單包裝高固體分石油鉆桿涂料及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種環(huán)境友好型石油鉆桿內壁用單包裝高固體分涂料，簡稱單包裝高固體分石油鉆桿涂料，其基本組成是液態(tài)環(huán)氧樹脂、M8531專用復配樹脂、MH135潛伏性固化劑、復配顏填料、匹配助劑及混合溶劑。單包裝高固體分石油鉆桿涂料分為底漆和面漆，施工時的質量固體分為89%左右，比現(xiàn)有溶劑型石油鉆桿涂料少用溶劑30%，減少污染并改善涂裝環(huán)境。采用高壓無空氣旋杯噴涂法施工時，涂料的觸變指數(shù)1.6-2.2。涂膜具有優(yōu)異的耐蝕性、防腐蝕介質滲透性、耐酸堿等化學藥品性、耐鹽霧1000h、耐高壓堿性水通過16h，滿足石油鉆桿的實用要求。
【專利說明】單包裝高固體分石油鉆桿涂料及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及材料領域，具體來說是一種單包裝高固體分石油鉆桿涂料配方設計及涂料制造工藝。
【背景技術】
[0002]石油鉆桿內壁在鉆井過程中會遇到以下腐蝕及破壞環(huán)境:
(1)鉆井液的腐蝕:根據(jù)不同鉆井目的和地質條件，使用不同類型的鉆井液體系，它們對鉆桿內壁金屬底材可產生應力腐蝕、硫化物應力開裂、坑點腐蝕、縫隙腐蝕、沉淀物腐蝕、摩滾腐蝕、沖擊和微生物腐蝕。
[0003](2)氧氣的腐蝕破壞:鉆井液循環(huán)過程中混入游離氧，部分氧溶于鉆井液內，直到飽和狀態(tài)。在氧相當?shù)偷暮肯?小于lmg/1)，就會對金屬引起嚴重的腐蝕破壞。鉆井液中溶解氧是鉆桿腐蝕的主要原因之一。氧與其它腐蝕介質產生協(xié)同效應，會加速鋼材腐蝕破壞。
[0004](3)硫化氫的腐蝕破壞:浸入鉆井液的硫化氫或石油(水)中混雜的硫化氫，對鉆具及鉆井設備具有強烈的腐蝕破壞作用。
[0005](4)二氧化碳的腐蝕:干CO2是非腐蝕性氣體，當水存在時，二氧化碳與水反應生成碳酸，碳酸與鐵反應產生碳酸亞鐵，導致管材呈片狀脫落，減少管壁厚度。
[0006]為防止石油鉆桿在鉆井過程中遇到極其嚴苛的腐蝕破壞，人們采用帶內防腐蝕涂層的石油鉆桿，使管壁金屬與腐蝕介質隔絕，減少鉆桿內壁腐蝕，延長鉆桿使用壽命，提升鉆桿的鉆井工作效率，取得明顯經濟效益。
[0007]20世紀90年代前，國內少數(shù)鉆井油田采用國外進口的溶劑型石油鉆桿涂料PC200，1998年，國內開發(fā)了溶劑型石油鉆桿涂料SN222。2006年，將SN222改為TC2000。目前，國內油田采用PC200和TC2000兩種溶劑型石油鉆桿涂料。兩種溶劑型石油鉆桿涂料在涂裝中，涂料內含41%有機溶劑揮發(fā)到涂裝車間里，浪費資源、污染環(huán)境，強烈的刺激性氣味對操作工人有害。因此，對開發(fā)一種新型的環(huán)境友好型石油鉆桿涂料存在強烈需要。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明提供一種新型的單包裝高固體分石油鉆桿涂料，由于采用的溶劑量明顯降低，因此取得了明顯的環(huán)境效益及使用效果。本發(fā)明采用的具體技術方案如下:
一種單包裝高固體分石油鉆桿涂料，包括底漆和面漆，其特征在于，底漆由46.0-58.0%的環(huán)氧值為0.42-0.52eq/100g的液態(tài)環(huán)氧樹脂、14.5-17.2%的M8531專用復配樹脂、7.3-9.5%的60% MH135潛伏性固化劑、19.5-22.4%的cp復配顏填料、2.8-3.5%的cp匹配助劑和3.5-4.3%的混合溶劑組成，面漆由58.6-65.5%的環(huán)氧值為0.42-0.52eq/100g的液態(tài)環(huán)氧樹脂、7.8-9.2%的60% MH135潛伏性固化劑、19.0-24.0%的CF復配顏填料、2.6-3.3%的CF匹配助劑和5.5-7.0%的混合溶劑組成。
