CN109401555A - 一种耐高温高压的石墨烯改性酚醛树脂涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明针对注水井油管面临的高温高压腐蚀环境，提供一种耐高温高压的石墨烯改性酚醛树脂涂料，包含A组分和B组分。A组分包含不同质量比的酚醛环氧树脂、环氧树脂、石墨烯分散溶剂、炭黑、滑石粉、硫酸钡、云母、石英粉、磷酸锌、磷铁粉、防沉二氧化硅、云母氧化铁、聚醚改性甲基烷基聚硅氧烷共聚体、共聚物烷醇铵盐、含颜料亲和基团的共聚物、硅烷偶联剂、丙烯酸酯。B组分包含由不同质量百分比改性脂环胺、芳香胺脂环胺、聚醚胺。本发明适用于注水井油管面临的既有高温又有高压的包含溶解氧腐蚀、细菌腐蚀、垢下腐蚀、CO2、Cl‑、H2S等腐蚀性介质的腐蚀环境。同时，本发明的涂料具有高固含、低粘度的优势，有利于保护环境。

Description

一种耐高温高压的石墨烯改性酚醛树脂涂料
技术领域
本发明创造属于重防腐涂料技术领域，尤其是涉及一种注水井油管用的耐高温高压的石墨烯改性酚醛树脂涂料。
背景技术
我国90％的油气开发是通过注水开采；在注水开发工况环境中，油管面临溶解氧腐蚀、细菌腐蚀、垢下腐蚀、CO2、Cl-、H2S等腐蚀性介质引起的腐蚀问题，其服役温度一般为80～120℃，注水压力为5～10MPa。注水井油管的防腐是目前油气开采面临的技术难题。
传统的环氧涂料在制备成油管内壁涂层之后，涂层的孔隙率较大，在常温常压环境下尚可满足腐蚀要求，但是在高温高压作用下，孔隙将成为腐蚀介质离子或分子的扩散通道，造成涂层过早的起泡、开裂至失效。因此开发新型的防腐涂料/涂层势在必行。
石墨烯是一种二维结构的纳米材料，其理想的厚度是单层石墨的厚度，即0.35nm，一般工业化的石墨烯粉体厚度也在3.5nm以下，极薄的厚度使得石墨烯材料具有十分可观的比表面积，可以达到100～500m2/g。用于防腐涂层，利用其纳米阻隔效应，有望显著地降低涂层的孔隙率，提高涂层的耐高温高压的防腐性能。虽然目前有一些专利报到了石墨烯防腐涂料，例如一种石墨烯防腐涂料(CN 201810310268.3)、石墨烯防腐涂料以及制备方法(CN 201711341605.7)、一种耐高温石墨烯防腐涂料组合物(CN201610943566.7)等；但是这些专利提出的石墨烯防腐涂料并不适合注水井油管，特别是不适用于既有高温又有高压的包含溶解氧腐蚀、细菌腐蚀、垢下腐蚀、CO2、Cl-、H2S等腐蚀性介质的腐蚀环境。因此开发注水井油管有耐高温高压的石墨烯防腐涂料十分迫切。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种耐高温高压的石墨烯改性酚醛树脂涂料，该涂料利用具有一定组织参数的石墨烯材料，发挥其纳米阻隔效应，抑制在高温高压条件下腐蚀介质离子渗透涂层；提高其抗高温高压腐蚀的能力，适用于注水井油管的服役工况。同时，本发明结合利用石墨烯混合溶剂及低粘度树脂的搭配实现高固含、低粘度涂料的开发，有利于保护环境。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种耐高温高压的石墨烯改性酚醛树脂涂料，其特征在于：包含质量比为(4.5～5.5)：1的A组分和B组分，其中A组分由不同质量百分比的原料组成：酚醛环氧树脂：30～50％；环氧树脂：0～20％；石墨烯分散溶剂：10～20％；炭黑：2.5～3.5％；滑石粉：6.8～8.8％；硫酸钡：5.2～7.2％；云母：2.1～4.1％；石英粉：3.1～5.1％；磷酸锌：2.1～4.1％；磷铁粉：5.2～7.2％；防沉二氧化硅：0.2～0.5％；云母氧化铁：2.1～4.1％；聚醚改性甲基烷基聚硅氧烷共聚体：0.2～0.5％；共聚物烷醇铵盐：0.1～0.3％；含颜料亲和基团的共聚物：0.1～0.3％；硅烷偶联剂kh560：0.2～0.6％；丙烯酸酯：0.1～0.4％；
