3.0-4.0%；
硫酸钡粉 4.0-7.0%；
玻璃微珠 4.0-7.0%；
流平剂 0.4-0.8%；
消泡剂 0.5-0.9%；
分散剂 0.4-1.0%；
增韧剂 7.0-8.0%
B组分：
聚酰胺 80.0-90.0%；
固化促进剂 10.0-20.0%；
所述的A组分与B组分按质量比A:B=3-4.5:1配合使用。

2．根据权利要求1所述的一种天然气管道内涂减阻用无溶剂涂料，其特征是：所述的环氧树脂为E-51或与之环氧当量相似的环氧树脂。

3．根据权利要求1所述的一种天然气管道内涂减阻用无溶剂涂料，其特征是：所述的稀释剂为丁基缩水甘油醚或碳12-14烷基缩水甘油醚（AGE）。

4．根据权利要求1所述的一种天然气管道内涂减阻用无溶剂涂料，其特征是：所述的流平剂为BYK-320、消泡剂为BYK-A530、分散剂为BYK-P 104S，均为德国毕克公司产品。

5．根据权利要求1所述的一种天然气管道内涂减阻用无溶剂涂料，其特征是：所述的增韧剂为邻苯二甲酸二丁酯。

6．根据权利要求1所述的一种天然气管道内涂减阻用无溶剂涂料，其特征是：所述的B组分聚酰胺为聚酰胺300#、固化促进剂为DMP-30。

7．一种天然气管道内涂减阻用无溶剂涂料，其特征是：采用硅烷偶联剂KH-560改性颜填料，用量为颜填料的0.5%-1.5%。

实验步骤包括KH-560的水解。

偶联剂：甲醇：水的比例为1：2:0.5，加入偶联剂前，用醋酸调整PH到3-5，水解5-10分钟，水解完成后加入10倍填料量的甲醇，然后将水解液喷到粉体表面，将粉体置入三口烧瓶，三口烧瓶接上冷凝管，在恒温箱里高速搅拌，温度设定在80℃，搅拌2个小时后抽滤，并将滤饼置于烘干箱里，在120℃干燥2h以上，然后将滤饼研碎得到改性后的粉体。

8．一种天然气管道内涂减阻用无溶剂涂料，其特征是：其具体步奏包括：(1)将颜料及填料球磨到40µm以下，进行改性处理，将改性后的颜填料干燥处理，于120℃条件下干燥2h,除去挥发性杂志和物理结晶水分。

(2)按A组分原料配比将其他组分置于反应釜中混合恒温搅拌1h以上。

(3)按各项检测指标检测涂料，过滤包装得到组分A。

加入B组分聚酰胺300#及固化促进剂DMP-30，A、B两组分以3-4.5：1混合搅拌即可使用。

说明书摘要
本发明涉及一种天然气管道内涂减阻用无溶剂涂料及其制备方法，由硅烷偶联剂改性的氧化铁红、硫酸钡、玻璃微珠以及低粘度的环氧树脂、缩水甘油醚、聚四氟乙烯、流平剂、消泡剂、分散剂制备成的A组分，由聚酰胺树脂、固化促进剂组成的B组分，涂料由A组分与B组分以3-4.5:1配合使用，经喷涂固化后形成涂层。

本发明取得的积极效果是：避免有害的挥发溶剂，剪切强度大，涂层表面光滑表面能低，有一定的减阻耐磨作用，施工方便，有一定的应用前景。

（注：本资料素材和资料部分来自网络，仅供参考。

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