一种新型阻垢涂料的制作方法

本发明涉及一种具有阻垢功能的涂料。

背景技术：

在油田开发过程中，流体会经过油气层从油气藏里面流出，先后经过了井筒、井口最后到了地面的集输系统中，而地层水中的成垢离子受到油气水平衡状态的变化以及压力、温度的变化等的影响，导致无机盐垢的沉积而生成垢。结垢会给生产带来诸多的不利影响，会造成管路的腐蚀、堵塞、泵的失效等，在增加能耗的同时降低了油田的油气产量，使油田的生产不能正常进行，严重者甚至有停产的危险。结垢还能够诱使水井管线的局部发生腐蚀，而腐蚀又会使注水管线的漏失更加频繁甚至穿孔，致使破坏性事故的发生。因此阻垢这项课题是国内外各大油田面临急需解决的问题。

传统的阻垢方式是将阻垢剂溶解分散到管道运输的流体中，在流体的流动过程中起到阻垢的作用，但是这种利用方式效率低、成本高，同时阻垢剂加入容易去除难。增加了后续分离阻垢剂的工艺与成本。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种新型涂料，该涂料具有阻垢功能，避免了生产中为了达到阻垢目的，将阻垢剂直接添加入流体中而引发的一系列不良后果的产生。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种新型阻垢涂料，其组成包括成膜物质、阻垢功能填料及溶剂；其特征在于：所述阻垢功能填料，其组成包括多孔材料、酸性阻垢剂及盐类阻垢剂，其制备方法是：先用水热法将酸性阻垢剂以分子组装的形式接枝在多孔材料内表面及外表面，然后将盐类阻垢剂以浸渍的方式填充到多孔材料的孔道中，最后烘干得到上述阻垢功能填料。

上述多孔材料为活性炭，分子筛，碳纤维，介孔硅，粉煤灰或煤矸石中的一种或多种的混合。

上述酸性阻垢剂为有机膦酸类阻垢剂或聚羧酸类阻垢剂；上述盐类阻垢剂为有机膦酸盐阻垢剂。

上述用水热法将酸性阻垢剂以分子组装的形式接枝在多孔材料内表面及外表面，具体操作方法是：将过筛250目以上的多孔材料放入含有双氧水的氢氧化钠溶液中，常温搅拌10-24小时后过滤烘干；然后将烘干的粉末放入含有酸类阻垢剂溶液的高压釜中，60-100℃反应12-72小时，过滤并用乙醇洗涤后烘干。

上述将盐类阻垢剂以浸渍的方式填充到多孔材料的孔道中，具体操作方法是：将盐类阻垢剂饱和溶解到水中，然后用该饱和溶液将烘干后的接枝多孔材料粉末润湿，搅拌均匀并静置4-10小时后烘干。

优选本发明的新型阻垢涂料，按照重量份数比计算，其组份及含量如下：

树脂 55-90份，

固化剂 5-20份，

多孔材料 5-40份，

阻垢剂 10-40份，

水 40-100份，

有机溶剂 20-40份，

含5%双氧水 及5%氢氧化钠的水溶液 1-5份；

所述树脂包括环氧树脂、聚氨酯树脂中的一种或多种，

所述固化剂为脂肪族二胺和多胺的一种或多种，

所述有机溶剂为乙醇，乙酸乙酯，二甲基甲酰胺，二甲苯等中的一种或多种。

本发明的新型阻垢涂料的制备方法是：将阻垢功能填料加入到溶剂中，超声分散均匀，然后将树脂与固化剂加入，均匀搅拌后制备完成。

本发明新型阻垢涂料的使用方法是：采用气泵喷涂或高压喷涂的方法均匀喷涂在金属管材表面上；然后将喷涂后的金属管材置于空气中，常温固化或加热固化后便可获得具有阻垢功能的涂层。

本发明阻垢涂料具有阻垢功能的原理说明：

1、由于多孔材料经过250目以上的过筛，因此在涂层中分散非常均匀，从而使其携带的阻垢剂能均匀的分散在涂层各个部位，细小的多孔材料粒子在涂层内形成一个个阻垢单元，并且多孔材料表面未参与反应的羟基能与树脂更好的结合，在作为阻垢功能填料的同时，还能起到传统无机填料的作用，增加涂层的耐磨性能；