[0009]優(yōu)選地，底漆由46.0%的環(huán)氧值為0.42-0.52eq/100g的液態(tài)環(huán)氧樹脂、17.2%的M8531專用復配樹脂、7.3%的60% MHl35潛伏性固化劑、22.4%的cp復配顏填料、2.8%的cp匹配助劑和4.3%的混合溶劑組成，面漆由58.6%的環(huán)氧值為0.42-0.52eq/100g的液態(tài)環(huán)氧樹脂、7.8%的60% MH135潛伏性固化劑、24.0%的CF復配顏填料、2.6%的CF匹配助劑和
7.0%的混合溶劑組成。
[0010]優(yōu)選地，液態(tài)環(huán)氧樹脂為E51環(huán)氧樹脂、E44環(huán)氧樹脂和F51酚醛環(huán)氧樹脂或它們的物理法復配型樹脂。
[0011]優(yōu)選地，CP復配顏填料由表面處理的重晶石粉(800目):鈦白粉(金紅石型):滑石粉(600-1250 目):復合防銹顏料=(20-30):(10-20):( 10-15):( 10-15)(質量)組成；CF復配顏填料由鈦白粉(金紅石型):表面處理的重晶石粉(800目):粉體助劑FE= (10-25):(10-25):(1-3)(質量)組成。
[0012]進一步優(yōu)選地，復合防銹顏料由K-白:磷酸鋅:粉體助劑FE=3:1:0.5 (質量)組成。
[0013]優(yōu)選地，cp匹配助劑由觸變劑:流平劑:潤濕分散劑:附著力促進劑:消泡劑=15.0:5.8:5.0:3.2:0.3 (質量)組成；CF匹配助劑由觸變劑:流平劑:潤濕分散劑:消泡劑=15.5:7.5:2.5:0.5 (質量)組成。
[0014]進一步優(yōu)選地，觸變劑從有機膨潤土(881、801_D、9385)、氣相二氧化硅(Aerosil200、AMS_100)、229防沉劑及BYK-354中選用或將它們匹配使用；流平劑從LeVaslip410、433、435、825、872 及 BYK-354 中選用；潤濕分散劑從 EFKA4300、4340、4400、4570或Dispiner9235、9220及912中選用；附著力促進劑從TC-1鈦酸酯偶聯(lián)劑、J-50增附流平劑及KH560硅烷偶聯(lián)劑中選用；消泡劑從BYK-A530、BYK-020、德謙3100、5700、6500及6800中選用。
[0015]優(yōu)選地，混合溶劑由酮類:二甲苯:醇醚類=3:1:1 (質量)組成。
[0016]進一步優(yōu)選地，酮類溶劑為丁酮、環(huán)己酮、甲基異丁基酮或將它們混配使用；醇醚類溶劑為丙二醇單甲醚、丙二醇單乙醚、丙二醇單丁醚或丙二醇單醚醋酸酯(PMA)。
[0017]本發(fā)明還提供一種高固體分石油鉆桿涂料制造方法，所述方法包括底漆制造與面漆制造，其特征在于，
(I)底漆制造包括以下步驟:
(Ia)觸變漿料制備:取如權利要求1所述的單包裝高固體分石油鉆桿涂料中底漆配方中觸變劑用量9倍的液態(tài)環(huán)氧樹脂，然后與cp匹配助劑中的觸變劑混合，將混合物在三輥研磨機上軋制成透明狀的底漆用觸變漿料；
(Ib)溶解樹脂:將預熱好的并減去制備觸變漿料用的液態(tài)環(huán)氧樹脂、專用復配樹脂及混合溶劑加入分散機中，慢慢啟動分散機至300-400轉/分，經40分鐘將樹脂溶解；
