一种石油管道修补涂料组合物及其制备方法和应用

本技术涉及涂料领域，尤其涉及一种石油管道修补涂料组合物及其制备方法和应用。

背景技术：

1、石油管道是输送原油、成品油以及天然气的重要基础设施。由于这些管道常常处于恶劣的工作环境中，如高温、高压、腐蚀性介质以及复杂的地质条件，因此容易出现腐蚀、裂纹、磨损等问题。为了保证管道的安全运行，需要定期对管道进行检查和维护，并对发现的问题部位进行修补。而石油管道修补涂料是一种专门设计用于修补和保护石油管道免受腐蚀、磨损及其他损害的特殊涂料，这类涂料通常应用在已经受损或者存在潜在风险的管道区域，以延长管道的使用寿命并确保其安全运行。

2、传统的修补方法通常包括更换受损部分或使用机械夹具进行临时固定。然而，这些方法不仅成本高昂，而且在某些情况下可能不具备可行性。因此，开发高效的修补涂料成为一种更为经济且实用的选择。随着科技的进步，越来越多的高性能修补涂料被开发出来，这些涂料通常基于环氧树脂、聚氨酯、煤焦油环氧树脂以及其他合成树脂体系，通常具有良好的附着力、耐腐蚀、耐磨和耐候性等性能。

3、尽管这些修补涂料在很多情况下表现良好，但仍存在一些技术挑战，例如现有的修补涂料的防水性、耐老化性和力学机械性能力欠佳，不能满足复杂的管道修复环境。因此，为了有效解决上述问题，本技术提供了一种石油管道修补涂料组合物及其制备方法，本技术制得的石油管道修补涂料组合物能够在保持优异的附着力、耐腐蚀、耐磨性的同时，具有良好的防水和耐老化等性能，满足了复杂的石油管道修补环境下对于修补涂料的性能需求，进而具有优异的应用前景。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本技术第一方面提供了一种石油管道修补涂料组合物，以质量份计，原料为：复合环氧树脂70~90份，填料粒子20~30份，促进剂3~5份，固化剂4~6份，流平助剂1~2份，消泡剂1~2份，抗氧剂1~1.5份，功能助剂15~30份。

2、作为一种优选的方案，所述复合环氧树脂，填料粒子和功能助剂的质量比为（75~85）：（22~26）：（18~25）。

3、作为一种优选的方案，所述复合环氧树脂，填料粒子和功能助剂的质量比为（78~84）：（22~24）：（19~22）。

4、作为一种优选的方案，所述促进剂，固化剂和流平助剂的质量比为（4~6）：（5~5.5）：（1.2~1.8）。

5、作为一种优选的方案，所述促进剂，固化剂和流平助剂的质量比为（4.5~5）：（5.2~5.5）：（1.4~1.6）。

6、作为一种优选的方案，所述复合环氧树脂为双酚a环氧树脂，溴化环氧树脂和改性环氧树脂的组合物。

7、作为一种优选的方案，所述双酚a环氧树脂，溴化环氧树脂和改性环氧树脂的质量比为（6~8）：（1~1.5）：（1~1.4）。

8、作为一种优选的方案，双酚a环氧树脂，溴化环氧树脂和改性环氧树脂的质量比为（6.5~7.5）：（1.2~1.5）：（1.1~1.3）。

9、作为一种优选的方案，所述双酚a环氧树脂的环氧当量为880g/eq。

10、作为一种优选的方案，所述双酚a环氧树脂的酸值为20~30mgkoh/g。

11、作为一种优选的方案，所述溴化环氧树脂为溴化双酚a环氧树脂。

12、作为一种优选的方案，所述溴化环氧树脂的环氧当量为400 g/eq。

13、作为一种优选的方案，所述改性环氧树脂的制备方法包括以下步骤：s1：氮气保护下，将双酚f环氧树脂和丙三醇三缩水甘油醚加入到反应容器中，之后依次加入二苯基甲烷二异氰酸酯和2-乙基-4-甲基咪唑，搅拌混合均匀；s2：升温至60~75℃，持续保温反应2~4h，之后升温至90~110℃，再持续保温反应2~4h，得到预聚产物；s3：将预聚产物，丁二酸酐和3-氨基丙基三乙氧基硅烷混合并加入去离子水，之后转入密封反应釜，控制釜压为1.2~1.6mpa，升温至140~160℃，保温反应2.5~3.5h，反应完成后自然降至室温，过滤洗涤，真空烘干后即得。

