JP5718806B2 - 不活性支持体に結合したフルオロエラストマー構成部品および関連する方法 - Google Patents
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Description
油井およびガス井作業中に使用される地下の井戸用工具(ダウンホール工具)は、高温および損傷を与える化学薬品への曝露を含めた、穿設作業に付随する苛酷な環境条件に耐えられなければならない。これらの工具が使用される陸および沖合の井戸は、ますます深くなってきており、その結果、こうした工具にかかる作業圧力および温度も高くなっている。
ダウンホール工具およびダウンホール工具部品などの、1つまたは複数の不活性支持体に結合したフルオロエラストマー組成物を含有する物品;不活性支持体に結合させるための硬化性フルオロエラストマー組成物;およびこうした材料を調製するための方法を、本明細書に記載する。
フルオロエラストマー組成物の調製
硬化性フルオロエラストマー組成物を、以下の成分(表1)を組み合わせるためのバンバリーミキサーを使用して合成する:
表1:
パーフルオロエラストマー組成物の調製
硬化性パーフルオロエラストマー組成物を、以下の成分(表2)を組み合わせるためのバンバリーミキサーを使用して合成する:
表2:
結合耐久性の評価
組成物1〜4を、アルミニウム、ステンレススチール、INCONEL 825(モリブデン、銅、およびチタンを添加した、ニッケル−鉄−クロム合金)、およびチタンの支持体に結合させた。先に述べた通りのASTM D429−03、方法Aを使用する20℃での破損時の荷重によって評価される通りの結合耐久性の結果を、以下の表2に示す。各組成物に対する数は、3つのサンプルについて行われた3つの試験の平均に相当する。
表3:
本発明の好ましい実施形態によれば、例えば、以下が提供される。
(項1)
不活性支持体に結合した硬化したフルオロエラストマー組成物を含む物品であって、該硬化したフルオロエラストマー組成物が、フルオロポリマー、シリカ、およびアクリレート化合物を含む物品。
(項2)
前記結合の結合耐久性が、20℃で少なくとも約1500ポンドの荷重である、上記項1に記載の物品。
(項3)
前記フルオロエラストマーが、パーフルオロエラストマーである、上記項1に記載の物品。
(項4)
前記不活性支持体が、金属支持体である、上記項1に記載の物品。
(項5)
前記不活性支持体が、ベリリウム、銅、銀、アルミニウム、チタン、ニッケル、鋼、クロム、およびステンレス鋼から選択される、上記項1に記載の物品。
(項6)
前記不活性支持体が、チタン合金、銅合金、ベリリウム銅合金、ニッケル銀合金、ニッケルチタン合金、クロム合金、および鋼から選択される、上記項1に記載の物品。
(項7)
前記不活性支持体が、ケトン系ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリアリールエーテルケトン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン、およびポリエーテルケトンから選択される、上記項1に記載の物品。
(項8)
前記フルオロポリマーが、フッ素含有エチレン性不飽和モノマー、テトラフルオロエチレン、パーフルオロ化オレフィン、ヘキサフルオロプロピレン、およびパーフルオロ(エチルビニルエーテル)から選択されるモノマーを含む、上記項1に記載の物品。
(項9)
硬化の前に、前記フルオロエラストマー組成物が、硬化剤と、硬化部位モノマーを含む硬化していないパーフルオロポリマーとを含む、上記項1に記載の物品。
(項10)
少なくとも1つの硬化部位モノマーが、シアノ基硬化部位モノマー、オレフィン含有硬化部位モノマー、およびハロゲン化オレフィン含有硬化部位モノマーから選択される、上記項9に記載の物品。