(Ic)加入固化劑及助劑:按順序將MH135潛伏性固化劑、附著力促進劑、流平劑、潤濕分散劑和消泡劑加入分散機中，然后將分散機速度由300-400轉/分調至600轉/分，繼續(xù)分散5分鐘；
(Id)加入cp復配顏填料及觸變漿料:在分散機300-400轉/分運行下，依次加入滑石粉、鈦白粉、復合防銹顏料、重晶石粉及觸變漿料，然后將分散機速度調至800-900轉/分，高速分散25分鐘,停止分散機運行；
(Ie)研磨:將上述分散好的物料轉入砂磨機內進行分散研磨，當?shù)灼峒毝炔淮笥?5微米時，測定底漆粘度(25°C，60rpm)為3500-5000mPa.s，過濾(120目濾網)；
(2)面漆制造包括以下步驟
(2a)觸變漿料制備:取如權利要求1所述的單包裝高固體分石油鉆桿涂料中面漆配方中觸變劑用量9倍的液態(tài)環(huán)氧樹脂，然后與CF匹配助劑的觸變劑混合，將混合物在三輥研磨機上軋制成透明狀的面漆用觸變漿料；
(2b)溶解液態(tài)環(huán)氧樹脂:將預熱好的并減去制備觸變漿料用的液態(tài)環(huán)氧樹脂及混合溶劑加入分散機中，慢慢啟動分散機至300-400轉/分，經25分鐘將環(huán)氧樹脂溶解；
(2c)加入固化劑及助劑:按順序加入MH135潛伏性固化劑、流平劑、潤濕分散劑和消泡劑，然后將分散機速度由300-400轉/分調至600轉/分，繼續(xù)分散5分鐘；
(2d)加入CF復配顏填料及觸變漿料:在分散機300-400轉/分運行下，依次加入鈦白粉、粉體助劑FE、重晶石粉和觸變漿料，全部表2中物料加完后，將分散機速度調至800-900轉/分，高速分散25分鐘,停止分散機運行；
(2e)研磨:將上述分散好的面漆物料轉入砂磨機內，進行分散研磨，當面漆細度不大于50微米時，測定面漆粘度(25°C，60rpm)為3500-5000mPa.s，過濾(120目濾網)。
[0018] 有益效果:采用本發(fā)明的單包裝高固體分石油鉆桿涂料時，由于采用的混合溶劑的用量在涂料總量中的分數(shù)大為降低，故取得了明顯的環(huán)境效益及使用效果。
【具體實施方式】
[0019]本發(fā)明的主要內容包括單包裝高固體分石油鉆桿涂料配方設計思路、方案、解決應用性能的技術措施及涂料制造技術要點。
[0020](I)確定涂料成膜物及其固化體系
根據(jù)鉆井環(huán)境對涂膜應用性能要求，選擇環(huán)氧值高的E51環(huán)氧樹脂、E44環(huán)氧樹脂及F51酚醛環(huán)氧樹脂或它們的復配環(huán)氧樹脂做底漆與面漆的基料，同時在底漆基料中增添了專用復配樹脂。為涂料交聯(lián)固化時提供足夠數(shù)量的交聯(lián)點，提升涂膜的粘結強度；選擇MH135潛伏性固化劑與基料組成固化體系，該固化體系可形成較高交聯(lián)密度涂膜，減少涂膜內極性基團含量，保障涂膜防腐蝕介質滲透性及腐蝕介質破壞性。新確定的涂料成膜物及其固化體系，展示了環(huán)氧涂膜對鋼材的極強附著力，為解決高硬度鉆桿強力扭矩及砂石沖刷下的服役環(huán)境可靠性提供了正能量。
[0021]優(yōu)選地，確定最佳底漆用成膜物及其固化體系是E51環(huán)氧樹脂:M8531專用復配樹月旨(85%):MH135潛伏性固化劑=46.0:17.2:7.3 (質量)。優(yōu)選地，確定最佳面漆用成膜物及其固化體系是E44環(huán)氧樹脂:E51環(huán)氧樹脂:MH135潛伏性固化劑=40.6:18.0:7.8 (質量)。
[0022]( 2 )確定復配顏填料體系
