技术领域
[0001] 本
发明属于涂料领域,涉及一种抗硫化氢腐蚀水性涂料及其制备方法和应用。
背景技术
[0002] 水性防腐涂料是今后发展的重要方向,为达到高分子成膜物质水溶或水乳化的目的,引入了可以吸水性的官能团,如、羟基、羧基、
氨基、环
氧基以及环氧基,这些基团以及乳化剂在保证与水相容方面起到了关键作用;但是,由于在干膜中这些物质的存在,导致涂层
耐腐蚀性极大降低,为改善这种不利的情况,急需有效的能抑制金属腐蚀的材料。
[0003] 此外,随着油田进入后期开采,含水、含沙量、含硫化氢的提高,金属管线,设备耐磨损耗,耐腐蚀情况更加不容乐观,而一些油田,含硫化氢,环烷酸、二氧化
碳的腐蚀异常严重,导致设备腐蚀穿孔频繁,严重影响油田的安全、稳定的生产;虽然采取了一些措施,例如,在油井和设备中使用缓蚀剂,使用环氧涂层,但是这些措施在含沙,高含水,含酸(环烷酸,二氧化碳、含硫化氢仍然难以避免腐蚀的发生,给油田带来了巨大的损失,一些含硫化氢油田,因释放出有毒的气体,造成了人员伤亡,解决含酸
原油的腐蚀问题,对石油工业的发展,安全、稳定生产,意义重大。因此,针对这样的基本地质与工况情况,需要一次性解决,磨蚀、酸性腐蚀、耐冲击的性问题。
[0004] 缓蚀剂在金属腐蚀与防护过程中,起到关键的作用,在水溶液或油性体系都发挥防腐的作用,尤其是有机缓蚀剂,以种类多、效果好、使用方便而成为一种控制金属腐蚀的重要方法,但是有效的有机缓蚀剂大部分是小分子,不适合在涂料中使用,其加入涂料后,由于小分子的
迁移性而很快的丧失防腐功能,对于硫化氢的防腐效果不佳。
发明内容
[0005] 本发明的目的之一是提供一种抗硫化氢腐蚀水性涂料。具体的技术方案如下:
[0006] 一种抗硫化氢腐蚀水性涂料,按
质量百分比由组分:吡啶
甲酸包覆蒙脱土缓蚀剂为10%~25%,含有羧基的水性聚氨酯
树脂为20-50%,己内酰胺为15-25%,油酸为1~5%,防锈颜料为10-25%,填料为10-25%组成;其中所述吡啶甲酸包覆蒙脱土缓蚀剂的结构式如下:
[0007]
[0008] 其中,n/m=10~30。
[0009] 优选地,所述防锈颜料是
磷酸锌、铬酸锌、铬酸
钙、铬酸锶、铬酸钡、磷酸
铝、铝粉、玻璃鳞片、不锈
钢片或
云母氧化
铁。
[0010] 优选地,所述防锈颜料的粒径为0.5-5μm。
[0011] 优选地,所述填料是滑石粉、蒙脱土、粘土、
硅藻土、氧化铁红、碳酸钙、氢氧化铝、氢氧化镁、硅灰石粉、
硫酸钡或三氧化二锑。
[0012] 优选地,所述填料的粒径为0.5-5μm。
[0013] 优选地,所述含有羧基的水性聚氨酯树脂的分子量为3-30万。
[0014] 本发明的目的之二是提供所述抗硫化氢腐蚀水性涂料的制备方法。具体技术方案如下:
[0015] 一种所述抗硫化氢腐蚀水性涂料的制备方法,包括以下步骤:
[0016] (1)制备聚乙烯醇吡啶甲酸
[0017] 将吡啶甲酸、聚乙烯醇和辛酸锌加入反应容器,在100~150℃反应2~8小时,得到聚乙烯醇吡啶甲酸,其中所述吡啶甲酸和聚乙烯醇的质量比为10~30:1,所述辛酸锌的质量是所述吡啶甲酸的2~8%;
[0018] (2)制备吡啶甲酸包覆蒙脱土缓蚀剂
[0019] 将获得的聚乙烯醇吡啶甲酸和蒙脱土加入
乙醇的水溶液中,搅拌均匀后,
研磨至粒径为0.5-5μm,然后在150~200℃喷雾
造粒,得到吡啶甲酸包覆蒙脱土缓蚀剂,其中所述聚乙烯醇吡啶甲酸和蒙脱土的质量比为1:5~15,乙醇的水溶液的浓度为30~60%,用量是聚乙烯醇吡啶甲酸和蒙脱土总质量的5~30倍;
[0020] (3)制备抗硫化氢腐蚀水性涂料
[0021] 将吡啶甲酸包覆蒙脱土缓蚀剂、含有羧基的水性聚氨酯树脂、己内酰胺、油酸、防锈颜料和填料按照质量比配方混合均匀后,研磨至粒径为0.5-5μm,得到所述抗硫化氢腐蚀水性涂料。