(項11)
前記硬化剤が、過酸化物硬化剤、有機スズ硬化剤、アミノ硬化剤、ビスアミノフェノール硬化剤、ビスアミノチオフェノール硬化剤、ビスアミドラゾン硬化剤、官能基化されたビフェニル系硬化剤、ならびにそれらの誘導体および組み合わせから選択される、上記項9に記載の物品。
(項12)
前記アクリレート化合物が金属アクリレートである、上記項1に記載の物品。
(項13)
前記アクリレート化合物がジアクリル酸亜鉛である、上記項1に記載の物品。
(項14)
前記アクリレート化合物が、メタクリレート化合物、ジメタクリレート化合物、ジメタクリル酸亜鉛、およびジアクリル酸銅から選択される、上記項1に記載の物品。
(項15)
前記フルオロエラストマー組成物が、フィラー、可塑剤、ポリマーブレンド、および着色料から選択される添加剤をさらに含む、上記項1に記載の物品。
(項16)
前記フルオロエラストマー組成物が、カーボンブラック、ガラス繊維、ガラス球、ケイ酸塩、繊維ガラス、硫酸カルシウム、アスベスト、ホウ素繊維、セラミック繊維、水酸化アルミニウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、フッ化黒鉛、黒鉛、炭酸マグネシウム、アルミナ、窒化アルミニウム、ホウ砂、パーライト、テレフタル酸亜鉛、炭化ケイ素小板、珪灰石、テレフタル酸カルシウム、フラーレンチューブ、ヘクトライト、タルク、マイカおよび炭化ケイ素ホイスカーから選択される添加剤をさらに含む、上記項1に記載の物品。
(項17)
フルオロエラストマー組成物を不活性支持体に結合させる方法であって、該方法は:
(a)アクリレート化合物、硬化剤、シリカ、および硬化部位モノマーを含む硬化性フルオロポリマーを含む硬化性フルオロエラストマー組成物を不活性支持体に接触させる工程;および
(b)該フルオロエラストマー組成物と不活性支持体との間に結合を形成するために、該フルオロエラストマー組成物を硬化させる工程
を含む、方法。
(項18)
前記ステップ(b)で形成される結合が、20℃で少なくとも約1500ポンドの結合耐久性を有する、上記項17に記載の方法。
(項19)
前記フルオロエラストマー組成物が、パーフルオロエラストマー組成物である、上記項17に記載の方法。
(項20)
前記不活性支持体が、金属支持体である。上記項17に記載の方法。
(項21)
前記不活性支持体が、ベリリウム、銅、銀、アルミニウム、クロム、チタン、ニッケル、鋼、およびステンレス鋼から選択される金属支持体である、上記項17に記載の方法。
(項22)
前記不活性支持体が、チタン合金、銅合金、ベリリウム銅合金、ニッケル銀合金、ニッケルチタン合金、クロム合金、および鋼から選択される金属合金である、上記項17に記載の方法。
(項23)
前記パーフルオロポリマーが、フッ素含有エチレン性不飽和モノマー、テトラフルオロエチレン、パーフルオロ化オレフィン、ヘキサフルオロプロピレン、およびパーフルオロ(エチルビニルエーテル)から選択されるモノマーを含む、上記項17に記載の方法。
(項24)
前記アクリレート化合物が、金属アクリレートである上記項17に記載の方法。
(項25)
前記組成物が、加熱硬化、光硬化、圧力硬化、蒸気硬化、および電子ビーム硬化から選択される硬化によって硬化する上記項17に記載の方法。
(項26)
不活性支持体に結合させるための硬化性フルオロエラストマー組成物であって、
(a)少なくとも1つの硬化部位モノマーを含むフルオロポリマー;
(b)硬化剤;
(c)シリカ;および
(d)アクリレート化合物;
を含み、硬化後は、該不活性支持体への該組成物の結合耐久性が、20℃で少なくとも約1500ポンドの荷重である、組成物。
(項27)
