CN110452589B - 一种石墨烯涂覆剂及其制备方法 - Google Patents

一种石墨烯涂覆剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种石墨烯涂覆剂及其制备方法，称取下述重量份的原料：石墨烯5‑8份、含氟聚合物20‑30份、二硫化钨5‑10份、青铜粉5‑10份、溶剂20‑30份、增溶剂1‑10份、分散助剂1‑3份、流变助剂5‑10份；将含氟聚合物、二硫化钨、青铜粉、一部分溶剂、增溶剂、分散助剂混合均匀，然后用砂磨机研磨得第一混合物；将流变助剂和剩余溶剂混合均匀，静置得第二混合物；将所得第一混合物、第二混合物和石墨烯混合均匀，混炼，冷却后粉碎，过滤，出料，包装。本发明石墨烯涂覆剂具有优异的耐高低温性能、化学稳定性、不粘性和低的摩擦系数等特性，大幅度提高增加企业经济效益。

Description

一种石墨烯涂覆剂及其制备方法
技术领域
本发明属于管道防腐涂覆剂的技术领域，涉及一种石墨烯涂覆剂及其制备方法。
背景技术
随着世界油气工业迅猛发展，油气田腐蚀危害暴露得日趋明显，腐蚀不仅造成油气结构破坏和原油泄潺等直接经济损失，而且会引起火灾爆炸等灾难性事故以及环境污染、停工停产等严重后果，极大影响了油气工业安全生产和经济效益。石油管道的防腐工作都是指在最大限度的可能下，降低管道腐蚀的速度，达到延长管道寿命的目的，即不存在通用性的防腐措施，防腐工作也就显得异常艰巨。
我国油气田内腐蚀与防护方面虽也开展一些工作，但与国际情况相比，研究规模小，方向少，而且基础理论研究居多，工程应用偏少，与生产脱节，因此做好石油储运管道内防腐技术工作迫在眉睫。我国的油气管道约有63.3％是在70年代前建设的，受历史条件的限制，管道的早期内防腐措施薄弱。随着这些管道在役时间的延长，逐渐暴露出覆盖层老化和管体腐蚀等问题，同时，国内各大油田主力油层原油含水率80-95％，近些年多种化学药剂应用也加速了原油生产输送管道系统的内腐蚀速度，内防腐方法一般也主要在管道内壁喷涂防腐层(内衬)以及加缓蚀剂于输送介质之中二种方法，由于管道内输送介质其高含水和强腐蚀化学元素、震动、沉积、流速冲刷并夹带着固体砂磨等原因使管道内壁腐蚀越加严重，近年来一些油田虽然做了管道内防腐涂层，更多常选用油普通漆膜粉末作为防腐涂层，由于普通漆膜粉末涂层工艺简单、耐磨性差，随着地下湿高温环境变化，应用到地下后在湿高温及各种腐蚀元素侵蚀冲刷下，在水分中的液气相发生变化，体积会出现膨胀现象，破坏了漆膜形成的机械力，很快被溶解脱落，经长时间流体介质冲刷后极易脱落失效，造成腐蚀而易出现突发性局部腐蚀穿孔事故。
目前，我国大部分油田采用注水补充能量的开采方式，油田注入水通常有清水、污水，随着注入水向油井推进，使油井含水率不断升高，同时伴随温度、压力和PH值等发生变化时，产出液的矿化度高达几万PPM因此在油田开发中液体流动的各个环节，并且溶解在原油中的石蜡会随着外界压力与温度的降低，从天然气中析出，并以晶体的形式长大聚集和沉积在油管壁等采油设备上，最终导致油井近井地带、采油井井筒、井下设备及地面管线等出现严重结垢结蜡现象。
随着油田应用聚驱井液和三元复合驱井取得良好的驱油效果，但结垢现象更加严重，油田结垢通常是多种无机盐和油垢的混合物，最常见的垢物成分是CaCO3，占80％以上，其次为NaCL、CaSO4、BaSO4、Fe2O3、Fe(OH)3、部分有机物和及少量泥砂晶核。垢蜡的存在，增加了油田开发的难度，增大油田开发的成本，给油田带来许多危害，因此，有效的耐磨防腐阻垢阻蜡技术被油田企业视为重点攻关技术难题之一。
目前研究者尚未就如何提高管内壁耐磨防腐阻垢能力进行全面的研究，如何通过自润滑“减磨来抗磨”延长涂层失效周期，阻隔多种腐蚀源侵入，提升涂层附着力，提高涂层低表面能和高密度强化阻垢蜡效果是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种石墨烯涂覆剂及其制备方法。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种石墨烯涂覆剂，由下述重量份的原料制成：石墨烯5-8份、含氟聚合物20-30份、二硫化钨5-10份、青铜粉5-10份、溶剂20-30份、增溶剂1-10份、分散助剂1-3份、流变助剂5-10份。