2、由于酸性阻垢剂含有多叉羧基，其阻垢机理是多叉功能基团对钙离子或者其它粒子进行反应，导致其它粒子难以和参与反应粒子发生沉淀，同时若多叉分子其中一个叉与羟基相连，则不会对阻垢剂的阻垢效果有太大影响；而多孔材料经过双氧水与氢氧化钠溶液浸泡过的多孔材料表面含有大量羟基，加热一定温度后，酸性阻垢剂的酸根会和多孔材料表面的羟基反应，反应后这一阻垢剂分子上面其他酸根将暴漏在多孔材料表面起到阻垢作用；

3、不能与羟基发生反应的盐类阻垢剂以浸渍的方式填充到多孔材料的孔道中，从而使多孔材料粒子内外均含有阻垢成分；

4、由该涂料形成涂层后，涂层表层的多孔材料暴露在含有钙镁离子的溶液中，酸式阻垢剂会利用未与羟基反应的另外三叉与钙镁离子等发生螯合反应，多孔材料内部填充的盐类阻垢剂会进入水中，协同阻垢。当表层涂层被摩擦破坏，下层多孔材料又会暴漏出来，所以涂层具有持续的阻垢功能。

本发明的有益效果：

1、本专利创新性的利用阻垢剂具有多叉酸根的特点，将阻垢剂与多孔材料粒子表面羟基反应，并将不能参与反应的盐类阻垢剂灌注到多孔材料的孔道内，避免了单独加入阻垢剂所带来的各种弊端，并提供持续稳定的阻垢效果；

2、本发明涂料的原料价格低廉、来源广泛，为阻垢任务的完成提供一种全新的解决方案。

附图说明

图1为实例一纯环氧涂层结垢效果图。

图2为实例一添加普通填料涂层结垢效果图。

图3为实例一添加阻垢功能填料涂层结垢效果图。

具体实施方式

下面给出实施例，以对本发明做进一步的详细说明，需要指出的是以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，此领域工程技术人员根据上述发明内容对本发明所做的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。

实施例1

（1）金属表面预处理：

采用400目的砂纸对金属表面进行快速打磨处理后放入乙醇溶液中进行超声清洗，以去除其表面油脂、灰尘等杂质，乙醇溶液质量浓度为75%，取出并自然晾干，留作备用。

（2）涂料的制备：

将90份环氧树脂E44与20份乙二胺固化剂倒入40份二甲基甲酰胺备用。将8份过筛250目以上的分子筛与2份煤矸石放入1份含有5%双氧水和5%氢氧化钠的混合溶液中，常温搅拌反应10小时，后过滤烘干。将烘干的粉末放入含有5份乙二胺四甲叉膦酸溶液的高压釜中，100℃反应2个小时，过滤并用乙醇洗涤后烘干。将5份乙二胺四甲叉膦酸钠饱和溶解到水中，用饱和浸渍法将上述粉末润湿，搅拌静置4小时后烘干，获得阻垢功能填料，即阻垢改性分子筛。将阻垢改性分子筛分散到环氧树脂与固化剂的混合溶液中搅拌1min后即可进行喷涂。

（3）涂层固化过程：将已进行喷涂的金属在室温下静置24h完全固化。

（4）性能测定

一、涂层结垢率测试方法：

1、将制备的阻垢涂层置于含有0.03mol/L的碳酸氢铵和硝酸钙水溶液中，在60℃水热条件下处理72小时；同时对纯环氧涂层及添加普通填料涂层进行上述处理。然后利用电镜观察各涂层的结垢情况；

2、利用拍出的上述电镜SEM图，根据SEM图中试样表面灰度值和结垢物质灰度值的差别，先将图像转换为8位灰度图，再进行二值化得到对应的黑白二值图像。二值图像中结垢物质的灰度值为255，其余部分灰度值为0。通过该图像灰度值为255的像素所占的比例可以计算各试样表面结垢物质的面积百分比，对试样表面的结垢面积进行量化表征。

二、阻垢性能测试结果：

由图1-图3所示：实施例1涂层表面没有气泡产生，通过电镜显示没有明显的结垢形成，相对比，纯环氧涂层与添加普通填料涂层表面结有大量的垢聚集附着。表面结垢率：纯环氧涂层21%，添加普通填料涂层21.5%，阻垢涂层0.8%。