前記フルオロポリマーが、フッ素含有エチレン性不飽和モノマー、テトラフルオロエチレン、パーフルオロ化オレフィン、ヘキサフルオロプロピレン、およびパーフルオロ(エチルビニルエーテル)から選択されるモノマーを含む、上記項26に記載の組成物。
(項28)
少なくとも1つの前記硬化部位モノマーが、シアノ基硬化部位モノマー、オレフィン含有硬化部位モノマー、およびハロゲン化オレフィン含有硬化部位モノマーから選択される、上記項26に記載の組成物。
(項29)
前記硬化剤が、過酸化物硬化剤、有機スズ硬化剤、アミノ硬化剤、ビスアミノフェノール硬化剤、ビスアミノチオフェノール硬化剤、ビスアミドラゾン硬化剤、および官能基化されたビフェニル系硬化剤から選択される、上記項26に記載の組成物。
(項30)
前記アクリレート化合物が、金属アクリレートである、上記項26に記載の組成物。
(項31)
前記アクリレート化合物が、ジアクリル酸亜鉛である、上記項26に記載の組成物。
(項32)
前記アクリレート化合物が、メタクリレート化合物、ジメタクリレート化合物、ジメタクリル酸亜鉛、およびジアクリル酸銅から選択される、上記項26に記載の組成物。
(項33)
フィラー、可塑剤、ポリマーブレンド、および着色料から選択される添加剤をさらに含む、上記項26に記載の組成物。
(項34)
カーボンブラック、ガラス繊維、ガラス球、ケイ酸塩、繊維ガラス、硫酸カルシウム、アスベスト、ホウ素繊維、セラミック繊維、水酸化アルミニウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、フッ化黒鉛、黒鉛、炭酸マグネシウム、アルミナ、窒化アルミニウム、ホウ砂、パーライト、テレフタル酸亜鉛、炭化ケイ素小板、珪灰石、テレフタル酸カルシウム、フラーレンチューブ、ヘクトライト、タルク、マイカ、および炭化ケイ素ホイスカーから選択される添加剤をさらに含む、上記項26に記載の組成物。
(項35)
フルオロエラストマー組成物に結合した不活性支持体を含む物品を形成する方法であって、該方法は:
(a)硬化性フルオロエラストマー組成物を含むプリフォームを形成する工程(ここでは、該硬化性フルオロエラストマー組成物は、少なくとも1つの硬化部位モノマー、アクリレート化合物、シリカ、および硬化剤を有する硬化性フルオロポリマーを含む);
(b)不活性支持体にプリフォームを接触させる工程;および
(c)プリフォームを硬化し、20℃で少なくとも約1500ポンドの荷重の結合耐久性を有する、該フルオロエラストマー組成物と不活性支持体との間の結合を形成する工程
を含む方法。
(項36)
前記不活性支持体が、金属支持体およびケトン系ポリマー支持体から選択される、上記項35に記載の方法。
(項37)
前記組成物が、加熱硬化、光硬化、圧力硬化、蒸気硬化およびeビーム硬化から選択される硬化によって硬化する、上記項35に記載の方法。
(項38)
硬化したフルオロエラストマー組成物に結合した不活性支持体を含み、該フルオロエラストマー組成物が、フルオロポリマー、シリカ、およびアクリレート化合物を含む、ダウンホール工具。
(項39)
前記結合の結合耐久性が、20℃で少なくとも約1500ポンドの荷重である、上記項38に記載の工具。
(項40)
前記支持体が、金属支持体およびケトン系ポリマー支持体から選択される、上記項38に記載の工具。
(項41)
前記不活性支持体が、ベリリウム、銅、銀、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、鋼、およびステンレス鋼、チタン合金、銅合金、ベリリウム銅合金、ニッケル銀合金、ニッケルチタン合金、クロム合金、および鋼から選択される、上記項38に記載の工具。
(項42)