本发明的有益效果是：本发明石墨烯涂覆剂是通过分子层面进行设计，通过喷涂工艺涂覆在基体表面，依靠涂层独特的结构与低表面性能来达到阻垢除垢目的，使得离子结晶物很难在涂层表面附着，减少沉积物积存率，缓阻无机盐等垢蜡质沉积，缓阻析蜡挂壁现象，可以极大地延缓垢蜡的形成，涂覆油管内壁不但提高管道的耐腐蚀性能，可降低硫化氢、氯离子、硫酸根、碳酸氢根等有腐蚀元素的侵蚀，涂层内壁光洁自润滑特性使得流平性好，涂层自身强度、韧性、致密且表面张力极低，低摩擦系数便于介质的流动性等因素，此石墨烯涂覆剂通过涂覆工艺可有效改变基材表面特性，经过处理的产品能实现性能上质的飞跃，并达到自润滑、耐磨、防腐、阻垢、阻蜡目的作用，大幅度提高产品的附加值，使企业经济效益递增。
本发明石墨烯涂覆剂具有优异的耐高低温性能、化学稳定性、不粘性和低的摩擦系数等特性，与金属间有极高的结合力，外力基本很难轻易去除，金属与涂层的附着，如同人的表皮与真皮附着。故解决了传统漆膜粉末涂层与金属基层间因结合力不足易起鼓，脱落的缺陷，温度变化频繁的环境中表现更加明显，克服了传统漆膜粉末工艺因形状限制造成的使用范围的局限性：任意形状设备、零部件均可喷涂加工，经喷涂后不仅具有优异的防粘性能而且具有优异的耐温性能，可在-193到260℃的高低温下的环境长期稳定使用，并高温使用中依然具备独特的防粘性能，在真空条件下不会出现脱层(在真空-0.01至-0.1兆帕)，机械强度大，具有高硬度、韧性和优良的耐腐蚀性。
进一步,上述含氟聚合物为四氟乙烯/六氟丙烯的共聚物、四氟乙烯/氟烷基乙烯基醚的共聚物、四氟乙烯/六氟丙烯/氟烷基乙烯基醚的共聚物、四氟乙烯/三氟氯乙烯的共聚物、四氟乙烯/乙烯的共聚物中的任一种。
进一步,上述溶剂为甲醇、乙醇、N，N－二甲基乙酰胺、N，N－二甲基甲酰胺、乙二醇中的任一种或几种的混合物。
进一步,上述增溶剂为硫酸烷基钠、烷基醚硫酸钠、烷基氨基乙酸甜菜碱、烷基酰胺乙酸甜菜碱、咪唑甜菜碱中的任一种或几种的混合物。
进一步,上述分散助剂为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中的任一种。
进一步,上述流变助剂为氢化蓖麻油、有机膨润土、气相二氧化硅中的任一种。
本发明还提供了一种石墨烯涂覆剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照上述的重量份称取各原料；
(2)将溶剂分为第一部分溶剂和第二部分溶剂，将含氟聚合物、二硫化钨、青铜粉、第一部分溶剂、增溶剂、分散助剂混合，用分散机分散均匀，然后用砂磨机研磨，得第一混合物，备用；
(3)将流变助剂和第二部分溶剂混合，用分散机分散均匀，静置，得第二混合物，备用；
(4)将步骤(2)所得第一混合物、步骤(3)所得第二混合物和石墨烯混合，用分散机分散均匀，然后进行混炼，冷却后粉碎，过滤，出料，包装。
进一步，上述步骤(2)中，分散机转速为1200-1300转/分钟，分散时间为20-30分钟，用砂磨机研磨至5-10微米。
进一步,上述步骤(2)中第一部分溶剂和步骤(3)中第二部分溶剂的重量比为2-3:1，步骤(3)中，分散机转速为1200-1300转/分钟，分散时间为20-30分钟，静置时间为20-30分钟。
进一步,上述步骤(4)中，分散机转速为1300-1500转/分钟，分散时间为30-40分钟，混炼温度为90-120℃，混炼时间为15-25分钟，粉碎至0.5-0.8微米。
本发明的有益效果是：本发明石墨烯涂覆剂的制备方法操作简单，参数易控制，适合大规模化生产。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
(1)称取石墨烯5克、四氟乙烯/六氟丙烯的共聚物20克、二硫化钨5克、青铜粉5克、乙醇20克、硫酸烷基钠1克、丙烯酸羟乙酯1克、氢化蓖麻油5克。
(2)将乙醇分为第一部分和第二部分，将四氟乙烯/六氟丙烯的共聚物、二硫化钨、青铜粉、第一部分乙醇、硫酸烷基钠、丙烯酸羟乙酯混合，用分散机分散均匀，分散机转速为1200转/分钟，分散时间为20分钟，用砂磨机研磨至5微米，得第一混合物，备用；
