本發(fā)明涉及一種環(huán)氧樹脂組合物涂料，具體涉及一種天然氣管道內(nèi)壁環(huán)氧樹脂涂料及其制備方法。
背景技術(shù)：
天然氣在管道輸送過程中，為了減少天然氣在管道內(nèi)表面的磨阻損失，提高輸氣效率，采用了管道內(nèi)涂層減阻技術(shù)。天然氣管道在施加了減阻內(nèi)涂技術(shù)后可以有效改善流動(dòng)介質(zhì)的流動(dòng)特性、有助于管道的防蝕保護(hù)、有利于管內(nèi)表面缺陷的目視檢查和改進(jìn)管道的清管效率。
研究表明，采用環(huán)氧樹脂作為天然氣管道內(nèi)壁的減阻涂層材料，能夠夠顯著減小管道內(nèi)壁的粗糙度，降低管壁表面能，改變流體對(duì)管壁的潤(rùn)濕程度，使得天然氣、石油等流體在管道內(nèi)壁的表面的接觸角變大，達(dá)到降低沿程阻力，增加管道輸送量、節(jié)省輸送能耗的目的。環(huán)氧樹脂分子中含有大量的苯環(huán)結(jié)構(gòu)和極性的羥基、醚鍵，能提供良好的附著力和耐蝕性，近年來，國(guó)內(nèi)外的絕大多數(shù)天然氣管道的內(nèi)減阻涂料均采用了環(huán)氧樹脂類的雙組分常溫固化型涂料，但是目前的環(huán)氧樹脂在應(yīng)用上存在一些問題：用于天然氣管道內(nèi)壁減阻的環(huán)氧樹脂涂層在固化后容易出現(xiàn)脫落或者裂紋，即環(huán)氧樹脂涂層的粘結(jié)性能和固化后的韌性較差，導(dǎo)致了減阻涂層的失效。
近年來，有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料引起了人們的廣泛關(guān)注。無機(jī)相均勻分布于有機(jī)基體中，能夠表現(xiàn)出無機(jī)和有機(jī)體各自的性能特點(diǎn)，這樣會(huì)增強(qiáng)復(fù)合材料某一方面或幾方面的性能，比如增強(qiáng)材料韌性、耐磨性、粘接強(qiáng)度等等。
因此，采用無機(jī)材料改性的方法對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行處理，提高環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的韌性和粘結(jié)強(qiáng)度等特性，對(duì)于環(huán)氧樹脂在天然氣管道減阻涂層領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要的工程價(jià)值。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題提供一種天然氣管道內(nèi)壁環(huán)氧樹脂涂料及其制備方法，該環(huán)氧樹脂涂料能提高環(huán)氧樹脂基涂層的減阻效率和服役壽命。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：
一種天然氣管道內(nèi)壁環(huán)氧樹脂涂料，其特征在于，主要由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的原料組成：
環(huán)氧樹脂： 40%~60%；
添加料： 5%~10%；
固化劑： 30%~40%；
所述添加料按質(zhì)量百分比由以下成分組成：
碳納米管 5%~15%；
氧化鐵 10%~25%；
炭黑 10%~25%；
氧化鋁溶膠 10%~25%；
二氧化硅-聚乙烯醇-水溶膠 10%~35%。
具體的，所述環(huán)氧樹脂按質(zhì)量百分比由E-12、E-44、或E-7型環(huán)氧樹脂60%~80%與F51型環(huán)氧樹脂20%~40%組成。
具體的，所述固化劑按質(zhì)量百分比由以下組分組成：乙二胺30%~45%；鄰苯二甲酸二甲脂 40%~55%；α-氫-ω-羥基-聚二甲基硅氧烷5%~15%。
具體的，所述添加料中的碳納米管平均粒徑小于30納米。
具體的，所述添加料中的氧化鐵的平均粒徑大于200納米且小于400納米，炭黑的平均粒徑大于200納米且小于400納米。
