一種鈦納米高分子合金涂層材料及其應(yīng)用方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鈦納米高分子合金涂層材料及其制備方法。鈦納米高分子合金涂層材料包括：由納米有機(jī)鈦酰亞胺共聚樹脂、環(huán)氧樹脂、甲醚化氨基樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂粉、液體丁腈橡膠、活性氧化鋅、涂料助劑、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、甲基異丁基酮、超細(xì)鋅粉組成的底漆；以及由納米有機(jī)鈦酰亞胺共聚樹脂、環(huán)氧樹脂、甲醚化氨基樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂粉、液體丁腈橡膠、α-相納米氧化鋁、色素炭黑、涂料助劑、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、甲基異丁基酮組成的面漆。本發(fā)明的鈦納米高分子合金涂層材料比目前在用的進(jìn)口產(chǎn)品的性能更加優(yōu)異，防護(hù)壽命提高了2～3倍，可以大輻度降低設(shè)備維修費(fèi)用和油氣開采成本，獲得了用戶滿意的好評(píng)。
【專利說明】一種鈦納米高分子合金涂層材料及其應(yīng)用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及特種涂料制造【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種用于油氣田井管防護(hù)的鈦納米高分子合金涂層材料，以及所述鈦納米高分子合金涂層材料的應(yīng)用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明是針對(duì)油氣田開采遇到的油井管工況腐蝕難題而開展的一項(xiàng)發(fā)明創(chuàng)新。
[0003]地下深層原油或天然氣的開采，地質(zhì)情況和腐蝕環(huán)境十分復(fù)雜。由于受高溫(80~250°C )及高壓(> 5MPa)熱蒸汽的強(qiáng)力滲透作用，加之原油及污水中的各類腐蝕介質(zhì)(如SO42'NO3'Cl'F_、CN_、Ba+、Ca+等)和有害細(xì)菌的侵蝕，加速了油氣田井下鉆具、管柱、管道和地上輸油氣管線、容器貯罐的化學(xué)腐蝕和沉積結(jié)垢，不但縮短了開采設(shè)備的使用壽命，造成油氣田開采成本的增高，并且嚴(yán)重地影響企業(yè)的正常生產(chǎn)。據(jù)調(diào)查研究表明:地下深層采油管道，受到地質(zhì)構(gòu)造和油層條件的影響，腐蝕非常嚴(yán)重，地下油管的平均腐蝕速率高達(dá)1.5~3.3mm/a,點(diǎn)蝕速率高達(dá)5~15mm/a,腐蝕狀況是3~6個(gè)月穿孔,6~12個(gè)月就需要大修，I~2年即報(bào)廢。采油用地下油管的平均壽命在9~18個(gè)月不等，最短的僅有3個(gè)月。深層地下管道防腐蝕問題成為油田正常采油和降低采油成本的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為工業(yè)防腐蝕領(lǐng)域提供一種高性能的特種防腐涂料。
[0005]一種鈦納米高分子合金涂層材料，包括底漆和面漆。
[0006]作為淺井油管涂料的底漆和面漆，其應(yīng)用只限于井深4000m以內(nèi)的油管使用，工況環(huán)境不超過120°C。由以下組分制`備而成:
[0007]底漆:以重量份計(jì)，納米有機(jī)鈦酰亞胺共聚樹脂20~25份、環(huán)氧樹脂15~20份、甲醚化氨基樹脂3~8份、雙馬來酰亞胺樹脂粉3~5份、液體丁腈橡膠5~8份、活性氧化鋅I~3份、涂料助劑3~5份、N-甲基吡咯烷酮2~5份、二甲基甲酰胺5~8份、甲基異丁基酮3~6份、超細(xì)鋅粉30~40份；
[0008]面漆:以重量份計(jì)，納米有機(jī)鈦酰亞胺共聚樹脂25~35份、環(huán)氧樹脂30~40份、甲醚化氨基樹脂8~12份、雙馬來酰亞胺樹脂粉3~5份、液體丁腈橡膠5~8份、α -相納米氧化鋁3~5份、色素炭黑I~3份、涂料助劑3~5份、N-甲基吡咯烷酮2~5份、二甲基甲酰胺5~8份、甲基異丁基酮3~6份；