实施例2：

（1）金属表面预处理：

采用400目的砂纸对金属表面进行快速打磨处理后放入乙醇溶液中进行超声清洗，以去除其表面油脂、灰尘等杂质，乙醇溶液质量浓度为75%，取出并自然晾干，留作备用。

（2）涂料的制备：

将55份水性环氧树脂与5份酚醛固化剂倒入40份乙酸乙酯备用。将5份过筛250目以上的活性炭放入2份含有5%双氧水和5%氢氧化钠的溶液中，常温搅拌反应24小时，后过滤烘干。将烘干的粉末放入含10份二乙烯三胺五甲叉膦酸溶液的高压釜中，80℃反应12个小时，过滤用乙醇洗涤后烘干。将10份乙二胺四甲叉膦酸钠饱和溶解到水中，用饱和浸渍法将上述粉末润湿，搅拌静置10小时后烘干，获得阻垢功能填料。将上述填料到环氧树脂溶液中搅拌30min后即可进行喷涂。

（3）涂层固化过程：将已进行喷涂的金属加热200℃，2小时固化。

（4）性能测定

将实施例2制备的阻垢涂层置于含有0.04mol/L的碳酸氢铵和硝酸钙水溶液中，在60℃水热条件下处理140小时，试验后的涂层表面没有气泡产生，通过电镜显示没有明显的结垢形成，相对比，纯环氧涂层与添加普通填料涂层表面结有大量的垢聚集附着。表面结垢率：纯环氧涂层23%，添加普通填料涂层22.8%，阻垢涂层0.6%。

实施例3：

（1）金属表面预处理：

采用400目的砂纸对金属表面进行快速打磨处理后放入乙醇溶液中进行超声清洗，以去除其表面油脂、灰尘等杂质，乙醇溶液质量浓度为75%，取出并自然晾干，留作备用。

（2）涂料的制备：

将20份聚氨酯树脂与70份环氧树脂E51混合15份乙二胺固化剂倒入40份二甲苯备用。将15份过筛250目以上的活性炭，10份粉煤灰与5份介孔硅放入5份含有5%双氧水和5%氢氧化钠的溶液中，常温搅拌反应20小时，后过滤烘干。将烘干的粉末放入含有20份2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸溶液的高压釜中，60℃反应48个小时，过滤用乙醇洗涤后烘干。将20份乙二胺四甲叉膦酸钠饱和溶解到水中，用饱和浸渍法将上述粉末润湿，搅拌静置6小时后烘干，获得阻垢功能填料。将上述填料到环氧树脂溶液中搅拌10min后即可进行喷涂。

（3）涂层固化过程：将已进行喷涂的金属加热至80℃，12h固化。

（4）性能测定

将实施例3制备的阻垢涂层置于含有0.035mol/L的碳酸氢铵和硝酸钙水溶液中，在80℃水热条件下以800转/分搅拌72小时，试验后的涂层表面没有气泡产生，通过电镜显示没有明显的结垢形成，相对比，纯环氧涂层与添加普通填料涂层表面结有大量的垢聚集附着。表面结垢率：纯环氧涂层20%，添加普通填料涂层21%，阻垢涂层0.5%。

实施例4：

（1）金属表面预处理：

采用400目的砂纸对金属表面进行快速打磨处理后放入乙醇溶液中进行超声清洗，以去除其表面油脂、灰尘等杂质，乙醇溶液质量浓度为75%，取出并自然晾干，留作备用。

（2）涂层所用溶液的制备：

将70份环氧树脂E51与5份乙二胺固化剂倒入30份乙酸乙酯备用。将5份过筛250目以上的活性炭与20份碳纤维放入2份含有5%双氧水和5%氢氧化钠的溶液中，常温搅拌反应20小时，后过滤烘干。将烘干的粉末放入含有15份2-羟基膦酸基乙酸溶液的高压釜中，90℃反应50个小时，过滤用乙醇洗涤后烘干。将5份乙二胺四甲叉膦酸钠饱和溶解到水中，用饱和浸渍法将上述粉末润湿，搅拌静置8小时后烘干，获得阻垢功能填料。将上述填料到环氧树脂溶液中搅拌50min后即可进行喷涂。

（3）涂层固化过程：将已进行喷涂的金属加热至80℃，12h固化。

（4）性能测定

将实施例4制备的阻垢涂层置于含有0.03mol/L的碳酸氢铵和硝酸钙水溶液中，在80℃水热条件下处理72小时，试验后的涂层表面没有气泡产生，通过电镜显示没有明显的结垢形成，相对比，纯环氧涂层表面结有大量的垢聚集附着。表面结垢率：纯环氧涂层25%，添加普通填料涂层23%，阻垢涂层0.7%。