具體的，所述氧化鋁溶膠的濃度為30%~40%。
具體的，所述的添加料中的二氧化硅-聚乙烯醇-水溶膠按質(zhì)量百分比由以下組分組成：二氧化硅 10%~20%；聚乙烯醇30%~50%； 水 35%~50%。
一種如上所述的天然氣管道內(nèi)壁環(huán)氧樹脂涂料的制備方法，包括如下步驟：
（1）制備環(huán)氧樹脂基料：
按質(zhì)量百分比將60%~80%的E-12、E-44、或E-7型環(huán)氧樹脂之一與20%~40%的F51型環(huán)氧樹脂混合，并攪拌均勻；
（2）制備添加料：
①按質(zhì)量百分比將5%~25%的碳納米管粉體、25%~50%的氧化鐵粉體與25%~50%的炭黑混合，并攪拌均勻；
②按質(zhì)量百分比將3-丙醇鋁與水按質(zhì)量比1：4的比例混合，并在80℃溫度下攪拌2小時(shí)以上至形成氧化鋁溶膠；
③將聚乙烯醇與水按質(zhì)量比1：2的比例混合，并在水浴80℃中加熱攪拌1小時(shí)以上；
④將工業(yè)二氧化硅溶膠在50℃下攪拌加熱濃縮，采用密度計(jì)測(cè)量溶膠的密度變化，待溶膠密度在1.19g/cm3—1.21 g/cm3之間時(shí)，停止加熱并繼續(xù)攪拌冷卻至常溫，獲得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的硅溶膠；
⑤按質(zhì)量百分比將20%~40%的步驟④所制硅溶膠與60%~80%的步驟③所制聚乙烯醇溶液混合，攪拌2小時(shí)以上，獲得二氧化硅/聚乙烯醇溶液；
⑥按質(zhì)量百分比將40%~50%的步驟②所制氧化鋁溶膠與50%~60%的步驟⑤所制二氧化硅/聚乙烯醇溶液混合，在常溫下攪拌2小時(shí)以上形成氧化鋁/二氧化硅/聚乙烯醇混合溶液；
⑦按質(zhì)量百分比15%~25%將步驟①所制混合粉體加入75%~85%的步驟⑥所制備的混合溶液中，并攪拌1小時(shí)以上獲得環(huán)氧樹脂添加料；
（3）制備固化劑：
按質(zhì)量百分比將30%~40%的乙二胺、40%~55%的鄰苯二甲酸二甲脂、5%~15%的α-氫-ω-羥基-聚二甲基硅氧烷混合，并在常溫下攪拌0.5小時(shí)以上，形成固化劑；
（4）環(huán)氧樹脂改性：
①按質(zhì)量百分比將步驟（2）所制備的添加料與6~8倍的步驟（1）所制的環(huán)氧樹脂基料混合，并在常溫下攪拌2小時(shí)以上，形成改性環(huán)氧樹脂；
②將步驟①所制改性環(huán)氧樹脂，在絕對(duì)壓力為0.05MPa以下的真空箱內(nèi)常溫?cái)嚢?小時(shí)以上；
（5）制備目標(biāo)產(chǎn)品天然氣管道內(nèi)壁環(huán)氧樹脂涂料：
將步驟（3）所制備固化劑與步驟（4）所制備的改性環(huán)氧樹脂，按質(zhì)量百分比1:1~1:2的比例混合，并攪拌0.5小時(shí)后，形成環(huán)氧樹脂涂料。
本發(fā)明所提供的環(huán)氧樹脂涂料采用氧化鋁/二氧化硅/聚乙烯醇溶膠和納米材料對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性，能提高環(huán)氧樹脂的粘結(jié)強(qiáng)度和韌性，同時(shí)采用一定比例的乙二胺/鄰苯二甲酸二甲脂/α-氫-ω-羥基-聚二甲基硅氧烷作為固化劑，能夠同時(shí)提高環(huán)氧樹脂涂層的機(jī)械性能和固化速度，可廣泛應(yīng)用在天然氣管道減阻和防腐技術(shù)領(lǐng)域。
附圖說明
具體實(shí)施方式
一種天然氣管道內(nèi)壁環(huán)氧樹脂涂料，主要由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的原料組成：
環(huán)氧樹脂： 40%~60%；
添加料： 5%~10%；
固化劑： 30%~40%；
所述添加料按質(zhì)量百分比由以下成分組成：
碳納米管 5%~15%；
氧化鐵 10%~25%；
炭黑 10%~25%；
氧化鋁溶膠 10%~25%；
二氧化硅-聚乙烯醇-水溶膠 10%~35%。