B组分由不同质量百分比的原料组成：改性脂环胺：50～75％；芳香胺脂环胺：0～50％；聚醚胺：0～30％。
优选的，所述酚醛树脂的粘度(cps@25℃)：1000-2000；环氧当量(g/eq.)：150-200。
优选的，所述石墨烯分散溶剂是由石墨烯粉体与混合溶剂按照每100L的混合溶剂中加入0.5～1.5kg的石墨烯粉体混合形成的，其中所述混合溶剂由不同质量百分比的原料混合而成：二甲苯：30～50％；丁二醇二缩水甘油醚：20～40％；正丁醇：0～20％；环己酮：0～20％；醋酸乙酯：0～10％；醋酸丁脂：0～20％。
优选的，所述石墨烯粉体的含氧量低于1％；石墨烯的层厚为0.35～3.5nm；粒径小于50μm。
优选的，所述涂料固含量不低于75％；25℃下福特4杯粘度：40～80s。
优选的，所述涂料是在注水井油管中的使用。
优选的，所述的石墨烯改性酚醛树脂涂料中所述组分A的制备方法包含如下步骤：(1)首先按照配方量制备石墨烯分散溶剂，之后按照配方量依次加入酚醛环氧树脂、环氧树脂、含颜料亲和基团的共聚物和硅烷偶联剂kh560，3000r/min条件下高速搅拌均匀；
(2)将步骤(1)所得混合物改为600r/min的条件下低速搅拌，依次按照配方量加入炭黑、滑石粉、硫酸钡、云母、石英粉、磷酸锌、磷铁粉、防沉二氧化硅、云母氧化铁；
(3)将步骤(2)所得混合物在1200r/min的条件下中速搅拌15min，加入配方量的共聚物烷醇铵盐和聚醚改性甲基烷基聚硅氧烷共聚体，再在3000r/min条件下高速搅拌30min，最后加入配方量的丙烯酸酯，低速搅拌均匀即得所述组分A。
相对于现有技术，本发明所述的耐高温高压的石墨烯改性酚醛树脂涂料具有以下优势：
利用本发明制备的耐高温高压的石墨烯改性酚醛树脂涂料固含量不低于75％；25℃下福特4杯粘度：40～80s，具有高固低粘的特性。使用于80～120℃、压力为10MPa的注水井中具有溶解氧腐蚀、细菌腐蚀、垢下腐蚀、CO2、Cl-、H2S等腐蚀性介质的腐蚀环境。同时，本发明的涂料制备工艺简单，具有高固含、低粘度的的特点，有利于保护环境。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明创造所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例来详细说明本发明创造。
实施例1
一种注水井油管用耐高温高压的石墨烯改性酚醛树脂涂料包含A组分和B组分。A组分采用不同质量百分比的原料混合而成：
酚醛环氧树脂：30％；环氧树脂：14.5％；石墨烯分散溶剂：15％；炭黑：3.5％；滑石粉：6.8％；硫酸钡：7.2％；云母：2.1％；石英粉：3.1％；磷酸锌：4.1％；磷铁粉：7.2％；防沉二氧化硅：0.5％；云母氧化铁：4.1％；聚醚改性甲基烷基聚硅氧烷共聚体：0.5％；共聚物烷醇铵盐：0.1％；含颜料亲和基团的共聚物：0.3％；硅烷偶联剂kh560：0.6％；丙烯酸酯：0.4％。
具体为，首先按照下述比例制备石墨烯分散溶剂：采用不同质量百分比的原料混合而成：二甲苯：50％；丁二醇二缩水甘油醚：30％；正丁醇：10％；环己酮：10％；醋酸乙酯：0％；醋酸丁脂：0％；在每100L的上述混合溶剂中加入1.5kg的石墨烯粉体。
