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石油管材用外防腐清漆的研制研究
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张南1,朱好华1,巨永宁1,达好平1,刘爱荣2,张岳3

(1.中国石油长庆油田分公司,甘肃庆城745100;2.中国科学院上海硅酸盐研究所,上海200050;3中国科学院植物生理生态研究所,上海200032)

摘要:以甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸为原料与醇酸树脂作用制备石油管材外防腐清漆,讨论了单体共聚的配比,植物油的选择,催干剂的选择,助剂的选择等对防腐清漆性能的影响。制得的清漆综合性能良好,耐冲击,在石油管材下油井之前的运输、贮存过程中起到有效的保护、防腐蚀的作用。

关键词:甲基丙烯酸甲酯;甲基丙烯酸;防腐清漆

1 引言

近年来油田采油类管材如油管、套管、钻杆等越来越多地采用了内壁涂层防腐技术,该技术的制作工艺主要有热清洁、表面处理、喷涂三大部分。例如西安长庆图博可特涂层公司的CQFF03型外防腐清漆管在经过热清洁炉后进行内涂层表面处理及喷涂加工,由于油管在热清洁工艺中受到400℃的高温处理,油管外壁原来的保护层遭到破坏,所以当内涂层加工完成后,需要对外壁涂刷外防腐清漆,以便在下井之前的运输、存放过程中起到保护、防腐蚀作用。如何选择具有合理的防腐综合性能且成本低廉的外防腐清漆对企业的利润生成有着重要的意义。目前能在空气中干燥、漆膜光滑坚硬、具有一定的耐候性且成本低廉的醇酸树脂是以酯链为主链,含有羟基、羧基、苯环、酯基以及双键等活性基团,虽然醇酸树脂本身存在涂膜干燥缓慢、硬度低、耐水性、耐腐蚀性差等缺点,但是可以利用这些活性基团的特点对其进行改良,以获得诸如耐冲击性良好、柔韧性好、附着力强等优点。由丙烯酸改性醇酸树脂制成的外防腐清漆具有涂层干燥速率快,涂膜机械性能、耐老化性、耐化学品性能优良的特点,且广泛应用于金属、塑料制品的表面涂装。丙烯酸改性醇酸树脂可采用冷混拼用法,利用两组分基团间的反应制得,这些方法反应过程较难控制,本文以甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸与醇酸树脂为主要原料制备的改性外防腐清漆,具有综合性能良好、耐冲击性强、保光性优等特点。并对影响质量及施工的一些因素进行了讨论。目前该项目在西安长庆图博可特管道涂层公司进行了试生产并取得了阶段性成功。

2 试验部分

2.1 试验配方

试验原料和配方见表1。

表1 试验原料和配方

表1 试验原料和配方

2.2 试验方法

⑴将甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸加入到甲苯溶液中待用。

⑵将甘油、植物油和催化剂通CO2升温到240℃醇解至1∶3甲醇透明;降温到140℃加入⑴,升温以除去溶剂,在220℃保温酯化。

⑶将⑵降温至140℃以下,加苯酐和回流二甲苯;在220℃回流至酸值在20mgKOH/g以下。

⑷往⑶中依次加入助剂和溶剂,即得成品外防腐清漆。

2.3 性能评价

将配制的清漆进行实验室综合性能评价,检测结果见表2;现场进行试验:涂刷不经过表面处理且表面腐蚀较严重的J55油管,在自然环境中存放1a后拍照,不经涂刷和涂刷外防腐清漆的照片见图1和图2。

表2 外防腐清漆测试结果

表2 外防腐清漆测试结果

图1 未进行防腐措施的J55油管

图1 未进行防腐措施的J55油管

 图2 涂刷外防腐清漆的J55油管

图2 涂刷外防腐清漆的J55油管

3 结果与讨论

影响外防腐清漆性能的因素有很多,主要有参加共聚单体的配比、植物油的选择、催干剂的选择、助剂的选择等。

3.1 共聚单体配比

甲基丙烯酸单体与醇酸树脂共聚时,甲基丙烯酸单体的羧基基团与醇酸树脂链上的羟基发生接枝反应,甲基丙烯酸用量的多少影响到共聚产物分子链上的羧基数量,表3是共聚单体的不同比例对共聚产物的影响分析。由表3可以看出,甲基丙烯酸的用量在2.5~5.0g之间效果好。

表3 甲基丙烯酸用量与效果

表3 甲基丙烯酸用量与效果

表4 不同催干剂对干燥时间的影响

表4 不同催干剂对干燥时间的影响

3.2 植物油选择

在制作过程中,植物油的选择对外防腐清漆的性能起到关键的作用,含有共轭双键的植物油容易与丙烯酸共聚物作用,对不含有共轭双键的植物油可通过异构化或采用部分共轭油代替非共轭油的方法得到实现,经过试验,按1∶1的比例使用椰子油和蓖麻油,即可获得良好的性能,又能降低材料成本。

3.3 催干剂选择

石油管材在涂刷外防腐清漆的过程中,干燥时间长短制约着打包速率和生产效率,在实际生产中清漆干燥时间越短效率越高,一般常用的催干剂多为环烷酸盐,当适量地加入柠檬酸钠与环烷酸盐相配合时,效果会更好。表4是不同催干剂对干燥时间的影响。由表4可以看出,当加入环烷酸盐和柠檬酸钠时,干燥时间最快。

3.4 助剂选择

由于涂刷石油管材外防腐清漆时不需进行表面处理的特殊性,需要清漆具有一定的浸润性和抗气泡性。经过试验,适量加入德谦466和CAB,即可获得良好的浸润性能,在涂刷过程中又不产生气泡,具有优良的施工性。

4 结语

用甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸与醇酸树脂反应制成的外防腐清漆,具有干燥时间短,耐冲击性好,涂膜机械性能、耐老化性优良的特点,尤其适合不进行表面除锈处理的采油用管材外壁防腐,并且制作方法简单,成本低廉,特别对中小石油管材涂层加工型企业而言,有重要的实际意义。

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