前記フルオロポリマーが、フッ素含有エチレン性不飽和モノマー、テトラフルオロエチレン、パーフルオロ化オレフィン、ヘキサフルオロプロピレン、およびパーフルオロ(エチルビニルエーテル)から選択されるモノマーを含む、上記項38に記載の工具。
(項43)
硬化の前に、前記フルオロエラストマー組成物が、硬化剤と、硬化部位モノマーを含むフルオロポリマーとを含む、上記項38に記載の工具。
(項44)
少なくとも1つの前記硬化部位モノマーが、シアノ基硬化部位モノマー、オレフィン含有硬化部位モノマー、およびハロゲン化オレフィン含有硬化部位モノマーから選択される、上記項38に記載の工具。
(項45)
前記硬化剤が、過酸化物硬化剤、有機スズ硬化剤、アミノ硬化剤、ビスアミノフェノール硬化剤、ビスアミノチオフェノール硬化剤、ビスアミドラゾン硬化剤、および官能基化されたビフェニル系硬化剤から選択される、上記項38に記載の工具。
(項46)
前記アクリレート化合物が、金属アクリレートである、上記項38に記載の工具。
Claims (42)
- 不活性支持体に結合した硬化したフルオロエラストマー組成物を含む物品であって、該硬化したフルオロエラストマー組成物が、フルオロポリマー、シリカ、および(i)アクリレート化合物または(ii)メタクリレート化合物を含み、ここで、該アクリレート化合物が金属アクリレートであり、該メタクリレート化合物が金属メタクリレートである、物品。
- 前記結合の結合耐久性が、20℃で少なくとも約1500ポンドの荷重である、請求項1に記載の物品。
- 前記フルオロエラストマーが、パーフルオロエラストマーである、請求項1に記載の物品。
- 前記不活性支持体が、金属支持体である、請求項1に記載の物品。
- 前記不活性支持体が、ベリリウム、銅、銀、アルミニウム、チタン、ニッケル、鋼、クロム、およびステンレス鋼から選択される、請求項1に記載の物品。
- 前記不活性支持体が、チタン合金、銅合金、ベリリウム銅合金、ニッケル銀合金、ニッケルチタン合金、クロム合金、および鋼から選択される、請求項1に記載の物品。
- 前記不活性支持体が、ケトン系ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリアリールエーテルケトン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン、およびポリエーテルケトンから選択される、請求項1に記載の物品。
- 前記フルオロポリマーが、フッ素含有エチレン性不飽和モノマー、テトラフルオロエチレン、パーフルオロ化オレフィン、ヘキサフルオロプロピレン、およびパーフルオロ(エチルビニルエーテル)から選択されるモノマーを含む、請求項1に記載の物品。
- 硬化の前に、前記フルオロエラストマー組成物が、硬化剤と、硬化部位モノマーを含む硬化していないパーフルオロポリマーとを含む、請求項1に記載の物品。
- 少なくとも1つの硬化部位モノマーが、シアノ基硬化部位モノマー、オレフィン含有硬化部位モノマー、およびハロゲン化オレフィン含有硬化部位モノマーから選択される、請求項9に記載の物品。
- 前記硬化剤が、過酸化物硬化剤、有機スズ硬化剤、アミノ硬化剤、ビスアミノフェノール硬化剤、ビスアミノチオフェノール硬化剤、ビスアミドラゾン硬化剤、官能基化されたビフェニル系硬化剤、ならびにそれらの誘導体および組み合わせから選択される、請求項9に記載の物品。
- 前記アクリレート化合物がジアクリル酸亜鉛である、請求項1に記載の物品。
- 前記アクリレート化合物が、ジアクリル酸銅であるか、あるいは前記メタクリレート化合物が、ジメタクリル酸亜鉛である、請求項1に記載の物品。
- 前記フルオロエラストマー組成物が、フィラー、可塑剤、ポリマーブレンド、および着色料から選択される添加剤をさらに含む、請求項1に記載の物品。