之后按照上述比例将酚醛环氧树脂、环氧树脂加入石墨烯分散溶剂，并加入上述比例的含颜料亲和基团的共聚物和硅烷偶联剂kh560，高速搅拌均匀(3000r/min)；
在低速搅拌(600r/min)的条件下，依次按照上述比例加入炭黑、滑石粉、硫酸钡、云母、石英粉、磷酸锌、磷铁粉、防沉二氧化硅、云母氧化铁；之后中速搅拌(1200r/min)15min，加入上述比例的共聚物烷醇铵盐和聚醚改性甲基烷基聚硅氧烷共聚体，再高速搅拌30min，最后加入上述比例的丙烯酸酯，低速搅拌均匀。
B组分由不同质量百分比的原料混合而成：改性脂环胺：50％；芳香胺脂环胺：30％；聚醚胺：20％。
A、B组分以5:1的比例混合之后进行喷涂。
实施例2
一种注水井油管用耐高温高压的石墨烯改性酚醛树脂高固低粘涂料包含A组分和B组分。A组分采用不同质量百分比的原料混合而成：
酚醛环氧树脂：50％；环氧树脂：0％；石墨烯分散溶剂：12.8％；炭黑：2.5％；滑石粉：8.8％；硫酸钡：6.2％；云母：4.1％；石英粉：5.1％；磷酸锌：2.1％；磷铁粉：5.2％；防沉二氧化硅：0.2％；云母氧化铁：2.1％；聚醚改性甲基烷基聚硅氧烷共聚体：0.2％；共聚物烷醇铵盐：0.3％；含颜料亲和基团的共聚物：0.1％；硅烷偶联剂kh560：0.2％；丙烯酸酯：0.1％。
具体为，首先按照下述比例制备石墨烯分散溶剂：采用不同质量百分比的原料混合而成：二甲苯：30％；丁二醇二缩水甘油醚：40％；正丁醇：5％；环己酮：10％；醋酸乙酯：5％；醋酸丁脂：10％；在每100L的上述混合溶剂中加入0.5kg的石墨烯粉体。
之后按照上述比例将酚醛环氧树脂加入石墨烯分散溶剂，并加入上述比例的含颜料亲和基团的共聚物和硅烷偶联剂kh560，高速搅拌均匀(3000r/min)；
在低速搅拌(600r/min)的条件下，依次按照上述比例加入炭黑、滑石粉、硫酸钡、云母、石英粉、磷酸锌、磷铁粉、防沉二氧化硅、云母氧化铁；之后中速搅拌(1200r/min)15min，加入上述比例的共聚物烷醇铵盐和聚醚改性甲基烷基聚硅氧烷共聚体，再高速搅拌30min，最后加入上述比例的丙烯酸酯，低速搅拌均匀。
B组分由不同质量百分比的原料混合而成：改性脂环胺：50％；芳香胺脂环胺：50％；聚醚胺：0％。
A、B组分以4.5:1的比例混合之后进行喷涂。
实施例3
一种注水井油管用耐高温高压的石墨烯改性酚醛树脂高固低粘涂料包含A组分和B组分。A组分采用不同质量百分比的原料混合而成：
酚醛环氧树脂：34.8％；环氧树脂：10％；石墨烯分散溶剂：20％；炭黑：2.5％；滑石粉：7.0％；硫酸钡：6.0％；云母：3.2％；石英粉：3.8％；磷酸锌：2.7％；磷铁粉：5.8％；防沉二氧化硅：0.30％；云母氧化铁：2.5％；聚醚改性甲基烷基聚硅氧烷共聚体：0.3％；共聚物烷醇铵盐：0.2％；含颜料亲和基团的共聚物：0.2％；硅烷偶联剂kh560：0.4％；丙烯酸酯：0.3％。
具体为，首先按照下述比例制备石墨烯分散溶剂：采用不同质量百分比的原料混合而成：二甲苯：20％；丁二醇二缩水甘油醚：40％；正丁醇：5％；环己酮：10％；醋酸乙酯：5％；醋酸丁脂：20％；在每100L的上述混合溶剂中加入1.0kg的石墨烯粉体。
之后按照上述比例将酚醛环氧树脂加入石墨烯分散溶剂，并加入上述比例的含颜料亲和基团的共聚物和硅烷偶联剂kh560，高速搅拌均匀(3000r/min)；