[0009]作為深井油管涂料的底漆和面漆，其應(yīng)用不限于油井深度，工況環(huán)境在120~250°C范圍內(nèi)可長(zhǎng)期使用。由以下組分制備而成:
[0010]底漆:以重量份計(jì)，鈦納米含氟聚芳醚酮共聚樹脂20~25份、環(huán)氧樹脂15~20份、甲醚化氨基樹脂3~5份、雙馬來酰亞胺樹脂粉3~5份、活性氧化鋅I~3份、涂料助劑3~5份、N-甲基吡咯烷酮2~5份、二甲基甲酰胺5~8份、甲基異丁基酮3~6份、超細(xì)鋅粉30~40份；[0011]面漆:以重量份計(jì)，鈦納米含氟聚芳醚酮共聚樹脂25~35份、環(huán)氧樹脂30~40份、甲醚化氨基樹脂5~10份、雙馬來酰亞胺樹脂粉3~5份、液體氟橡膠5~8份、α -相納米氧化鋁3~5份、色素炭黑I~3份、涂料助劑3~5份、N-甲基吡咯烷酮2~5份、二甲基甲酰胺5~8份、甲基異丁基酮3~6份。
[0012]上述用到的涂料助劑由分散劑和防沉劑各I重量份、大豆卵磷脂I重量份、消泡劑和流平劑各0.5重量份、有機(jī)膨潤(rùn)土 I重量份組成。
[0013]以上材料均為商品，在市場(chǎng)上均可采購(gòu)。
[0014]底漆的制備方法:除鋅粉外將所有組合物共混研磨，研磨漆料達(dá)到要求細(xì)度后，再在高速分散攪拌狀態(tài)下加入超細(xì)鋅粉。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
[0016]1.超細(xì)鋅粉不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)品貯存穩(wěn)定，在包裝罐內(nèi)不產(chǎn)氣，不暴脹。本發(fā)明中的底漆配方中均含有1000~1500目超細(xì)鋅粉。眾所周知，鋅粉越細(xì)，活性越高，防銹性能也越好。但是，由于聚合物或助劑、溶劑中往往殘留一些偏酸性或偏堿性的雜質(zhì)成分，極易與活性鋅粉發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成產(chǎn)品貯存不穩(wěn)定，在包裝罐內(nèi)產(chǎn)氣，暴脹。這可能是很多涂料企業(yè)在生產(chǎn)貯存鋅粉底漆時(shí)都遇到過的問題。為了解決這一難題，有些企業(yè)往往在包裝桶蓋上打一小孔放氣，也有的企業(yè)將鋅粉和漆料分開包裝，但這都不是解決問題的根本辦法。為了防止鋅粉在涂料組分中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，本發(fā)明選用了活性氧化鋅作為還原劑，選用大豆卵磷脂作穩(wěn)定劑，除鋅粉外將所有組合物共混研磨，首先讓活性氧化鋅與體系中雜質(zhì)或活性物質(zhì)在研磨過程中發(fā)生還原反應(yīng)，研磨漆料達(dá)到要求細(xì)度后，再在高速分散攪拌狀態(tài)下加入超細(xì)鋅粉，大豆卵磷脂就會(huì)對(duì)鋅粉活性起到穩(wěn)定作用，不會(huì)再出現(xiàn)產(chǎn)氣，暴脹現(xiàn)象。
[0017]2.面漆韌性強(qiáng)。本發(fā)明涂料制品是由納米材料加工而成的，因此涂層致密性高，堅(jiān)硬異常，最高可達(dá)到9Η鉛筆硬度，因此脆性增大，層間附著力下降，很難滿足油井管涂層行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的扭曲、拉伸試驗(yàn)項(xiàng)目的檢測(cè)。`以往的經(jīng)驗(yàn)是在涂料中添加增塑劑(如D0P、DBP)加以解決。但增塑劑會(huì)出現(xiàn)向涂層表面遷移而散失現(xiàn)象，涂層很快會(huì)老化失效。本發(fā)明中選用液體橡膠做增韌劑，起到長(zhǎng)久增韌效果，涂層堅(jiān)韌而不脆，耐磨性提高，抗老化性能增強(qiáng)，附著力性能得到改善，層間剝離現(xiàn)象消除，滿足了油井管涂層行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)檢測(cè)性能指標(biāo)。這就是面漆增韌促進(jìn)法的效果顯現(xiàn)。
