一种绝热防腐涂料和绝热防腐材料以及管道的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种绝热防腐涂料、一种绝热防腐材料以及一种管道。
【背景技术】
[0002] 随着我国生态文明节约能源政策的进一步深入，地热作为一种可再生能源，具有 清洁环保、利用系数高等优点，开发利用地热能源对于缓解能源紧张，实现资源节约具有重 要意义。在地热综合利用系统中，地热水或其他传热质需要被从地下两千多米深处抽出至 地表。北方供暖季节一般地表温度在零度以下，环境散热巨大。因此，输送管道需要覆盖高 性能的保温绝热涂料或保温层来降低热传导，减小散热损失。同时由于管道处在地下潮湿 的土壤环境中，传输介质又一般是具有一定的温度、压力及腐蚀性的液体，实际应用时对管 道涂料的耐腐蚀性和耐候性也有一定要求。在石油化工等领域中，为了增加稠油的流动性、 防止管道结蜡，也经常需要对管道采取保温和加热措施，因此也对绝热防腐涂料有广泛需 求。
[0003] 目前常用的管道防腐材料主要是石油浙青、环氧煤浙青、粘胶带、环氧粉末、聚乙 烯涂层和聚丙烯涂层等高分子材料。这些材料普遍具有较好的抗腐蚀能力，在长程输运管 道上起到保护管道免受严酷环境条件和外部腐蚀的作用。但是随着生产技术的发展，管道 涂层在防腐的同时也遇到了上述需要使流质保温的新需求。
[0004] 绝热涂料一般通过减少热量的传导和反射热辐射实现隔热。由于液态和气态物质 密度一般较小，因此其分子振动热传导能力普遍远小于固体物质，常温下静止空气的导热 系数约为〇. 023WAKm)。因此保温材料多为多孔疏松结构，利用空隙中的空气降低整体导热 系数。同时，如果涂料中具有众多微孔结构，可以使得材料内部有众多的反射界面，从而使 得热辐射传导的效率趋近于零。因此在很多新型保温涂料中一般都使用一定比例的中空微 珠或珍珠岩等材料起到绝热功效。例如，CN101230223A公开了一种以氟碳树脂、丙烯酸树 月旨、聚氨酯树脂为基质，以真空微珠为填充物的隔热涂层，该隔热涂层达到了良好的隔热效 果。然而，其为主要针对金属芯材的涂料产品，仍需要多层施工。此外，真空微珠与聚合物 树脂间的接合可能会出现问题，也不容易在聚合物树脂中分散均匀，因此并不适合直接制 备保温管材。
[0005] 保温涂层还需要解决的一个主要问题是涂层厚度。目前管道保温主要使用聚氨酯 泡沫类材料，这一类材料内部孔径较大，需要很厚的包裹层才能保证孔结构的有效堆叠，因 此一般使用厚度在50mm以上。地热及油田的很多管道由于地下或管道交汇处空间有限，需 要更薄、保温效果更好的防腐保温涂层。
[0006] 此外，目前的保温物料很少考虑化学防腐性能，并且防腐涂料也很少考虑保温性 能。为了拓宽涂层的适用范围，目前亟需开发一种能够兼具保温性能和防腐性能的涂料。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是为了克服采用现有的涂料不能同时兼具保温性能和防腐性能的 缺陷，而提供一种能够兼具保温性能和防腐性能的绝热防腐涂料、一种绝热防腐材料以及 一种管道。
[0008] 本发明提供了一种绝热防腐涂料，其中，所述绝热防腐涂料含有中空纤维、气凝胶 和防腐基质。
[0009] 本发明还提供了由上述绝热防腐涂料固化得到的绝热防腐材料。
[0010] 此外，本发明还提供了一种管道，其中，所述管道包括金属芯材和包覆在所述金属 芯材表面上的绝热防腐层，所述绝热防腐层由上述绝热防腐涂料或绝热防腐材料制成。
[0011] 本发明提供的绝热防腐涂料将中空纤维、气凝胶和防腐基质复配使用，能够使由 所述绝热防腐涂料制得的绝热防腐材料具有非常优异的保温性能和防腐性能，非常适用于 地热、油田等领域的管道涂层。此外，由于所述中空纤维具有较高的强度，并且所述防腐基 质与中空纤维和气凝胶均具有较好的相容性，因此，由所述绝热防腐涂料制得的绝热防腐 材料和管道还具有较好的力学性能。
[0012] 根据本发明的一种优选实施方式，当所述气凝胶的平均孔直径为10-50nm，孔隙率 为90-99%时，由所述绝热防腐涂料制得的绝热防腐材料和管道具有更为优异的保温性能。
