一種具有持久防腐耐磨性的超雙疏塗層及其製備方法

2023-04-28 06:22:46

一種具有持久防腐耐磨性的超雙疏塗層及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種具有持久防腐耐磨性的超雙疏塗層，解決了現有超雙疏塗層持久性低的問題。該塗層分底層及表層，底層主要為環氧樹脂，表層為改性的高分子聚合物PVDF，通過表層與底層之間的反應，將含氟高分子聚合物禁錮在塗層內部，由此塗層的氟含量提高；同時將不同粒徑的粒子融入到塗層中，構建了較為精細的二元粗糙結構，提高了塗層的防腐耐磨性能，較高的氟含量及優異的防腐耐磨性能，為塗層超雙疏性能的持久提供了保證，同時確保超雙疏塗層的推廣應用。
【專利說明】一種具有持久防腐耐磨性的超雙疏塗層及其製備方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種在石油、化工行業中使用的超雙疏塗層以及該塗層的製備方法。

【背景技術】
[0002] 超雙疏管線塗層材料在石油、化工行業中具有廣闊的應用前景。而現有超雙疏塗 層的製備由於存在原料價格昂貴、工藝技術複雜、耐磨性差、壽命短等問題，未能得到普遍 的應用。如果超雙疏管線塗層使用在腐蝕、多相流、摩擦磨損等較苛刻環境中，則要求超雙 疏管線塗層具有優異的耐磨性，經受得住長時間的腐蝕和摩擦磨損。現有的超疏塗層都難 以達到這一目的。
[0003] 專利201310344505. 5中介紹了一種水性環氧樹脂及其超雙疏塗層的製備方法， 具體是利用水性環氧樹脂具有的特殊結構P(A-r-B)，分別在A和B位置引入不同的單體，實 現了超雙疏塗層的製備。然而該塗層表面磨損後就不具有超雙疏性質，因為塗層內部不具 有超雙疏的微結構，不適合長時間使用。
[0004] 專利201210012486. 1中介紹了一種通過在納米粒子表面接枝含氟低表面能物質 製備含氟納米微球，將製備的納米微球添加到環氧樹脂中製備出具有超雙疏性能的表面。 該專利製備的表面雖然具有超雙疏性能，但是含氟納米微球的製備工藝複雜，且要求納米 微米粒子表面必須含有活性基團(羥基、羧基、氨基等)，需要含氟溶劑分散顆粒，局限性大， 此外塗層表面磨損後易失去超雙疏性質，難以實現長時間工程應用。
[0005] 專利201310628746. 2報導了採用接枝辦法將含氟化合物接枝到環氧樹脂中，從 而製備超雙疏塗層。該塗層存在問題反應過程複雜，接枝率不高，環氧樹脂分子的活性位是 使用含氟化合物的二倍(一般改性接枝率〈5%)，而且由於對基體進行直接改性，導致樹脂與 基底之間結合力不高，從而直接影響塗層的綜合性能，摩擦磨損條件下該塗層不具備長時 間耐磨性能，難以長時間保持超雙疏性質。
[0006] 雖然上述三個專利都採用了防腐性能良好的環氧樹脂作為超雙疏塗層的基材，但 因為塗層表面的耐磨性能不夠好，所以其防腐性能也沒有發揮作用，導致超雙疏塗層的各 項性能都嚴重下降，最終影響其推廣應用。