解決涂膜的耐酸性及耐蝕性是涂料配方設計的技術關鍵，選用耐蝕性、耐酸性及耐水性優(yōu)異的重晶石粉、金紅石型鈦白粉、滑石粉、復合防銹顏料及粉體助劑FE進行復配、t匕較、優(yōu)選實驗，確定滿足應用性能需求的cp復配顏填料體系(用于底漆)和CF復配顏填料體系(用于面漆)。底漆用cp復配顏填料體系中含有無毒害的復合磷酸鹽，具有離子交換能力和催化功效，復合磷酸鹽產生的離子與金屬底材的Fe2+和Fe3+生成螯合物鈍化金屬表面，活潑的正磷酸根離子與涂膜內極性基團形成堅硬的絡合物保護膜，金紅石型鈦白粉對日光、大氣、堿和水穩(wěn)定；重晶石粉耐酸堿等介質侵蝕、耐光、耐候、耐水，抗腐蝕介質破壞能力強。
[0023]兩種復配顏填料體系中的粉體助劑FE既能對交聯(lián)固化反應起促進作用，又可防止腐蝕性介質對底材表面侵蝕，提升防銹蝕效果。參與復配的各種顏填料組分各具其本質特性，在涂料體系中交互作用、融合，本質特性疊加，呈現(xiàn)優(yōu)異的耐酸堿性。耐鹽霧性、耐蝕性及防腐蝕性介質滲透能力，滿足應用需求。
[0024]經整合優(yōu)化試驗，確定底漆用cp復配顏填料體系最佳組成為表面處理的重晶石粉(800目):鈦白粉(R902):滑石粉(800目):復合防銹顏料=22:12:10:10 (質量);確定面漆用CF復配顏填料體系最佳組成為鈦白粉(R902):表面處理的重晶石粉(800目):粉體助劑 FE=14.9:12.6:1.0 (質量)。
[0025](3)確定匹配助劑體系 根據(jù)單包裝高固體分石油鉆桿涂料的制造、儲運、涂裝及涂膜使用要求，將觸變劑、流平劑、潤濕分散劑、消泡劑及附著力促進劑進行匹配、比較選擇試驗，確定cp匹配助劑體系(用于底漆)和CF匹配助劑體系(用于面漆)。底漆中的附著力促進劑可參與交聯(lián)固化成膜反應，增加涂膜服役狀態(tài)下對底材的附著力。兩種匹配助劑體系實現(xiàn)涂料制造工藝要求，達到涂料儲運穩(wěn)定，滿足觸變指數(shù)不小于1.6及涂膜應用性能指標。
[0026]經整合優(yōu)化試驗考量，確定cp匹配助劑體系最佳組成為有機膨潤土(9385):435流平劑:EFKA4570潤濕分散劑:KH560偶聯(lián)劑:6800消泡劑=15.0:5.8:5.0:3.2:0.2 (質量)；確定CF匹配助劑體系最佳組成為氣相二氧化硅:435流平劑:EFKA4570潤濕分散劑:6800 消泡劑=15.5:7.5:2.5:0.5 (質量)。
[0027](4)確定混合溶劑體系
為使基料充分溶解，促進顏填料分散、涂料各基元組分間相容并保證涂料制造與涂裝粘度，確定酮-二甲苯-醇醚混合溶劑體系。采用該混合溶劑體系制造出固體分為89%的單包裝高固體分石油鉆桿涂料，比溶劑型石油鉆桿涂料少含溶劑量30%。
[0028]經比較優(yōu)化，選用最佳混合溶劑體系組成是丁酮:二甲苯:丙二醇乙醚=3:1:1(質量)。
[0029](5)涂料制造技術
固化劑的潛伏性:單包裝高固體分石油鉆桿涂料用固化劑及促進劑在涂料制造與儲存時，不應與基料發(fā)生交聯(lián)固化反應，即固化劑及促進劑在涂料體系中應保持化學惰性。因此，選用潛伏性固化劑及促進劑是設計涂料底漆和面漆的技術關鍵。經選擇比較試驗，確定MH135潛伏性固化劑，用粉體助劑FE作促進劑，保障了涂料制造與儲存的穩(wěn)定安全性。
[0030]固化劑的反應活性:涂料在常溫下儲運時，固化劑及促進劑保持相對穩(wěn)定，在涂裝后的加熱烘烤固化時，潛伏性固化劑被激活或解封，快速地與環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基及羥基發(fā)生交聯(lián)固化反應，形成具有足夠交聯(lián)密度的致密性涂膜。MH135潛伏性固化劑在加熱時會分解出加成型與催化型兩種固化劑，按兩種固化成膜機理進行交聯(lián)固化反應，該反應的特征是有效地調控涂膜內羥基的含量。