(3)将氢化蓖麻油和第二部分乙醇用分散机分散均匀，第一部分乙醇和第二部分乙醇的重量比为2:1，分散机转速为1200转/分钟，分散时间为20分钟，静置20分钟，得第二混合物，备用；
(4)将步骤(2)所得第一混合物、步骤(3)所得第二混合物和石墨烯混合，用分散机分散均匀，分散机转速为1300转/分钟，分散时间为30分钟，然后进行混炼，混炼温度为90℃，混炼时间为15分钟，冷却后粉碎至0.5微米，过滤，出料，包装。
实施例2
(1)称取石墨烯6克、四氟乙烯/氟烷基乙烯基醚的共聚物22克、二硫化钨6克、青铜粉6克、甲醇22克、烷基醚硫酸钠2克、丙烯酸羟丙酯1克、有机膨润土6克。
(2)将甲醇分为第一部分和第二部分，将四氟乙烯/氟烷基乙烯基醚的共聚物、二硫化钨、青铜粉、第一部分甲醇、烷基醚硫酸钠、丙烯酸羟丙酯混合，用分散机分散均匀，分散机转速为1200转/分钟，分散时间为22分钟，用砂磨机研磨至6微米，得第一混合物，备用；
(3)将有机膨润土和第二部分甲醇混合，用分散机分散均匀，第一部分甲醇和第二部分甲醇的重量比为2:1，分散机转速为1200转/分钟，分散时间为22分钟，静置22分钟，得第二混合物，备用；
(4)将步骤(2)所得第一混合物、步骤(3)所得第二混合物和石墨烯混合，用分散机分散均匀，分散机转速为1300转/分钟，分散时间为33分钟，然后进行混炼，混炼温度为100℃，混炼时间为18分钟，冷却后粉碎至0.6微米，过滤，出料，包装。
实施例3
(1)称取石墨烯7克、四氟乙烯/六氟丙烯/氟烷基乙烯基醚的共聚物25克、二硫化钨7克、青铜粉7克、N，N－二甲基乙酰胺25克、烷基氨基乙酸甜菜碱5克、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸2克、气相二氧化硅8克。
(2)将N，N－二甲基乙酰胺分为第一部分和第二部分，将四氟乙烯/六氟丙烯/氟烷基乙烯基醚的共聚物、二硫化钨、青铜粉、第一部分N，N－二甲基乙酰胺、烷基氨基乙酸甜菜碱、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸混合，用分散机分散均匀，分散机转速为1300转/分钟，分散时间为28分钟，用砂磨机研磨至8微米，得第一混合物，备用；
(3)将气相二氧化硅和第二部分N，N－二甲基乙酰胺混合，用分散机分散均匀，第一部分N，N－二甲基乙酰胺和第二部分N，N－二甲基乙酰胺的重量比为3:1，分散机转速为1300转/分钟，分散时间为28分钟，静置28分钟，得第二混合物，备用；
(4)将步骤(2)所得第一混合物、步骤(3)所得第二混合物和石墨烯混合，用分散机分散均匀，分散机转速为1400转/分钟，分散时间为38分钟，然后进行混炼，混炼温度为110℃，混炼时间为23分钟，冷却后粉碎至0.7微米，过滤，出料，包装。
实施例4
(1)称取石墨烯7克、四氟乙烯/三氟氯乙烯的共聚物25克、二硫化钨9克、青铜粉9克、N，N－二甲基甲酰胺28克、烷基酰胺乙酸甜菜碱9克、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸3克、气相二氧化硅8克。
(2)将N，N－二甲基甲酰胺分为第一部分和第二部分，将四氟乙烯/三氟氯乙烯的共聚物、二硫化钨、青铜粉、第一部分N，N－二甲基甲酰胺、烷基酰胺乙酸甜菜碱、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸混合，用分散机分散均匀，分散机转速为1300转/分钟，分散时间为28分钟，用砂磨机研磨至9微米，得第一混合物，备用；
(3)将气相二氧化硅和第二部分N，N－二甲基甲酰胺混合，用分散机分散均匀，第一部分N，N－二甲基甲酰胺和第二部分N，N－二甲基甲酰胺的重量比为3:1，分散机转速为1300转/分钟，分散时间为25分钟，静置25分钟，得第二混合物，备用；
(4)将步骤(2)所得第一混合物、步骤(3)所得第二混合物和石墨烯混合，用分散机分散均匀，分散机转速为1400转/分钟，分散时间为38分钟，然后进行混炼，混炼温度为110℃，混炼时间为23分钟，冷却后粉碎至0.8微米，过滤，出料，包装。