- 前記フルオロエラストマー組成物が、カーボンブラック、ガラス繊維、ガラス球、ケイ酸塩、繊維ガラス、硫酸カルシウム、アスベスト、ホウ素繊維、セラミック繊維、水酸化アルミニウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、フッ化黒鉛、黒鉛、炭酸マグネシウム、アルミナ、窒化アルミニウム、ホウ砂、パーライト、テレフタル酸亜鉛、炭化ケイ素小板、珪灰石、テレフタル酸カルシウム、フラーレンチューブ、ヘクトライト、タルク、マイカおよび炭化ケイ素ホイスカーから選択される添加剤をさらに含む、請求項1に記載の物品。
- フルオロエラストマー組成物を不活性支持体に結合させる方法であって、該方法は:
(a)(i)アクリレート化合物または(ii)メタクリレート化合物、硬化剤、シリカ、および硬化部位モノマーを含む硬化性フルオロポリマーを含む硬化性フルオロエラストマー組成物を不活性支持体に接触させる工程;および
(b)該フルオロエラストマー組成物と不活性支持体との間に結合を形成するために、該フルオロエラストマー組成物を硬化させる工程
を含み、
ここで、該アクリレート化合物が金属アクリレートであり、該メタクリレート化合物が金属メタクリレートである、
方法。 - 前記ステップ(b)で形成される結合が、20℃で少なくとも約1500ポンドの結合耐久性を有する、請求項16に記載の方法。
- 前記フルオロエラストマー組成物が、パーフルオロエラストマー組成物である、請求項16に記載の方法。
- 前記不活性支持体が、金属支持体である。請求項16に記載の方法。
- 前記不活性支持体が、ベリリウム、銅、銀、アルミニウム、クロム、チタン、ニッケル、鋼、およびステンレス鋼から選択される金属支持体である、請求項16に記載の方法。
- 前記不活性支持体が、チタン合金、銅合金、ベリリウム銅合金、ニッケル銀合金、ニッケルチタン合金、クロム合金、および鋼から選択される金属合金である、請求項16に記載の方法。
- 前記パーフルオロポリマーが、フッ素含有エチレン性不飽和モノマー、テトラフルオロエチレン、パーフルオロ化オレフィン、ヘキサフルオロプロピレン、およびパーフルオロ(エチルビニルエーテル)から選択されるモノマーを含む、請求項16に記載の方法。
- 前記組成物が、加熱硬化、光硬化、圧力硬化、蒸気硬化、および電子ビーム硬化から選択される硬化によって硬化する請求項16に記載の方法。
- 不活性支持体に結合させるための硬化性フルオロエラストマー組成物であって、
(a)少なくとも1つの硬化部位モノマーを含むフルオロポリマー;
(b)硬化剤;
(c)シリカ;および
(d)(i)アクリレート化合物または(ii)メタクリレート化合物;
を含み、
ここで、該アクリレート化合物は金属アクリレートであり、該メタクリレート化合物は金属メタクリレートであり、
ここで、硬化後は、該不活性支持体への該組成物の結合耐久性が、20℃で少なくとも約1500ポンドの荷重である、組成物。 - 前記フルオロポリマーが、フッ素含有エチレン性不飽和モノマー、テトラフルオロエチレン、パーフルオロ化オレフィン、ヘキサフルオロプロピレン、およびパーフルオロ(エチルビニルエーテル)から選択されるモノマーを含む、請求項24に記載の組成物。
- 少なくとも1つの前記硬化部位モノマーが、シアノ基硬化部位モノマー、オレフィン含有硬化部位モノマー、およびハロゲン化オレフィン含有硬化部位モノマーから選択される、請求項24に記載の組成物。
- 前記硬化剤が、過酸化物硬化剤、有機スズ硬化剤、アミノ硬化剤、ビスアミノフェノール硬化剤、ビスアミノチオフェノール硬化剤、ビスアミドラゾン硬化剤、および官能基化されたビフェニル系硬化剤から選択される、請求項24に記載の組成物。
- 前記アクリレート化合物が、ジアクリル酸亜鉛である、請求項24に記載の組成物。
