一种极寒环境的管道用减阻耐磨无溶剂涂料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及涂料领域，具体涉及一种极寒环境的管道用减阻耐磨无溶剂涂料及其制备方法。

背景技术：

1、随着环保力度的加强，作为世界第二大天然气消费国，中国的天然气需求量日益迅增，随之而来的是近年多起大型天然气输送项目的开工。对于长距离输送管线内壁采用减阻涂层，降低能耗，节能减排，整体经济效益更明显。同时，长距离天然气输送管线通常是大口径，钢质管道，造价和铺设施工成本高。减阻涂层除去经济效益外，对于管道内壁的防止腐蚀、提高耐磨性、延长管道的使用寿命，作用极大。

2、现今市场使用的天然气管道内壁涂层主要有溶剂型和无溶剂型两种。溶剂型内减阻涂料，voc含量高，污染环境，同时，整体性能要低于无溶剂型内减阻涂料。而现在的多数无溶剂内减阻涂料，涂层的表面阻力、耐磨和耐腐蚀性等性能还有很大的优化空间。

3、专利申请cn202310106473.9公开了一种天然气管道内壁用节能减阻耐磨耐腐蚀无溶剂涂料及其制备方法和应用。天然气管道内壁用节能减阻耐磨耐腐蚀无溶剂涂料，按质量百分比，组分a包含：环氧树脂25-35％,氟硅杂化环氧树脂20-25％,环氧活性稀释剂5-10％,改性填料23-40％,防沉剂0.4-1％,流平剂0.3-0.5％,消泡剂0.3-0.6％；b组分包含：脂肪胺加成物100％。尽管该涂料具有良好的耐磨耐腐蚀性能，但是也无法适应极寒环境，在温度低于-30℃的环境下容易开裂、脱落，造成涂层失效，无法使用。

4、专利cn201010541246.1公开了一种管道用减阻耐磨无溶剂涂料及其制备方法和应用，无溶剂涂料包含a、b组份，其原料的质量百分比为：a组份：环氧树脂30～40％、增韧树脂5～10％、活性稀释剂和磷酸锌各4～8％、流平剂和消泡剂各0.2～0.5％、分散剂0.4～0.8％、防沉增稠剂0.2～1.0％、氧化铁红粉8～20％、三聚磷酸铝和白陶磁粉各5～15％；b组份为改性胺5～20％、改性聚酰胺2～10％；a、b组份按质量比3～5:1配合使用。尽管该涂料具有良好的附着力、柔韧性和耐盐雾、耐溶剂性能，但是也无法适应极寒环境，在温度低于-30℃的环境下溶液开裂、脱落。

5、以上现有技术涂层均是适用于常规环境温度(冬季温度高于-20℃)，平均温度基本在10℃以上。上述涂层无法长期适应极寒环境，如果长期服役于-30℃以下的环境中，管道内壁环氧涂层的三维交联网络的自由体积逐渐减小，分子间距减小使得链段运动能力降低，此时再长期承受内壁弯管弧度产生的应力影响，会使得链段内部应力集中而断裂，涂层外部就会慢慢产生漏点，裂纹，甚至脱落情况。

6、随着我国油气管道工程事业的发展，极寒环境(如黑龙江漠河至西伯利亚，温度在-30℃～-40℃)下的油气管道工程也逐渐开展起来。目前的无溶剂管道内壁减阻涂料基本上只适用于温带和亚热带环境，都无法适应极寒环境下的管道。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种极寒环境的管道用减阻耐磨无溶剂涂料及其制备方法和应用，该涂料涂层在极寒环境下(-40℃低温环境下)，有优异的柔韧性能，可以通过2.5度弯曲，没有裂纹；附着力可以达到20兆帕以上；同时涂料有优异的耐冻融循环性能。该涂料可以长期服役于-30℃～-40℃的极寒环境中。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种极寒环境的管道用减阻耐磨无溶剂涂料，包括a组份和b组份，a组份和b组分原料的质量百分比分别为：

3、a组份：

4、

5、

6、b组份：

7、改性胺 99.0～99.8％；

8、触变增效剂 0.2～1.0％。

9、进一步地，所述的a组份与b组份按质量比a:b＝4.5～6:1配合使用。

10、进一步地，所述的环氧树脂为环氧当量185-200的环氧树脂，包括e-51、cyd128、828、或与之环氧当量相似的环氧树脂中的至少一种。

11、进一步地，所述的改性树脂为聚氨酯改性环氧树脂，包括cvc的聚氨酯改性环氧树脂hypox ua11等；该树脂通过适当比例的聚氨酯软段接枝，与环氧树脂分子链段之间相互缠结形成了互穿聚合物网络结构。此种结构使其能够像线性分子一样，在受到外力作用时发生分子链段的相对滑移，这样破坏互穿聚合网络结构就需要更多的能量，因此可以有良好的增韧效果。