14、作为一种优选的方案，所述双酚f环氧树脂，丙三醇三缩水甘油醚，二苯基甲烷二异氰酸酯和2-乙基-4-甲基咪唑的质量比为（8~10）：（3~4）：（1~1.5）：（0.01~0.05）。

15、作为一种优选的方案，所述双酚f环氧树脂的环氧当量为300~400g/eq。

16、作为一种优选的方案，所述预聚产物，丁二酸酐和3-氨基丙基三乙氧基硅烷的质量比为（6~8）：（1~1.2）：（0.2~0.3）。

17、本技术中通过上述改性环氧树脂的加入能够有效提高涂料组合物的附着力、耐腐蚀、耐老化和防水性能。改性后的环氧树脂能够通过引入柔性链段提高树脂的韧性的同时，增加体系内立体网络构建时分子链之间的缠结概率，进而增加内部网络体系的复杂性，在此基础上能够有效降低固化后涂层内部中填料粒子的微粒空隙的孔径，进而避免了较大的活动孔径对于防水、耐老化和耐腐蚀性能的负面影响；另一方面，能够有效控制填料粒子在涂层表面的含量，进而获得适宜的耐磨性的同时，避免表面孔隙的孔径和表面孔隙率，从而减少水分子和活性基团渗透涂层的概率，进而获得良好的各项性能稳定性。

18、作为一种优选的方案，所述填料粒子为绢云母粉、硫酸钡粉、钛白粉、炭黑粉和滑石粉中的至少一种。

19、作为一种优选的方案，所述填料粒子为绢云母粉和钛白粉的组合物。

20、作为一种优选的方案，所述绢云母粉和钛白粉的质量比为（4~4.5）：（1~1.2）。

21、作为一种优选的方案，所述绢云母粉的平均粒径为1.5~2.5μm。

22、作为一种优选的方案，所述钛白粉的平均粒径为50~100nm。

23、作为一种优选的方案，所述促进剂为二甲基咪唑。

24、作为一种优选的方案，所述固化剂为邻苯二甲酸酐、马来酸酐、2-乙基-4-甲基咪唑、间苯二胺、聚酰胺和聚醚胺中的至少一种。

25、作为一种优选的方案，所述固化剂为邻苯二甲酸酐。

26、作为一种优选的方案，所述流平助剂为聚二甲基硅氧烷或改性聚硅氧烷。

27、作为一种优选的方案，所述流平助剂为聚二甲基硅氧烷。

28、作为一种优选的方案，所述消泡剂为有机硅消泡剂中的至少一种。

29、作为一种优选的方案，所述抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂245、抗氧剂1098、抗氧剂1330中的至少一种。

30、作为一种优选的方案，所述抗氧剂为抗氧剂1076。

31、作为一种优选的方案，所述功能助剂为环氧嵌段聚醚和芳香基聚氧乙烯醚的组合物。

32、作为一种优选的方案，所述环氧嵌段聚醚和芳香基聚氧乙烯醚的质量比为（4.2~5.8）：（1.6~2.8）。

33、作为一种优选的方案，所述环氧嵌段聚醚为重均分子量1600da的环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚醚和重均分子量7800da的环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚醚的组合物，两者的质量比为（2~3）：（1~1.2）。

34、作为一种优选的方案，所述芳香基聚氧乙烯醚为三苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚。