所述環(huán)氧樹脂按質(zhì)量百分比由E-12、E-44、或E-7型環(huán)氧樹脂60%~80%與F51型環(huán)氧樹脂20%~40%組成。
所述固化劑按質(zhì)量百分比由以下組分組成：
乙二胺 30%~45%；
鄰苯二甲酸二甲脂 40%~55%；
α-氫-ω-羥基-聚二甲基硅氧烷 5%~15%。
所述添加料中的碳納米管平均粒徑小于30納米。
所述添加料中的氧化鐵的平均粒徑大于200納米且小于400納米，炭黑的平均粒徑大于200納米且小于400納米。
所述氧化鋁溶膠的濃度為30%~40%。
所述的添加料中的二氧化硅-聚乙烯醇-水溶膠按質(zhì)量百分比由以下組分組成：
二氧化硅 10%~20%；
聚乙烯醇 30%~50%；
水 35%~50%。
具體實(shí)施方式1
一種天然氣管道內(nèi)壁環(huán)氧樹脂涂料的制備方法，包括如下步驟：
（1）按質(zhì)量百分比將80%的E-44型環(huán)氧樹脂與20%的F51型環(huán)氧樹脂混合，并攪拌1小時(shí)至均勻；
（2）按質(zhì)量百分比將20%的碳納米管粉體、40%的氧化鐵粉體與40%的炭黑混合，并攪拌均勻；
（3）按質(zhì)量百分比將3-丙醇鋁與水按質(zhì)量比1：4的比例混合，并在80℃溫度下攪拌2小時(shí)至形成氧化鋁溶膠；
（4）將聚乙烯醇與水按質(zhì)量比1：2的比例混合，并在水浴80℃中加熱攪拌1.5小時(shí)；
（5）將工業(yè)二氧化硅溶膠在50℃下攪拌加熱濃縮，采用密度計(jì)測(cè)量溶膠的密度變化，待溶膠密度為1.20 g/cm3時(shí)，停止加熱并繼續(xù)攪拌冷卻至常溫；
（6）按質(zhì)量百分比將20%的步驟（5）所制硅溶膠與80%的步驟（4）所制聚乙烯醇溶液混合，攪拌2小時(shí)，獲得二氧化硅/聚乙烯醇溶液；
（7）按質(zhì)量百分比將40%的步驟（3）所制氧化鋁溶膠與60%的步驟（6）所制二氧化硅/聚乙烯醇溶液混合，在常溫下攪拌2小時(shí)形成氧化鋁/二氧化硅/聚乙烯醇混合溶液；
（8）按質(zhì)量百分比20%將步驟（2）所制混合粉體加入80%的步驟（7）所制備的混合溶液中，并攪拌1小時(shí)獲得環(huán)氧樹脂添加料；
（9）按質(zhì)量百分比1:8將步驟（8）所制備的添加料與步驟（1）所制的環(huán)氧樹脂混合，并在常溫下攪拌2小時(shí)以上，形成改性環(huán)氧樹脂；
（10）將步驟（9）所制改性環(huán)氧樹脂，在絕對(duì)壓力為0.02MPa下的真空箱內(nèi)常溫?cái)嚢?小時(shí)；
（11）按質(zhì)量百分比將35%的乙二胺、55%的鄰苯二甲酸二甲脂、10%的α-氫-ω-羥基-聚二甲基硅氧烷混合，并在常溫下攪拌1小時(shí)，形成固化劑；
（12）將步驟（11）所制備固化劑與步驟（10）所制備的改性環(huán)氧樹脂，按質(zhì)量百分比1:2的比例混合，并攪拌0.5小時(shí)，形成環(huán)氧樹脂涂料。
具體實(shí)施方式2
與具體實(shí)施方式1不同
一種天然氣管道內(nèi)壁環(huán)氧樹脂涂料的制備方法，包括如下步驟：
（1）按質(zhì)量百分比將60%的E-12、E-44、或E-7型環(huán)氧樹脂之一與40%的F51型環(huán)氧樹脂混合，并攪拌均勻；
（2）按質(zhì)量百分比將25%的碳納米管粉體、50%的氧化鐵粉體與25%的炭黑混合，并攪拌均勻；
（3）按質(zhì)量百分比將3-丙醇鋁與水按質(zhì)量比1：4的比例混合，并在80℃溫度下攪拌2小時(shí)以上至形成氧化鋁溶膠；
（4）將聚乙烯醇與水按質(zhì)量比1：2的比例混合，并在水浴80℃中加熱攪拌1小時(shí)以上；
（5）將工業(yè)二氧化硅溶膠在50℃下攪拌加熱濃縮，采用密度計(jì)測(cè)量溶膠的密度變化，待溶膠密度在1.19g/cm3—1.21 g/cm3之間時(shí)，停止加熱并繼續(xù)攪拌冷卻至常溫，獲得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的硅溶膠；
（6）按質(zhì)量百分比將40%的步驟（5）所制硅溶膠與60%的步驟（4）所制聚乙烯醇溶液混合，攪拌2小時(shí)以上，獲得二氧化硅/聚乙烯醇溶液；