[0018]本發(fā)明采用鈦納米含氟聚芳醚酮為基體，經(jīng)化學(xué)改性和復(fù)配，研制出鈦納米高分子合金涂料，在油氣田井管防護(hù)中獲得了成功的應(yīng)用。新產(chǎn)品在新疆克拉瑪依油田、塔里木油田、土哈油田的應(yīng)用試驗(yàn)，比目前在用的進(jìn)口產(chǎn)品(酚醛改性環(huán)氧油井管涂料)的性能更加優(yōu)異，防護(hù)壽命提供了 2~3倍，可以大輻度降低設(shè)備維修費(fèi)用和油氣開采成本，從而明顯提高了油氣開采的生產(chǎn)效率，攻克了地下高含硫量油氣田開采設(shè)備腐蝕與防護(hù)的技術(shù)難題，獲得了用戶滿意的好評(píng)。
[0019]由于鈦納米高分子合金涂層材料形成的涂層具有低表面能不粘特性，可以防止原油在管壁附著結(jié)垢。但這也給涂層制備帶來了施工難題，出現(xiàn)層間剝離現(xiàn)象。為此，本發(fā)明還提供如上所述鈦納米高分子合金涂層材料的應(yīng)用方法，包括以下步驟:
[0020]步驟1，表面處理:管壁噴砂或拋丸處理，清潔度需達(dá)到Sa2.5級(jí)；
[0021]步驟2，管內(nèi)底漆涂裝:采用管道內(nèi)涂機(jī)，高壓無氣噴涂一道底漆，濕膜厚度控制在100±10μπι，進(jìn)入烘爐閃干，爐溫控制在100~120°C，10min~15min后出爐，此時(shí)底漆膜已不粘手，有一定強(qiáng)度，但未固化；
[0022]步驟3，“濕碰濕”面漆涂裝:采用管道內(nèi)涂機(jī)，高壓無氣噴涂一道面漆，濕膜厚度控制在120 μ m~150 μ m，進(jìn)入烘爐烘干，爐溫控制在220~250°C，15min~20min出爐，漆膜完全固化，實(shí)現(xiàn)了層間融合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明實(shí)施例2制備的鈦納米高分子合金涂層材料應(yīng)用于試樣后耐陰極剝離試驗(yàn)結(jié)果；
[0024]圖2為本發(fā)明實(shí)施例2制備的鈦納米高分子合金涂層材料應(yīng)用于試樣后高溫高壓試驗(yàn)結(jié)果；
[0025]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2制備的鈦納米高分子合金涂層材料應(yīng)用于試樣后拉伸試驗(yàn)結(jié)果;
[0026]圖4為本發(fā)明實(shí)施例2制備的鈦納米高分子合金涂層材料應(yīng)用于試樣后展平試驗(yàn)結(jié)果;
[0027]圖5為本發(fā)明實(shí)施例2制備的鈦納米高分子合金涂層材料應(yīng)用于試樣后扭轉(zhuǎn)試驗(yàn) 結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0029]實(shí)施例1淺井油管涂料的底漆和面漆
[0030]底漆:以重量份計(jì)，納米有機(jī)鈦酰亞胺共聚樹脂20份、128環(huán)氧樹脂20份(市售)、A747甲醚化氨基樹脂5份(浙江新華樹脂廠)、BM1-1雙馬來酰亞胺樹脂3份(湖北洪湖天馬合成材料廠)、活性氧化鋅3份(市售)、J-40Y液體丁腈橡膠5份(市售)、F108分散劑和F118防沉劑各1份(浙江臨安助劑廠)、大豆卵磷脂1份、消泡劑和流平劑各0.5份、有機(jī)膨潤(rùn)土 1份、N-甲基吡咯烷酮3份、二甲基甲酰胺5份、甲基異丁基酮4份，按上述順序稱量混合于容器內(nèi)，用高速分散機(jī)分散20min，移至砂磨機(jī)研磨細(xì)度至15 μ m以內(nèi)，再回到高速分散機(jī)，在低速攪拌狀態(tài)下，添加超細(xì)鋅粉40份，加畢后高速分散30min，過濾包裝。
[0031]面漆:以重量份計(jì)，納米有機(jī)鈦酰亞胺共聚樹脂30份、128環(huán)氧樹脂40份、A747甲醚化氨基樹脂8份、BM1-1雙馬來酰亞胺樹脂5份、J-40Y液體丁腈橡膠8份、20wt%固含量的α -相納米氧化鋁分散漿15份、ΜΑ-100炭黑2份、F108分散劑1份、Fl 18防沉劑1份、大豆卵磷脂1份、消泡劑和流平劑各0.5份、有機(jī)膨潤(rùn)土 1份、N-甲基吡咯烷酮5份、二甲基甲酰胺5份、甲基異丁基酮5份，按上述順序稱量混合于容器內(nèi)，用高速分散機(jī)分散20min，移至砂磨機(jī)研磨至15 μ m以內(nèi)，過濾包裝。