35、作为一种优选的方案，所述芳香基聚氧乙烯醚的hlb值为10~13。

36、本技术中加入的上述功能助剂能够有效协助提高涂料组合物的附着力、耐腐蚀和防水以及耐老化性能。环氧嵌段聚醚和芳香基聚氧乙烯醚的组合能够通过其共同作用在涂料体系中形成连续性致界面膜，界面膜的存在能够在涂料体系中有效限制填料粒子的游离运动，进而在整体的填料分散作用下，获得优异的均匀性，且能够有效减少涂层表面的钛白粉粒子含量，进而避免因为钛白粉的多羟基引导作用而导致的防水性的下降，且在组合物体系中，更多的共聚醚的引入能够增强粘接分子间的作用力，增强涂料附着力；另一方面，不同链段长度的界面膜与环氧树脂接触时能够延续环氧树脂体系内的分子链作用力，进而大幅提高内部立体网络构建的紧密程度，增加体系内空间位阻，大幅增加水分子和游离基团在涂料组合物内部的渗透阻力和路径，进而避免了水分子和以水分子为载体的活性基团在组合物体系内的活性反应，获得良好的防水、耐腐蚀和耐老化性能。

37、本技术第二方面提供了一种上述石油管道修补涂料组合物的制备方法，具体包括以下步骤：s1：将复合环氧树脂加入至高速混合机中，优先加入填料粒子和功能助剂的混合物，400~600rpm转速搅拌40~50min混合均匀，之后将剩余原料依次加入混合，每次加入原料均400~600rpm转速搅拌20~30min，完成后得混合料；s2：将混合料加入至双螺杆挤出机熔融挤出，挤出温度为130~140℃，螺杆转速为900~1200rpm，将挤出后的物料压辊冷却，研磨过800目筛后，即得。

38、本发明的制备方法中所述的将剩余原料依次加入混合，其加入顺序并不影响最终产物的性能结果。

39、本技术第三方面提供了一种石油管道修补涂料组合物在地面管道修补、埋地管道修补、水下管道修补和高温高压管道紧急修补中的应用。

40、本技术具有的有益效果：

41、1、本技术中提供的一种石油管道修补涂料组合物，其能够在保持优异的附着力、耐腐蚀、耐磨性的同时，具有良好的防水和耐老化等性能，满足了复杂的石油管道修补环境下对于修补涂料的性能需求，进而具有优异的应用前景。

42、2、本技术中提供的一种石油管道修补涂料组合物，加入的改性树脂能够有效提高涂料组合物的附着力、耐腐蚀、耐老化和防水性能；改性后的环氧树脂能够通过引入柔性链段提高树脂的韧性的同时，增加体系内立体网络构建时分子链之间的缠结概率，进而增加内部网络体系的复杂性，在此基础上能够有效降低固化后涂层内部中填料粒子的微粒空隙的孔径，进而避免了较大的活动孔径对于防水、耐老化和耐腐蚀性能的负面影响；另一方面，能够有效控制填料粒子在涂层表面的含量，进而获得适宜的耐磨性的同时，避免表面孔隙的孔径和表面孔隙率，从而减少水分子和活性基团渗透涂层的概率，进而获得良好的各项性能稳定性。

43、3、本技术中提供的一种石油管道修补涂料组合物，其采用的功能助剂通过其共同作用在涂料体系中形成连续性致界面膜，界面膜的存在能够在涂料体系中有效限制填料粒子的游离运动，进而在整体的填料分散作用下，获得优异的均匀性，且能够有效减少涂层表面的钛白粉粒子含量，进而避免因为钛白粉的多羟基引导作用而导致的防水性的下降，且在组合物体系中，更多的共聚醚的引入能够增强粘接分子间的作用力，增强涂料附着力；另一方面，不同链段长度的界面膜与环氧树脂接触时能够延续环氧树脂体系内的分子链作用力，进而大幅提高内部立体网络构建的紧密程度，增加体系内空间位阻，大幅增加水分子和游离基团在涂料组合物内部的渗透阻力和路径，进而避免了水分子和以水分子为载体的活性基团在组合物体系内的活性反应。