（7）按質(zhì)量百分比將50%的步驟（3）所制氧化鋁溶膠與50%的步驟（6）所制二氧化硅/聚乙烯醇溶液混合，在常溫下攪拌2小時(shí)以上形成氧化鋁/二氧化硅/聚乙烯醇混合溶液；
（8）按質(zhì)量百分比25%將步驟（2）所制混合粉體加入75%的步驟（7）所制備的混合溶液中，并攪拌1小時(shí)以上獲得環(huán)氧樹脂添加料；
（9）按質(zhì)量百分比將步驟（8）所制備的添加料與6倍的步驟（1）所制的環(huán)氧樹脂混合，并在常溫下攪拌2小時(shí)以上，形成改性環(huán)氧樹脂；
（10）將步驟（9）所制改性環(huán)氧樹脂，在絕對(duì)壓力為0.05MPa以下的真空箱內(nèi)常溫?cái)嚢?小時(shí)以上；
（11）按質(zhì)量百分比將45%的乙二胺、40%的鄰苯二甲酸二甲脂、15%的α-氫-ω-羥基-聚二甲基硅氧烷混合，并在常溫下攪拌0.5小時(shí)以上，形成固化劑；
（12）將步驟（11）所制備固化劑與步驟（10）所制備的改性環(huán)氧樹脂，按質(zhì)量百分比1:1的比例混合，并攪拌0.5小時(shí)后，形成環(huán)氧樹脂涂料，并應(yīng)在4小時(shí)內(nèi)使用。
具體實(shí)施方式3
與具體實(shí)施方式1不同的是
一種天然氣管道內(nèi)壁環(huán)氧樹脂涂料的制備方法，包括如下步驟：
（1）按質(zhì)量百分比將70%的E-12、E-44、或E-7型環(huán)氧樹脂之一與30%的F51型環(huán)氧樹脂混合，并攪拌均勻；
（2）按質(zhì)量百分比將5%的碳納米管粉體、45%的氧化鐵粉體與50%的炭黑混合，并攪拌均勻；
（3）按質(zhì)量百分比將3-丙醇鋁與水按質(zhì)量比1：4的比例混合，并在80℃溫度下攪拌2小時(shí)以上至形成氧化鋁溶膠；
（4）將聚乙烯醇與水按質(zhì)量比1：2的比例混合，并在水浴80℃中加熱攪拌1小時(shí)以上；
（5）將工業(yè)二氧化硅溶膠在50℃下攪拌加熱濃縮，采用密度計(jì)測(cè)量溶膠的密度變化，待溶膠密度在1.19g/cm3—1.21 g/cm3之間時(shí)，停止加熱并繼續(xù)攪拌冷卻至常溫，獲得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的硅溶膠；
（6）按質(zhì)量百分比將30%的步驟（5）所制硅溶膠與70%的步驟（4）所制聚乙烯醇溶液混合，攪拌2小時(shí)以上，獲得二氧化硅/聚乙烯醇溶液；
（7）按質(zhì)量百分比將45%的步驟（3）所制氧化鋁溶膠與55%的步驟（6）所制二氧化硅/聚乙烯醇溶液混合，在常溫下攪拌2小時(shí)以上形成氧化鋁/二氧化硅/聚乙烯醇混合溶液；
（8）按質(zhì)量百分比15%將步驟（2）所制混合粉體加入85%的步驟（7）所制備的混合溶液中，并攪拌1小時(shí)以上獲得環(huán)氧樹脂添加料；
（9）按質(zhì)量百分比將步驟（8）所制備的添加料與7倍的步驟（1）所制的環(huán)氧樹脂混合，并在常溫下攪拌2小時(shí)以上，形成改性環(huán)氧樹脂；
（10）將步驟（9）所制改性環(huán)氧樹脂，在絕對(duì)壓力為0.05MPa以下的真空箱內(nèi)常溫?cái)嚢?小時(shí)以上；
（11）按質(zhì)量百分比將35%的乙二胺、50%的鄰苯二甲酸二甲脂、15%的α-氫-ω-羥基-聚二甲基硅氧烷混合，并在常溫下攪拌0.5小時(shí)以上，形成固化劑；
（12）將步驟（11）所制備固化劑與步驟（10）所制備的改性環(huán)氧樹脂，按質(zhì)量百分比1:2的比例混合，并攪拌0.5小時(shí)后，形成環(huán)氧樹脂涂料，并應(yīng)在4小時(shí)內(nèi)使用。
最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制；盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者對(duì)部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。