在低速搅拌(600r/min)的条件下，依次按照上述比例加入炭黑、滑石粉、硫酸钡、云母、石英粉、磷酸锌、磷铁粉、防沉二氧化硅、云母氧化铁；之后中速搅拌(1200r/min)15min，加入上述比例的共聚物烷醇铵盐和聚醚改性甲基烷基聚硅氧烷共聚体，再高速搅拌30min，最后加入上述比例的丙烯酸酯，低速搅拌均匀。
B组分由不同质量百分比的原料混合而成：改性脂环胺：50％；芳香胺脂环胺：50％；聚醚胺：0％。
A、B组分以5.5:1的比例混合之后进行喷涂。
对于实施例1、实施例2和实施例3中制得的涂料进行图层基本性能测试，见下表。
通过上表可知，通过本发明制备的树脂涂料的附着力、耐高温高压性以及耐化学介质性能均达到了要求。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种耐高温高压的石墨烯改性酚醛树脂涂料，其特征在于：包含质量比为(4.5～5.5)：1的A组分和B组分，其中A组分由不同质量百分比的原料组成：酚醛环氧树脂：30～50％；环氧树脂：0～20％；石墨烯分散溶剂：10～20％；炭黑：2.5～3.5％；滑石粉：6.8～8.8％；硫酸钡：5.2～7.2％；云母：2.1～4.1％；石英粉：3.1～5.1％；磷酸锌：2.1～4.1％；磷铁粉：5.2～7.2％；防沉二氧化硅：0.2～0.5％；云母氧化铁：2.1～4.1％；聚醚改性甲基烷基聚硅氧烷共聚体：0.2～0.5％；共聚物烷醇铵盐：0.1～0.3％；含颜料亲和基团的共聚物：0.1～0.3％；硅烷偶联剂kh560：0.2～0.6％；丙烯酸酯：0.1～0.4％；
B组分由不同质量百分比的原料组成：改性脂环胺：50～75％；芳香胺脂环胺：0～50％；聚醚胺：0～30％。
2.根据权利要求1所述的石墨烯改性酚醛树脂涂料，其特征在于：所述酚醛树脂的粘度(cps@25℃)：1000-2000；环氧当量(g/eq.)：150-200。
3.根据权利要求1所述的石墨烯改性酚醛树脂涂料，其特征在于：所述石墨烯分散溶剂是由石墨烯粉体与混合溶剂按照每100L的混合溶剂中加入0.5～1.5kg的石墨烯粉体混合形成的，其中所述混合溶剂由不同质量百分比的原料混合而成：二甲苯：30～50％；丁二醇二缩水甘油醚：20～40％；正丁醇：0～20％；环己酮：0～20％；醋酸乙酯：0～10％；醋酸丁脂：0～20％。
4.根据权利要求3所述的石墨烯改性酚醛树脂涂料，其特征在于：所述石墨烯粉体的含氧量低于1％；石墨烯的层厚为0.35～3.5nm；粒径小于50μm。
5.根据权利要求1所述的石墨烯改性酚醛树脂涂料，其特征在于：所述涂料固含量不低于75％；25℃下福特4杯粘度：40～80s。
6.根据权利要求1所述的石墨烯改性酚醛树脂涂料，其特征在于：所述涂料是在注水井油管中的使用。
7.根据权利要求1所述的石墨烯改性酚醛树脂涂料，其特征在于：所述组分A的制备方法包含如下步骤：(1)首先按照配方量制备石墨烯分散溶剂，之后按照配方量依次加入酚醛环氧树脂、环氧树脂、含颜料亲和基团的共聚物和硅烷偶联剂kh560，3000r/min条件下高速搅拌均匀；
(2)将步骤(1)所得混合物改为600r/min的条件下低速搅拌，依次按照配方量加入炭黑、滑石粉、硫酸钡、云母、石英粉、磷酸锌、磷铁粉、防沉二氧化硅、云母氧化铁；
(3)将步骤(2)所得混合物在1200r/min的条件下中速搅拌15min，加入配方量的共聚物烷醇铵盐和聚醚改性甲基烷基聚硅氧烷共聚体，再在3000r/min条件下高速搅拌30min，最后加入配方量的丙烯酸酯，低速搅拌均匀即得所述组分A。
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