[0032]實(shí)施例2深井油管涂料的底漆和面漆
[0033]底漆:以重量份計(jì)，鈦納米含氟聚芳醚酮共聚樹脂20份、128環(huán)氧樹脂20份、A747甲醚化氨基樹脂5份、BM1-1雙馬來酰亞胺樹脂3份、活性氧化鋅3份、F108分散劑1份、F118防沉劑1份、大豆卵磷脂1份、消泡劑和流平劑各0.5份、有機(jī)膨潤(rùn)土 1份、N-甲基吡咯烷酮3份、二甲基甲酰胺5份、甲基異丁基酮4份、超細(xì)鋅粉40份。加工工藝與實(shí)施例1的底漆制備方法相同。
[0034]面漆:以重量份計(jì)，鈦納米含氟聚芳醚酮共聚樹脂30份、128環(huán)氧樹脂40份、A747甲醚化氨基樹脂8份、BM1-1雙馬來酰亞胺樹脂5份、液體氟橡膠5份(市售)、固含20% α -相納米氧化鋁15份、ΜΑ-100炭黑2份(市售)、F108分散劑1份、Fl 18防沉劑1份、大豆卵磷脂1份、消泡劑和流平劑各0.5份、有機(jī)膨潤(rùn)土 1份、N-甲基吡咯烷酮5份、二甲基甲酰胺5份、甲基異丁基酮5份。加工工藝與實(shí)施例1的面漆制備方法相同。
[0035]圖1-圖5分別為本發(fā)明實(shí)施例2制備的鈦納米高分子合金涂層材料應(yīng)用于試樣后耐陰極剝離試驗(yàn)結(jié)果、高溫高壓試驗(yàn)結(jié)果、拉伸試驗(yàn)結(jié)果、展平試驗(yàn)結(jié)果和扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)結(jié)果。從檢測(cè)照片上看，涂層經(jīng)受住了各種嚴(yán)酷試驗(yàn)檢測(cè)，完好無損，完全滿足了 SY/T0544-2004《石油鉆桿內(nèi)涂層技術(shù)條件》的要求。
[0036]國(guó)家石油管材重量監(jiān)督檢驗(yàn)中心依據(jù)SY/T0544-2004《石油鉆桿內(nèi)涂層技術(shù)條件》、SY/T0315-97《鋼質(zhì)管熔結(jié)環(huán)氧粉末內(nèi)涂層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》、SY/T0442-97《鋼質(zhì)管熔結(jié)環(huán)氧粉末外涂層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》出具的實(shí)施例1和實(shí)施例2制備的鈦納米高分子合金涂層材料檢驗(yàn)報(bào)告表明:“高溫高壓試驗(yàn)后，涂層未發(fā)現(xiàn)變軟、膨脹，涂層顏色未見變化，涂層表面未發(fā)現(xiàn)氣泡，附著力A級(jí)。陰極剝離試驗(yàn)后，涂層顏色未發(fā)生變化，平均剝離距離為7.55mm。拉伸、扭轉(zhuǎn)和軋平試驗(yàn)完成后，觀察試樣表面涂層，未發(fā)現(xiàn)涂層有起泡、剝落和片狀脫落或涂層開裂現(xiàn)象。耐化學(xué)介質(zhì)試驗(yàn)完成后，酸堿鹽介質(zhì)中的涂層試樣均未發(fā)現(xiàn)脫落、隆起、軟化、起泡爆皮、開裂現(xiàn)象。檢測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)，符合標(biāo)準(zhǔn)要求?！?br> [0037]產(chǎn)品重量通過了國(guó)家工業(yè)專用管材重量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的全面檢測(cè)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合SY/T0544-2004《石油鉆桿內(nèi)涂層技術(shù)條件》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和Q/321088GXA031-2013《鈦納米高分子合金涂料》企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
[0038]實(shí)施例3鈦納米高分子合金涂層材料的應(yīng)用方法