[0022] 优选地,步骤(2)研磨时采用油酸酰胺作为研磨分散剂,其加入量为蒙脱土质量的2%。
[0023] 本发明的目的之三是提供所述抗硫化氢腐蚀水性涂料的应用。具体技术方案如下:
[0024] 所述抗硫化氢腐蚀水性涂料应用于金属材料表面。
[0025] 优选地,所述应用的方法是:将所述抗硫化氢腐蚀水性涂料涂覆或
喷涂于金属材料表面,干膜厚度≥30μm。
[0026] 本发明的有益效果:
[0027] 本发明的抗硫化氢腐蚀水性涂料由于含有己内酰胺而具有自交联性,提高了粘结强度和剪切强度,并进一步提高了抗硫化氢腐蚀的能
力。
[0028] 一般的水性涂料抗硫化氢腐蚀的时间为300小时左右,而本发明的抗硫化氢腐蚀水性涂料的耐硫化氢盐雾腐蚀的时间为710-938小时,平均达到831小时。
具体实施方式
[0030] (1)制备聚乙烯醇吡啶甲酸
[0031] 将吡啶甲酸、聚乙烯醇和辛酸锌加入反应容器,在120℃反应5小时,得到聚乙烯醇吡啶甲酸,所述吡啶甲酸和聚乙烯醇的质量比为15:1,辛酸锌的质量是吡啶甲酸的5%;
[0032] (2)制备吡啶甲酸包覆蒙脱土缓蚀剂
[0033] 将获得的聚乙烯醇吡啶甲酸和蒙脱土加入乙醇的水溶液中,搅拌均匀后,研磨至粒径为0.5-5μm,然后加入到
喷雾干燥机中,在180℃喷雾造粒,得到吡啶甲酸包覆蒙脱土缓蚀剂,所述聚乙烯醇吡啶甲酸和蒙脱土的质量比为1:10,乙醇的水溶液的浓度为50%,用量是聚乙烯醇吡啶甲酸和蒙脱土总质量的10倍;
[0034] (3)制备抗硫化氢腐蚀水性涂料
[0035] 将吡啶甲酸包覆蒙脱土缓蚀剂、含有羧基的水性聚氨酯树脂(分子量为3-30万)、己内酰胺、油酸、磷酸锌(作为防锈颜料)和滑石粉(作为填料)按照表1配方混合均匀后,在研磨机上研磨至粒径为0.5-2.5μm,即可得到所述抗硫化氢腐蚀水性涂料。
[0036] 表1抗硫化氢腐蚀水性涂料配方(质量分数%)
[0037]
[0038]
[0039] 实施例2抗硫化氢腐蚀水性涂料的制备
[0040] (1)制备聚乙烯醇吡啶甲酸
[0041] 将吡啶甲酸、聚乙烯醇和辛酸锌加入反应容器,在120℃反应5小时,得到聚乙烯醇吡啶甲酸,所述吡啶甲酸和聚乙烯醇的质量比为15:1,辛酸锌的质量是吡啶甲酸的5%;
[0042] (2)制备吡啶甲酸包覆蒙脱土缓蚀剂
[0043] 将获得的聚乙烯醇吡啶甲酸和蒙脱土加入乙醇的水溶液中,搅拌均匀后,研磨至粒径为0.5-5μm,然后加入到喷雾干燥机中,在180℃喷雾造粒,得到吡啶甲酸包覆蒙脱土缓蚀剂,所述聚乙烯醇吡啶甲酸和蒙脱土的质量比为1:10,乙醇的水溶液的浓度为30%,用量是聚乙烯醇吡啶甲酸和蒙脱土总质量的30倍;
[0044] (3)制备抗硫化氢腐蚀水性涂料
[0045] 将吡啶甲酸包覆蒙脱土缓蚀剂、含有羧基的水性聚氨酯树脂(分子量为3-30万)、己内酰胺、油酸、磷酸锌(作为防锈颜料)和滑石粉(作为填料)按照表2配方混合均匀后,在研磨机上研磨至粒径为0.5-2.5μm,即可得到所述抗硫化氢腐蚀水性涂料。
[0046] 表2抗硫化氢腐蚀水性涂料配方(质量分数%)
[0047] 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6
吡啶甲酸包覆蒙脱土缓蚀剂 15 15 15 15 15 15
含有羧基的水性聚氨酯树脂 30 30 30 30 30 30
己内酰胺 20 20 20 20 20 20
油酸 1 1 1 1 1 1
磷酸锌 20 20 20 20 20 20
滑石粉 14 14 14 14 14 14
[0048] 实施例3抗硫化氢腐蚀水性涂料的制备
[0049] (1)制备聚乙烯醇吡啶甲酸