[0013] 根据本发明的另一种优选实施方式，当所述防腐基质为高分子防腐基质时，能够 使得由绝热防腐涂料制得的绝热防腐材料的应用更为广泛。推测其原因，可能是由于：所述 高分子防腐基质的分子链上通常同时含有极性基团和非极性基团，因此，含有所述高分子 防腐基质的绝热防腐材料对各种基材(包括有机基材和无机基材）均具有较好的附着力，从 而能够与更多的基材复配制成各种复合材料并且这些复合材料均具有较高的力学性能。
[0014] 本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【具体实施方式】
[0015] 以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体 实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0016] 本发明提供的绝热防腐涂料含有中空纤维、气凝胶和防腐基质。
[0017] 本发明对所述绝热防腐涂料中的中空纤维、气凝胶和防腐基质的含量没有特别地 限定，但为了使得这三者配合起到更好的保温、防腐并提高力学性能的作用，优选地，以所 述绝热防腐涂料的总重量为基准，所述中空纤维的含量为10-50重量％，所述气凝胶的含 量为1-50重量％，所述防腐基质的含量为30-80重量％;更优选地，以所述绝热防腐涂料的 总重量为基准，所述中空纤维的含量为20-40重量％，所述气凝胶的含量为5-20重量％，所 述防腐基质的含量为40-60重量％。
[0018] 所述中空纤维的种类可以为本领域的常规选择，可以为现有的各种轴向具有空腔 的纤维,例如,可以为中空玻璃纤维、中空陶瓷纤维和中空聚合物纤维中一种或多种。其中， 所述中空聚合物纤维中的聚合物可以为聚乙烯、聚丙烯、聚酯(如聚对苯二甲酸乙二醇酯、 聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等)、聚乳酸、聚芳酰胺、聚酰亚胺、聚醚酰 亚胺、聚对苯撑苯并双恶唑、聚醚醚酮和苯酚-甲醛树脂中的一种或多种。
[0019] 此外，为了使得所述绝热防腐涂料在具有优异的保温性能的前提下，还具有较高 的力学强度，所述中空纤维的外径优选为0. 78-60分特，更优选为6. 67-20分特；中空率优 选为20-50 %，更优选为30-40 %。所述中空纤维可以以单根或多根中空纤维长丝和/或短 丝的形式使用，也可以以中空纤维织物(如纺织布、无纺布等）的形式使用。其中，当以单根 或多根中空纤维长丝的形式使用时，所述中空纤维的长度可以为5-100_ ;当以单根或多 根中空纤维短丝的形式使用时，所述中空纤维的长度可以为0. 1-5_。此外，所述中空纤维 内部可以是真空的，也可以填充有空气和/或惰性气体，如氮气和/或氩气等。在本发明中， 所述真空并不是指绝对的真空，而是指绝对压力在20Pa以下。
[0020] 所述气凝胶的种类为本领域技术人员公知，例如，可以为丙烯酸类基体的气凝胶 和/或环氧树脂基体的气凝胶，也可以为丙烯酸类和二氧化硅混合基体的气凝胶和/或环 氧树脂和二氧化硅混合基体的气凝胶，还可以为二氧化硅气凝胶。特别优选地，所述气凝胶 为二氧化硅气凝胶，这样能够使由所述的绝热防腐涂料形成的绝热防腐材料具有更好的保 温性能。此外，所述气凝胶可以通过商购得到，也可以按照本领域技术人员公知的公知方法 制备得到，对此本领域技术人员均能知悉，在此不作赘述。
[0021] 根据本发明，为了更利于由所述绝热防腐涂料形成的绝热防腐材料保温性能的进 一步提高，优选地，所述气凝胶的平均孔直径为Ι-lOOnm，孔隙率为85%以上；更优选地，所 述气凝胶的平均孔直径为10_50nm，孔隙率为90-99%。在本发明中，所述平均孔直径可以 通过扫描电子显微镜测得，孔隙率可以通过BET方法测得。
[0022] 本发明对所述防腐基质的种类没有特别地限定，可以为现有的各种具有防腐性能 并与所述中空纤维和气凝胶均具有良好相容性的物质，例如，所述防腐基质可以为高分子 防腐基质和/或无机防腐基质。具体地，所述高分子防腐基质的实例包括但不限于：环氧树 月旨、有机硅树脂、酚醛树脂、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物和三元乙丙橡胶中的一种或多种。所