[0039]①表面處理:用小口徑管`道拋丸機(jī)對(duì)鋼管內(nèi)外壁進(jìn)行噴砂或拋丸處理，重量控制需達(dá)到Sa2.5級(jí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，使鋼管表面無銹和氧化皮，露出鋼鐵色澤。
[0040]②管內(nèi)底漆涂裝:采用管道內(nèi)涂機(jī)高壓無氣噴涂一道底漆，濕膜厚度控制在100μπι左右，進(jìn)入烘爐閃干，爐溫控制在100~120°C，10~15min出爐，此時(shí)漆膜已不粘手，有一定強(qiáng)度，但未固化；
[0041]③“濕碰濕”面漆涂裝:采用管道內(nèi)涂機(jī)高壓無氣噴涂一道面漆，濕膜厚度控制在120~150 μ m，進(jìn)入烘爐烘干，爐溫控制在220~250°C，15~20min出爐，漆膜完全固化，實(shí)現(xiàn)層間融合，消除層間附著力差的弊病。
[0042]為了保證鈦納米高分子合金涂層材料產(chǎn)品和制品的質(zhì)量，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行有效監(jiān)控，故對(duì)鈦納米高分子合金涂層材料提出以下技術(shù)指標(biāo)，見表1所示。
[0043]表1烘干型鈦納米高分子合金涂料技術(shù)指標(biāo)
[0044]
【權(quán)利要求】
1.一種鈦納米高分子合金涂層材料，包括底漆和面漆，其特征在于，所述底漆和面漆由以下組分制備而成: 底漆:以重量份計(jì)，納米有機(jī)鈦酰亞胺共聚樹脂20~25份、環(huán)氧樹脂15~20份、甲醚化氨基樹脂3~8份、雙馬來酰亞胺樹脂粉3~5份、液體丁腈橡膠5~8份、活性氧化鋅I~3份、涂料助劑3~5份、N-甲基吡咯烷酮2~5份、二甲基甲酰胺5~8份、甲基異丁基酮3~6份、超細(xì)鋅粉30~40份； 面漆:以重量份計(jì)，納米有機(jī)鈦酰亞胺共聚樹脂25~35份、環(huán)氧樹脂30~40份、甲醚化氨基樹脂8~12份、雙馬來酰亞胺樹脂粉3~5份、液體丁腈橡膠5~8份、α -相納米氧化鋁3~5份、色素炭黑1~3份、涂料助劑3~5份、N-甲基吡咯烷酮2~5份、二甲基甲酰胺5~8份、甲基異丁基酮3~6份； 或者， 底漆:以重量份計(jì)，鈦納米含氟聚芳醚酮共聚樹脂20~25份、環(huán)氧樹脂15~20份、甲醚化氨基樹脂3~5份、雙馬來酰亞胺樹脂粉3~5份、活性氧化鋅I~3份、涂料助劑3~5份、N-甲基吡咯烷酮2~5份、二甲基甲酰胺5~8份、甲基異丁基酮3~6份、超細(xì)鋅粉30~40份； 面漆:以重量份計(jì)，鈦納米含氟聚芳醚酮共聚樹脂25~35份、環(huán)氧樹脂30~40份、甲醚化氨基樹脂5~10份、雙馬來酰亞胺樹脂粉3~5份、液體氟橡膠5~8份、α -相納米氧化鋁3~5份、色素炭黑I~3份、涂料助劑3~5份、N-甲基吡咯烷酮2~5份、二甲基甲酰胺5~8份、甲基異丁基酮3~6份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦納米高分子合金涂層材料，其特征在于，所述涂料助劑由分散劑和防沉劑各I重量份、大豆卵磷脂I重量份、消泡劑和流平劑各0.5重量份、有機(jī)膨潤(rùn)土 1重量份組成。
3.權(quán)利要求1~2任一項(xiàng)所述鈦納米高分子合金涂層材料的應(yīng)用方法，包括以下步驟: 步驟1，表面處理:管壁噴砂或拋丸處理，清潔度需達(dá)到Sa2.5級(jí)； 步驟2，管內(nèi)底漆涂裝:采用管道內(nèi)涂機(jī)高壓無氣噴涂一道底漆，濕膜厚度控制在100±10μm，進(jìn)入烘爐閃干，爐溫控制在100~120°C，10min~15min后出爐，此時(shí)底漆膜已不粘手，有一定強(qiáng)度，但未固化； 步驟3，“濕碰濕”面漆涂裝:采用管道內(nèi)涂機(jī)高壓無氣噴涂一道面漆，濕膜厚度控制在120 μ m~150 μ m，進(jìn)入烘爐烘干，爐溫控制在220~250°C，15min~20min出爐，漆膜完全固化，實(shí)現(xiàn)了層間融合。
【文檔編號(hào)】C09D127/12GK103881563SQ201410076076
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】陳鼎, 張馳, 卞直兵, 戴海雄 申請(qǐng)人:江蘇金陵特種涂料有限公司