[0050] 将吡啶甲酸、聚乙烯醇和辛酸锌加入反应容器,在120℃反应5小时,得到聚乙烯醇吡啶甲酸,所述吡啶甲酸和聚乙烯醇的质量比为15:1,辛酸锌的质量是吡啶甲酸的5%;
[0051] (2)制备吡啶甲酸包覆蒙脱土缓蚀剂
[0052] 将获得的聚乙烯醇吡啶甲酸和蒙脱土加入乙醇的水溶液中,搅拌均匀后,研磨至粒径为0.5-5μm,然后加入到喷雾干燥机中,在180℃喷雾造粒,得到吡啶甲酸包覆蒙脱土缓蚀剂,所述聚乙烯醇吡啶甲酸和蒙脱土的质量比为1:10,乙醇的水溶液的浓度为60%,用量是聚乙烯醇吡啶甲酸和蒙脱土总质量的5倍;
[0053] (3)制备抗硫化氢腐蚀水性涂料
[0054] 将吡啶甲酸包覆蒙脱土缓蚀剂、含有羧基的水性聚氨酯树脂(分子量为3-30万)、己内酰胺、油酸、磷酸锌(作为防锈颜料)和滑石粉(作为填料)按照表3配方混合均匀后,在研磨机上研磨至粒径为0.5-2.5μm,即可得到所述抗硫化氢腐蚀水性涂料。
[0055] 表3抗硫化氢腐蚀水性涂料配方(质量分数%)
[0056] 3-1 3-2 3-3 3-4 3-5 3-6
吡啶甲酸包覆蒙脱土缓蚀剂 10 10 10 10 10 10
含有羧基的水性聚氨酯树脂 40 40 40 40 40 40
己内酰胺 20 20 20 20 20 20
油酸 1 1 1 1 1 1
磷酸锌 10 10 10 10 10 10
滑石粉 19 19 19 19 19 19
[0057] 实施例4抗硫化氢腐蚀水性涂料的制备
[0058] (1)制备聚乙烯醇吡啶甲酸
[0059] 将吡啶甲酸、聚乙烯醇和辛酸锌加入反应容器,在120℃反应5小时,得到聚乙烯醇吡啶甲酸,所述吡啶甲酸和聚乙烯醇的质量比为15:1,辛酸锌的质量是吡啶甲酸的5%;
[0060] (2)制备吡啶甲酸包覆蒙脱土缓蚀剂
[0061] 将获得的聚乙烯醇吡啶甲酸和蒙脱土加入乙醇的水溶液中,搅拌均匀后,研磨至粒径为0.5-5μm,然后加入到喷雾干燥机中,在180℃喷雾造粒,得到吡啶甲酸包覆蒙脱土缓蚀剂,所述聚乙烯醇吡啶甲酸和蒙脱土的质量比为1:10,乙醇的水溶液的浓度为50%,用量是聚乙烯醇吡啶甲酸和蒙脱土总质量的20倍;
[0062] (3)制备抗硫化氢腐蚀水性涂料
[0063] 将吡啶甲酸包覆蒙脱土缓蚀剂、含有羧基的水性聚氨酯树脂(分子量为3-30万)、己内酰胺、油酸、磷酸锌(作为防锈颜料)和滑石粉(作为填料)按照表4配方混合均匀后,在研磨机上研磨至粒径为0.5-2.5μm,即可得到所述抗硫化氢腐蚀水性涂料。
[0064] 表4抗硫化氢腐蚀水性涂料配方(质量分数%)
[0065] 4-1 4-2 4-3 4-4 4-5 4-6吡啶甲酸包覆蒙脱土缓蚀剂 10 10 10 10 10 10
含有羧基的水性聚氨酯树脂 40 40 40 40 40 40
己内酰胺 20 20 20 20 20 20
油酸 3 3 3 3 3 3
磷酸锌 12 12 12 12 12 12
滑石粉 15 15 15 15 15 15
[0066] 实施例5耐硫化氢腐蚀测试
[0067] 将上述实施例1-4所得抗硫化氢腐蚀水性涂料涂覆于
冷轧钢板上,钢板大小为15×15×0.5cm,采用无气喷涂,喷涂厚度控制在100μm,干膜后漆膜厚度控制在75~80μm,干燥一周后进行硫化氢腐蚀测试,在
温度为35℃,硫化氢浓度为30ppm的试验条件下进行盐雾试验,实验结果见表5所示。
[0068] 表5实施例所得水性涂料硫化氢腐蚀实验结果汇总
[0069]
[0070]
[0071] 一般的水性涂料抗硫化氢腐蚀的时间为300小时左右,而从表5中可知,本发明的抗硫化氢腐蚀水性涂料的耐硫化氢盐雾腐蚀的时间为710-938小时,平均达到831小时。其中,实施例3-6所得水性涂料的抗硫化氢腐蚀性能最好,达到938小时。