热收缩带防腐底漆的研制

董  彬1, 崔  超2, 张自力2, 王向明2, 李  华2 
 ( 1. 中国石油天然气管道科学研究院,河北廊坊065000; 2. 中油管道防腐工程有限责任公司, 河北廊坊065000)

0 引 言
埋地油气管道普遍采用三层聚乙烯防腐层结构, 俗称3PE。3PE防腐层补口技术在国外已经应用多年, 拥有性能优良的补口材料和工艺, 并进行了大量的工程应用, 取得了较好的效果, 材料中使用多的产品是热收缩带。国内在学习国外先进技术的基础上开发出了系列产品, 并获得大规模应用,应用以湿膜安装技术为主, 受管道安装时气候条件以及运行中土壤环境的作用, 湿膜安装工艺补口质量的可靠性仍存在不足, 无法达到进口产品的应用效果。对在役和在建管道热收缩带的调查表明, 湿膜安装工艺下无溶剂环氧底漆不能形成有效的保护层, 且热收缩带与底漆间常常出现不粘的现象。针对湿膜安装工艺的不足, 本研究制备出了适合干膜安装的无溶剂环氧底漆, 经过检测, 底漆的防腐性能和与热收缩带的配合性达到了现场应用的技术要求, 并在国内新建管道工程上得到推广和应用
。
1 技术原理
聚乙烯热收缩带防腐补口材料通常由3 个部分组成: 辐射交联聚乙烯热收缩基材、热熔胶及环氧底漆, 如图1所示。

热熔胶: 本项目研制的热熔胶是以EEA( 乙烯- 丙烯酸乙酯共聚物)为基础树脂, 并加入多种乙烯- 马来酸酐- 酯基乙烯多元共聚物的共混胶; ! 热收缩材料: 热收缩带的背材是辐射交联聚乙烯热收缩材料, 本项目使用的热收缩材料是以重薄膜级HDPE为基础树脂, 为改进HDPE 的柔韧性, 加入了一定量的热塑性弹性体三元乙丙胶( EPDM ), 为提高体积电阻率加入了一定量的硅橡胶; ∀ 环氧底漆: 国产底漆普遍使用E- 51双酚A型环氧树脂产品, 固化剂以低分子聚酰胺为主, 与热熔胶中掺加的固化剂一致, 为了增加底漆的表面粗糙度(以便于和热缩带粘结), 底漆料中有粗颗粒聚集状的成分, 因而导致底漆层存在致密性、抗阴极剥离和化学稳定性不足等问题。这种底漆满足不了干膜安装设计对底漆防腐性的要求。在进行环氧底漆配方设计时, 选用环氧树脂E - 51 和另一种双酚烷基环氧树脂拼用, 由于引入新型烷基, 树脂流动性好, 无需加入活性稀释剂; 固化剂采用改性多元胺进口产品。研制的环氧底漆的特性为: 对钢的粘接性能好, 防腐层柔韧性、热稳定性、化学稳定性较为理想, 特别是抗阴极剥离性能优异[ ( 65 士 3) ºC , 30 d, 1.5 V, 剥离半径《 8 mm, 远远超过标准规定]。

2 环氧底漆的性能
表1为环氧底漆的性能。
表1 环氧底漆性能

注: 阴极剥离、附着力不在GB /T23257-2009《埋地钢质管道聚乙烯防腐层》规定之列。

3 结果与讨论
3. 1 成膜物质的选择
干膜安装的热收缩带底漆应具备优良的耐热、耐水、耐化学介质浸泡及耐阴极剥离性能[ ( 65士 3) ºC , 30 d, 1.5 V ) ], 常规的低相对分子质量环氧树脂因其黏度较大, 制备涂料困难,需加活性或非活性稀释剂降低体系黏度, 过去很多环氧无溶剂重防腐涂料的研究都是通过在环氧树脂中加入活性稀释剂来降低树脂的黏度并改善其韧性[1- 3] , 但是活性稀释剂的加入大大降低了环氧固化体系自身的玻璃化温度, 使得涂层耐热、耐阴极剥离性能下降, 影响了防腐性能。因此本研究选择低黏度环氧改性树脂与普通环氧树脂混拼(物理混合)作为主要的成膜物, 达到了良好的防腐效果。复配的复合树脂固化交联后不但防腐层的玻璃化温度不受影响, 其防腐、机械性能均有较大提高。环氧与改性树脂复配以及环氧树脂添加活性稀释剂分别固化后的玻璃化温度见表2和表3。
表2 环氧与改性树脂复配(复合树脂)的玻璃化温度

表3 环氧树脂添活性稀释剂混的玻璃化温度

3. 2 固化剂选择
固化剂种类繁多, 有改性芳香胺、改性脂肪胺、改性环脂胺、曼尼斯碱、异佛尔酮等, 均可用于制作无溶剂环氧。本研究将这几类固化剂与复合树脂固化反应成膜, 分别进行了附着力和阴极剥离试验, 结果表明这些固化剂固化的涂层的附着力和65ºC , 48 h条件下的阴极剥离没有明显差别, 但是在65ºC , 30 d条件下的阴极剥离只有用脂肪胺与异佛尔酮的共聚物固化剂的小于15 mm, 用其余固化剂均超过20 mm。因此, 选择脂肪胺与异佛尔酮的共聚物作为底漆的固化剂。
3. 3 其他材料的选择
颜填料是涂料的重要组成部分, 不仅可以降低环氧树脂固化的收缩率, 还能起到提高防腐层的防腐性能、降低成本等作用。颜料方面主要选择化学稳定性好的无机颜料; 填料方面, 选择了一种具有防锈作用的填料和既可以提高涂层强度,又能降低涂膜因固化产生收缩的惰性体质填料和提高抗渗性的鳞片状填料; 因研制的是无溶剂底漆, 所以选择的助剂必须是100%固体含量, 常用的助剂有硅油类和丙烯酸酯类。实际涂刷表明, 硅油类助剂影响刷涂层间附着力, 而且干膜安装热缩带底漆需要涂刷2道, 所以选择的3种助剂即分散剂、流平剂、消泡剂均为丙烯酸酯类。