- 前記アクリレート化合物が、ジアクリル酸銅であるか、または前記メタクリレート化合物が、ジメタクリル酸亜鉛である、請求項24に記載の組成物。
- フィラー、可塑剤、ポリマーブレンド、および着色料から選択される添加剤をさらに含む、請求項24に記載の組成物。
- カーボンブラック、ガラス繊維、ガラス球、ケイ酸塩、繊維ガラス、硫酸カルシウム、アスベスト、ホウ素繊維、セラミック繊維、水酸化アルミニウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、フッ化黒鉛、黒鉛、炭酸マグネシウム、アルミナ、窒化アルミニウム、ホウ砂、パーライト、テレフタル酸亜鉛、炭化ケイ素小板、珪灰石、テレフタル酸カルシウム、フラーレンチューブ、ヘクトライト、タルク、マイカ、および炭化ケイ素ホイスカーから選択される添加剤をさらに含む、請求項24に記載の組成物。
- フルオロエラストマー組成物に結合した不活性支持体を含む物品を形成する方法であって、該方法は:
(a)硬化性フルオロエラストマー組成物を含むプリフォームを形成する工程(ここでは、該硬化性フルオロエラストマー組成物は、少なくとも1つの硬化部位モノマー、(i)アクリレート化合物または(ii)メタクリレート化合物、シリカ、および硬化剤を有する硬化性フルオロポリマーを含む);
(b)不活性支持体にプリフォームを接触させる工程;および
(c)プリフォームを硬化し、20℃で少なくとも約1500ポンドの荷重の結合耐久性を有する、該フルオロエラストマー組成物と不活性支持体との間の結合を形成する工程
を含み、
ここで、該アクリレート化合物が金属アクリレートであり、該メタクリレート化合物が金属メタクリレートである、
方法。 - 前記不活性支持体が、金属支持体およびケトン系ポリマー支持体から選択される、請求項32に記載の方法。
- 前記組成物が、加熱硬化、光硬化、圧力硬化、蒸気硬化およびeビーム硬化から選択される硬化によって硬化する、請求項32に記載の方法。
- 硬化したフルオロエラストマー組成物に結合した不活性支持体を含み、該フルオロエラストマー組成物が、フルオロポリマー、シリカ、および(i)アクリレート化合物または(ii)メタクリレート化合物を含む、ダウンホール工具。
- 前記結合の結合耐久性が、20℃で少なくとも約1500ポンドの荷重である、請求項35に記載の工具。
- 前記支持体が、金属支持体およびケトン系ポリマー支持体から選択される、請求項35に記載の工具。
- 前記不活性支持体が、ベリリウム、銅、銀、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、鋼、およびステンレス鋼、チタン合金、銅合金、ベリリウム銅合金、ニッケル銀合金、ニッケルチタン合金、クロム合金、および鋼から選択される、請求項35に記載の工具。
- 前記フルオロポリマーが、フッ素含有エチレン性不飽和モノマー、テトラフルオロエチレン、パーフルオロ化オレフィン、ヘキサフルオロプロピレン、およびパーフルオロ(エチルビニルエーテル)から選択されるモノマーを含む、請求項35に記載の工具。
- 硬化の前に、前記フルオロエラストマー組成物が、硬化剤と、硬化部位モノマーを含むフルオロポリマーとを含む、請求項35に記載の工具。
- 少なくとも1つの前記硬化部位モノマーが、シアノ基硬化部位モノマー、オレフィン含有硬化部位モノマー、およびハロゲン化オレフィン含有硬化部位モノマーから選択される、請求項35に記載の工具。
- 前記硬化剤が、過酸化物硬化剤、有機スズ硬化剤、アミノ硬化剤、ビスアミノフェノール硬化剤、ビスアミノチオフェノール硬化剤、ビスアミドラゾン硬化剤、および官能基化されたビフェニル系硬化剤から選択される、請求項35に記載の工具。
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