[0031]涂料制造技術要點:取觸變劑:液態(tài)環(huán)氧樹脂=1:9 (質量)軋制成透明的觸變漿料，有利于觸變劑分散，保證涂料在儲存期間有相對穩(wěn)定的觸變指數(shù)，提升涂料的涂裝效率及質量。按規(guī)定的涂料制造工藝、加料順序及方式，準確控制涂料細度、粘度及觸變指數(shù)，確保涂料產品質量的穩(wěn)定性及重現(xiàn)性。[0032]下面將結合具體實施例進一步詳細說明本發(fā)明。
[0033]1.單包裝高固體分石油鉆桿涂料配方設計
【權利要求】
1.一種單包裝高固體分石油鉆桿涂料，包括底漆和面漆，其特征在于，底漆由46.0-58.0%的環(huán)氧值為0.42-0.52eq/100g的液態(tài)環(huán)氧樹脂、14.5-17.2%的M8531專用復配樹脂、7.3-9.5%的60% MH135潛伏性固化劑、19.5-22.4%的cp復配顏填料、2.8-3.5%的cp匹配助劑和3.5-4.3%的混合溶劑組成，面漆由58.6-65.5%的環(huán)氧值為0.42-0.52eq/100g的液態(tài)環(huán)氧樹脂、7.8-9.2%的60% MH135潛伏性固化劑、19.0-24.0%的CF復配顏填料、2.6-3.3%的CF匹配助劑和5.5-7.0%的混合溶劑組成。
2.如權利要求1所述的單包裝高固體分石油鉆桿涂料，其特征在于，底漆由46.0%的環(huán)氧值為0.42-0.52eq/100g的液態(tài)環(huán)氧樹脂、17.2%的M8531專用復配樹脂、7.3%的60%MH135潛伏性固化劑、22.4%的cp復配顏填料、2.8%的cp匹配助劑和4.3%的混合溶劑組成，面漆由58.6%的環(huán)氧值為0.42-0.52eq/100g的液態(tài)環(huán)氧樹脂、7.8%的60% MH135潛伏性固化劑、24.0%的CF復配顏填料、2.6%的CF匹配助劑和7.0%的混合溶劑組成。
3.如權利要求1或2所述的單包裝高固體分石油鉆桿涂料，其特征在于，液態(tài)環(huán)氧樹脂為E51環(huán)氧樹脂、E44環(huán)氧樹脂和F51酚醛環(huán)氧樹脂或它們的物理法復配型樹脂。
4.如權利要求1或2所述的單包裝高固體分石油鉆桿涂料，其特征在于，cp復配顏填料由表面處理的重晶石粉(800目):鈦白粉(金紅石型):滑石粉(600-1250目):復合防銹顏料=(20-30):(10-20):(10-15):(10-15)(質量)組成；CF復配顏填料由鈦白粉(金紅石型):表面處理的重晶石粉(800目):粉體助劑FE= (10-25):(10-25):(1-3)(質量)組成。
5.如權利要求4所述的單包裝高固體分石油鉆桿涂料，其特征在于，復合防銹顏料由K-白:磷酸鋅:粉體助劑FE=3:1:0.5 (質量)組成。
6.如權利要求1或2所述的單包裝高固體分石油鉆桿涂料，其特征在于，cp匹配助劑由觸變劑:流平劑:潤濕分散劑:附著力促進劑:消泡劑=15.0:5.8:5.0:3.2:0.3 (質量)組成；CF匹配助劑由觸變劑: 流平劑:潤濕分散劑:消泡劑=15.5:7.5:2.5:0.5 (質量)組成。