12、所述的tdi加成物为含有nco反应基团的聚氨酯固化剂，包括杭州宝宸化工的l-75t等，本发明将聚氨酯固化剂用于涂料的树脂组分中，使得其nco基团可以与树脂中的环氧基团以及hypox ua11中的多元醇发生部分的预聚反应，生成一个含有聚氨基甲酸酯-异氰脲酸酯-环氧基团的三维网络结构。此结构在低温下增大自由体积能缓解体系应力，提高了分子链段的运动能力，从而显著提高低温下的断裂韧性。

13、进一步地，所述活性稀释剂为多官能团的缩水甘油醚树脂、环氧丙烷丁基醚、乙二醇二缩水甘油醚中的一种或两种。

14、进一步地，所述的流平剂为有机硅类byk358n；所述的消泡剂为含有机硅类的byk054消泡剂；所述的分散剂为byk 163；所述的膨润土类触变剂为rockwood1958。

15、进一步地，所述的改性胺为酚醛改性胺的环氧树脂固化剂；

16、所述的触变增效剂为亲水性气相二氧化硅用液体触变性增强剂byk-r605，b组分中使用byk-r605主要是为了避免其在a组分中粘度过高，不好施工的情况；a和b组分混合后，byk-r605中的活性物质分布为细微的晶体，通过氢键的形成以及与涂料的缔合作用，可以迅速的形成一个稳定的假塑性的三维空间立体结构，起到优异的抗流挂性能。

17、进一步地，碳化硅选择800-1000目的反应烧结碳化硅，有较高的硬度和良好的耐磨损性能。

18、硅微粉选择球型硅微粉，是一种高强度、高硬度、惰性的球型颗粒，其吸油量极低，容易分散且有较高的耐磨性能。

19、在本发明配方中添加碳化硅、硅微粉、高岭土有助于提高涂料的耐磨耐腐蚀性能。

20、本发明还提供一种极寒环境的管道用减阻耐磨无溶剂涂料的制备方法，包括以下步骤：

21、a组分的制备：将环氧树脂、改性树脂和活性稀释剂混合，搅拌均匀；在不断搅拌的条件下先加入50％的tdi加成物，充分搅拌1小时左右；在不断搅拌的条件下再加入另外50％的tdi加成物，充分搅拌1-2小时左右，进行预聚反应；依次加入消泡剂、流平剂、分散剂，继续搅拌分散，加入膨润土，提高转速，高速分散，在中速搅拌下依次加入磷酸锌、碳化硅、氧化铁红、高岭土、硅微粉，提高转速继续搅拌30min，后研磨至细度≤45μm，即得到a组分；

22、b组分的制备：将改性脂肪胺和触变增效剂分散均匀，得到b组分。

23、本发明还提供一种极寒环境的管道用减阻耐磨无溶剂涂料的应用，将所述涂料应用到极寒环境中的石油或天然气输送管道内作为减阻耐磨的涂层。即将a组分与b组分按质量比a:b＝4.5～6:1混合均匀后，涂覆在管道表面。

24、所述的管道可长期服役于-30℃～-40℃的极寒环境中。

25、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

26、(1)采用改性胺作为固化剂，使用聚氨酯改性环氧树脂、环氧树脂、活性稀释剂和tdi加成物进行预聚反应后的聚合环氧树脂作为树脂主体。因为tdi加成物中的nco基团可以与环氧树脂中的环氧基团以及hypox ua11中的多元醇发生部分的预聚反应，生成一个含有聚氨基甲酸酯-异氰脲酸酯-环氧基团的三维网络结构。此结构中的环氧基团与改性脂肪胺的活泼氢发生开环反应后，又进一步交联成一个大分子量更加牢固的网络结构。该结构在低温下可以进一步增大自由体积能缓解体系应力，提高了分子链段的运动能力，从而更加显著提高低温下的断裂韧性。因此，该涂料在极寒温度条件下，具有良好的柔韧性能，优秀的附着力、致密性和减阻耐磨性能；

27、(2)该产品在-30℃～-40℃极寒温度条件下，有良好的柔韧性能，干膜厚度150微米左右可以通过3度弯曲测试，没有裂纹产生；涂层附着力优异，低温环境下附着力可以达到20mpa以上；粗糙度ra≤2μm，(国外产品要求ra≤5μm)，耐磨系数≥30(国外产品要求≥23)使得该涂层具有良好的减阻耐磨性能。

28、(3)由于该涂料不含任何可挥发性溶剂，可消除涂层针孔，提高抗渗透性、耐磨性和耐腐蚀性能。