【發明內容】

[0007] 本發明的目的是針對【背景技術】中存在的問題，提供一種防腐耐磨性能優良、可長 久保持超雙疏性能的塗層。
[0008] 本發明的另一目的是提供上述塗層的製備方法。
[0009] 為實現上述發明目的，本發明採用的技術方案是：一種具有持久防腐耐磨性的超 雙疏塗層，所述塗層分為底層及表層，其中底層材料由以下重量分數比的原料組成： 環氧樹脂60-90份， 無機納米填料1-20份， 固化劑6-9份， 表面活性劑1-5份， 有機溶劑60-100份， 所述塗層表層材料由以下重量分數比的原料組成： 改性高分子聚合物30-80份， 無機納米填料1-20份， 有機氟填料10-50份， 表面活性劑1-6份， 有機溶劑60-100份； 其中所述環氧樹脂包括縮水甘油醚類環氧樹脂、縮水甘油酯類環氧樹脂、縮水甘油胺 類環氧樹脂、線性脂肪族類環氧樹脂、脂環族類環氧樹脂中的一種或多種； 所述的改性高分子聚合物，由聚偏氟乙烯在pH=12-14的強鹼溶液中反應48小時後 形成，反應後的聚偏氟乙烯（PVDF)由白色粉末變成褐色，密度為1.751. 8g/cm3,熔點為 168°C，疏水角由110°將至75° ; 所述無機納米填料包括二氧化鈦晶須、鈦酸鉀晶須、納米纖維素晶須、納米炭黑、納米/ 微米二氧化矽、石墨烯、碳納米管和碳納米纖維中的一種或幾種，上述納米填料粒子的粒徑 在 20 nm-30 um 之間； 所述的有機氟填料包括低表面能高分子聚四氟乙烯（PTFE)、全氟乙烯丙烯共聚物 (FEP)、聚偏氟乙烯（PVDF)、全氟矽氧烷樹脂中的一種或多種，上述有機氟填料的粒徑為 1000 -2000 目之間； 所述固化劑為脂肪族二胺和多胺的一種或多種的混合； 所述表面活性劑為矽烷偶聯劑，聚乙二醇辛基苯基醚中的一種或多種的混合； 所述有機溶劑為乙醇，乙酸乙酯，二甲基甲醯胺中的一種或多種的混合。
[0010] 所述底層材料可以優選為由以下重量分數比的原料組成：環氧樹脂60-70份，無 機納米填料1-10份，固化劑6-7份，有機溶劑60份。
[0011] 所述底層材料可以優選為由以下重量分數比的原料組成：環氧樹脂70-80份，無 機納米填料10-20份，固化劑7-8份，有機溶劑80份。
[0012] 所述底層材料可以優選為由以下重量分數比的原料組成：環氧樹脂80-90份，無 機納米填料15-20份，固化劑8-9份，有機溶劑100份。
[0013] 所述表層材料可以優選為由以下重量分數比的原料組成：改性高分子聚合物 30-50份，無機納米填料5-15份，有機氟填料30-40份，表面活性劑3-5份，有機溶劑60份。
[0014] 所述表層材料可以優選為由以下重量分數比的原料組成：改性高分子聚合物 40-65份，無機納米填料10-20份，有機氟填料20-35份，表面活性劑2-6份，有機溶劑80 份。
[0015] 所述表層材料可以優選為由以下重量分數比的原料組成：改性高分子聚合物 50-80份，無機納米填料1-15份，有機氟填料25-50份，表面活性劑1-4份，有機溶劑100 份。
[0016] 持久防腐耐磨的超雙疏塗塗層的製備方法： (1) 對金屬管道表面除油、除汙，預處理標準達到Sal-Sa3級； (2) 塗層底層的製備： 將環氧樹脂和無機納米填料加入到有機溶劑中，待分散均勻後，向其中加入固化劑和 表面活性劑，繼續分散均勻後即製得超雙疏塗層的底層材料； 在金屬管道上噴塗底層材料，將噴塗後的金屬管線以2-6°C /min的升溫速率升溫至 60-80°C，並在60-80°C溫度下保溫20-30 min，獲得超雙疏塗層的底層； (3)塗層表層的製備： 將改性PVDF高分子聚合物、有機氟填料、無機納米填料加入有機溶劑中，待分散均勻 後，向其中加入表面活性劑，繼續分散均勻後即製得超雙疏塗層的表層材料； 在步驟（2)製備的管線底層上繼續噴塗表層材料，將噴塗後的金屬管線以2-6°C /min 升溫速率升溫至170-280°C，並在170-280°C溫度下保溫60-120 min，降溫後獲得整個超雙 疏塗層。
[0017] 本發明技術方案的原理說明： 1、 本發明改變了傳統的以小分子改性小分子或以小分子改性大分子的思想，創新性的 利用高分子聚合物改性高分子聚合物。具體的是利用改性的高分子聚合物PVDF對環氧樹 脂大分子進行改性，其中改性的高分子聚合物PVDF的改性機理是：