实施例5
(1)称取石墨烯8克、四氟乙烯/乙烯的共聚物30克、二硫化钨10克、青铜粉10克、乙二醇30克、咪唑甜菜碱10克、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸3克、有机膨润土10克。
(2)将乙二醇分为第一部分和第二部分，将四氟乙烯/乙烯的共聚物、二硫化钨、青铜粉、第一部分乙二醇、咪唑甜菜碱、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸混合，用分散机分散均匀，分散机转速为1300转/分钟，分散时间为30分钟，用砂磨机研磨至10微米，得第一混合物，备用；
(3)将有机膨润土和第二部分乙二醇混合，用分散机分散均匀，第一部分乙二醇和第二部分乙二醇的重量比为3:1，分散机转速为1300转/分钟，分散时间为30分钟，静置30分钟，得第二混合物，备用；
(4)将步骤(2)所得第一混合物、步骤(3)所得第二混合物和石墨烯混合，用分散机分散均匀，分散机转速为1500转/分钟，分散时间为40分钟，然后进行混炼，混炼温度为120℃，混炼时间为25分钟，冷却后粉碎至0.8微米，过滤，出料，包装。
效果实验
将实施例1-5所得到的石墨烯涂覆剂进行质量检测，检测结果如表1所示；
表1石墨烯涂覆剂质量检测结果
Figure BDA0002166842110000091
由表1可得,本发明石墨烯涂覆剂具有优异的耐高低温性能、化学稳定性、不粘性、低的摩擦系数和耐腐蚀性。

Claims (6)

1.一种石墨烯涂覆剂，其特征在于,由下述重量份的原料制成：石墨烯5-8份、含氟聚合物20-30份、二硫化钨5-10份、青铜粉5-10份、溶剂20-30份、增溶剂1-10份、分散助剂1-3份、流变助剂5-10份；
所述含氟聚合物为四氟乙烯/六氟丙烯的共聚物、四氟乙烯/氟烷基乙烯基醚的共聚物、四氟乙烯/六氟丙烯/氟烷基乙烯基醚的共聚物、四氟乙烯/三氟氯乙烯的共聚物、四氟乙烯/乙烯的共聚物中的任一种；
所述增溶剂为硫酸烷基钠、烷基醚硫酸钠、烷基氨基乙酸甜菜碱、烷基酰胺乙酸甜菜碱、咪唑甜菜碱中的任一种或几种的混合物；
所述分散助剂为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸中的任一种；
所述流变助剂为氢化蓖麻油、有机膨润土、气相二氧化硅中的任一种。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯涂覆剂，其特征在于,所述溶剂为甲醇、乙醇、N，N－二甲基乙酰胺、N，N－二甲基甲酰胺、乙二醇中的任一种或几种的混合物。
3.一种石墨烯涂覆剂的制备方法，其特征在于,包括以下步骤：
(1)按照权利要求1或2所述的重量份称取各原料；
(2)将溶剂分为第一部分溶剂和第二部分溶剂，将含氟聚合物、二硫化钨、青铜粉、第一部分溶剂、增溶剂、分散助剂混合，用分散机分散均匀，然后用砂磨机研磨，得第一混合物，备用；
(3)将流变助剂和第二部分溶剂混合，用分散机分散均匀，静置，得第二混合物，备用；
(4)将步骤(2)所得第一混合物、步骤(3)所得第二混合物和石墨烯混合，用分散机分散均匀，然后进行混炼，冷却后粉碎，过滤，出料，包装。
4.根据权利要求3所述的一种石墨烯涂覆剂的制备方法，其特征在于,所述步骤(2)中，分散机转速为1200-1300转/分钟，分散时间为20-30分钟，用砂磨机研磨至5-10微米。
5.根据权利要求3所述的一种石墨烯涂覆剂的制备方法，其特征在于,所述步骤(2)中第一部分溶剂和步骤(3)中第二部分溶剂的重量比为2-3:1，步骤(3)中，分散机转速为1200-1300转/分钟，分散时间为20-30分钟，静置时间为20-30分钟。
6.根据权利要求3所述的一种石墨烯涂覆剂的制备方法，其特征在于,所述步骤(4)中，分散机转速为1300-1500转/分钟，分散时间为30-40分钟，混炼温度为90-120℃，混炼时间为15-25分钟，粉碎至0.5-0.8微米。
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