7.如權利要求6所述的單包裝高固體分石油鉆桿涂料，其特征在于，觸變劑從有機膨潤土(881、801-D、9385)、氣相二氧化硅(Aerosil200、AMS-100)、229 防沉劑及 BYK-354 中選用或將它們匹配使用；流平劑從LeVaslip410、433、435、825、872及BYK-354中選用；潤濕分散劑從EFKA4300、4340、4400、4570或Dispiner9235、9220及912中選用；附著力促進劑從TC-1鈦酸酯偶聯(lián)劑、J-50增附流平劑及KH560硅烷偶聯(lián)劑中選用；消泡劑從BYK-A530、BYK-020、德謙 3100、5700、6500 及 6800 中選用。
8.如權利要求1或2所述的單包裝高固體分石油鉆桿涂料，其特征在于，混合溶劑由酮類:二甲苯:醇醚類=3:1:1 (質量)組成。
9.如權利要求8所述的單包裝高固體分石油鉆桿涂料，其特征在于，酮類溶劑為丁酮、環(huán)己酮、甲基異丁基酮或將它們混配使用；醇醚類溶劑為丙二醇單甲醚、丙二醇單乙醚、丙二醇單丁醚或丙二醇單醚醋酸酯(PM)。
10.一種高固體分石油鉆桿涂料制造方法，所述方法包括底漆制造與面漆制造，其特征在于， (I)底漆制造包括以下步驟: (Ia)觸變漿料制備:取如權利要求1所述的單包裝高固體分石油鉆桿涂料中底漆配方中觸變劑用量9倍的液態(tài)環(huán)氧樹脂，然后與cp匹配助劑中的觸變劑混合，將混合物在三輥研磨機上軋制成透明狀的底漆用觸變漿料；(Ib)溶解樹脂:將預熱好的并減去制備觸變漿料用的液態(tài)環(huán)氧樹脂、專用復配樹脂及混合溶劑加入分散機中，慢慢啟動分散機至300-400轉/分，經40分鐘將樹脂溶解； (Ic)加入固化劑及助劑:按順序將MH135潛伏性固化劑、附著力促進劑、流平劑、潤濕分散劑和消泡劑加入分散機中，然后將分散機速度由300-400轉/分調至600轉/分，繼續(xù)分散5分鐘； (Id)加入cp復配顏填料及觸變漿料:在分散機300-400轉/分運行下，依次加入滑石粉、鈦白粉、復合防銹顏料、重晶石粉及觸變漿料，然后將分散機速度調至800-900轉/分，高速分散25分鐘,停止分散機運行； (Ie)研磨:將上述分散好的物料轉入砂磨機內進行分散研磨，當?shù)灼峒毝炔淮笥?5微米時，測定底漆粘度(25°C，60rpm)為3500-5000mPa.s，過濾(120目濾網)； (2)面漆制造包括以下步驟 (2a)觸變漿料制備:取如權利要求1所述的單包裝高固體分石油鉆桿涂料中面漆配方中觸變劑用量9倍的液態(tài)環(huán)氧樹脂，然后與CF匹配助劑的觸變劑混合，將混合物在三輥研磨機上軋制成透明狀的面漆用觸變漿料； (2b)溶解液態(tài)環(huán)氧樹脂:將預熱好的并減去制備觸變漿料用的液態(tài)環(huán)氧樹脂及混合溶劑加入分散機中，慢慢啟動分散機至300-400轉/分，經25分鐘將環(huán)氧樹脂溶解； (2c)加入固化劑及助劑:按順序加入MH135潛伏性固化劑、流平劑、潤濕分散劑和消泡劑，然后將分散機速度由300-400轉/分調至600轉/分，繼續(xù)分散5分鐘； (2d)加入CF復配顏填料及觸變漿料:在分散機300-400轉/分運行下，依次加入鈦白粉、粉體助劑FE、重晶石粉和觸變漿料，全部表2中物料加完后，將分散機速度調至800-900轉/分，高速分散25分鐘,停止分散機運行； (2e)研磨:將上述分散好的面漆物料轉入砂磨機內，進行分散研磨，當面漆細度不大于50微米時，測定面漆粘度(25°C，60rpm)為3500-5000mPa.s，過濾(120目濾網)。
【文檔編號】C09D7/12GK103642359SQ201310614283
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權日:2013年11月28日
【發(fā)明者】李桂林, 陳立新 申請人:郎溪縣鑫澤涂料有限公司