【權利要求】
1. 一種具有持久防腐耐磨性的超雙疏塗層，所述塗層分為底層及表層，其中底層材料 由以下重量分數比的原料組成： 環氧樹脂60-90份， 無機納米填料1-20份， 固化劑6-9份， 表面活性劑1-5份， 有機溶劑60-100份， 所述塗層表層材料由以下重量分數比的原料組成： 改性高分子聚合物30-80份， 無機納米填料1-20份， 有機氟填料10-50份， 表面活性劑1-6份， 有機溶劑60-100份； 所述環氧樹脂包括縮水甘油醚類環氧樹脂、縮水甘油酯類環氧樹脂、縮水甘油胺類環 氧樹脂、線性脂肪族類環氧樹脂、脂環族類環氧樹脂中的一種或多種； 所述改性高分子聚合物，由聚偏氟乙烯在pH=12-14的強鹼溶液中反應48小時後形成， 反應後的聚偏氟乙烯由白色粉末變成褐色，密度為1. 75~1. 8g/cm3,熔點為168°C，疏水角由 110° 將至 75° ; 所述無機納米填料包括二氧化鈦晶須、鈦酸鉀晶須、納米纖維素晶須、納米炭黑、納米/ 微米二氧化矽、石墨烯、碳納米管和碳納米纖維中的一種或幾種，上述納米填料粒子的粒徑 在 20 nm-30 um 之間； 所述的有機氟填料包括低表面能高分子聚四氟乙烯、全氟乙烯丙烯共聚物、聚偏氟乙 烯、全氟矽氧烷樹脂中的一種或多種，上述有機氟填料的粒徑為1000 -2000目之間； 所述固化劑為脂肪族二胺和多胺的一種或多種的混合； 所述表面活性劑為矽烷偶聯劑，聚乙二醇辛基苯基醚中的一種或多種的混合； 所述有機溶劑為乙醇，乙酸乙酯，二甲基甲醯胺中的一種或多種的混合。
2. 根據權利要求1所述的具有持久防腐耐磨性的超雙疏塗層，其特徵在於：所述底層 材料由以下重量分數比的原料組成：環氧樹脂60-70份，無機納米填料1-10份，固化劑6-7 份，有機溶劑60份。
3. 根據權利要求1所述的具有持久防腐耐磨性的超雙疏塗層，其特徵在於：所述底層 材料由以下重量分數比的原料組成：環氧樹脂70-80份，無機納米填料10-20份，固化劑 7- 8份，有機溶劑80份。
4. 根據權利要求1所述的具有持久防腐耐磨性的超雙疏塗層，其特徵在於：所述底層 材料由以下重量分數比的原料組成：環氧樹脂80-90份，無機納米填料15-20份，固化劑 8- 9份，有機溶劑100份。
5. 根據權利要求1所述的具有持久防腐耐磨性的超雙疏塗層，其特徵在於：所述表層 材料由以下重量分數比的原料組成：改性高分子聚合物30-50份，無機納米填料5-15份，有 機氟填料30-40份，表面活性劑3-5份，有機溶劑60份。
6. 根據權利要求1所述的具有持久防腐耐磨性的超雙疏塗層，其特徵在於：所述表層 材料由以下重量分數比的原料組成：改性高分子聚合物40-65份，無機納米填料10-20份， 有機氟填料20-35份，表面活性劑2-6份，有機溶劑80份。
7. 根據權利要求1所述的具有持久防腐耐磨性的超雙疏塗層，其特徵在於：所述表層 材料由以下重量分數比的原料組成：改性高分子聚合物50-80份，無機納米填料1-15份，有 機氟填料25-50份，表面活性劑1-4份，有機溶劑100份。
8. 權利要求1所述的具有持久防腐耐磨性的超雙疏塗層的製備方法，步驟如下： (1) 金屬管道表面預處理：達到Sal級-Sa3級； (2) 塗層底層的製備： 將環氧樹脂和無機納米填料加入到有機溶劑中，待分散均勻後，向其中加入固化劑和 表面活性劑，繼續分散均勻後即製得超雙疏塗層的底層材料； 在金屬管道上噴塗底層材料，將噴塗後的金屬管線以2-6°C /min的升溫速率升溫至 60-80°C，並在60-80°C溫度下保溫20-30 min，獲得超雙疏塗層的底層； (3) 塗層表層的製備： 將改性PVDF高分子聚合物、有機氟填料、無機納米填料加入有機溶劑中，待分散均勻 後，向其中加入表面活性劑，繼續分散均勻後即製得超雙疏塗層的表層材料； 在步驟（2)製備的管線底層上繼續噴塗表層材料，將噴塗後的金屬管線以2-6°C /min 升溫速率升溫至170-280°C，並在170-280°C溫度下保溫60-120 min，降溫後獲得整個超雙 疏塗層。
【文檔編號】C09D127/16GK104371498SQ201410641342
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月13日 優先權日:2014年11月13日
【發明者】汪懷遠, 劉戰劍, 袁瑞霞, 朱豔吉 申請人:東北石油大學