[發明專利]一種深海采油金屬構件的表面疏水處理方法

在審

• 申請號: 201710003798.9
• 申請日: 2017-01-04
• 公開（公告）號: CN107057493A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 陳舒恬;王玨;王章忠;張保森;巴志新
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: C09D133/00
• 分類號: C09D133/00;C09D7/12;C09D5/08;B05D5/08
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所32237
• 代理人: 鄧麗,王偉

技術領域

本發明屬于材料表面處理的技術領域，特別是涉及一種深海采油金屬構件的表面疏水處理方法。

背景技術

深海中，隨著管道內石油、天然氣的輸送，甲烷水合物會逐漸附著在金屬構件表面進而阻塞油氣的流通，因此，油氣輸送的關鍵問題之一就是避免甲烷水合物的積累以保證管道的流通。目前所采用的常規方法主要是使用加熱系統和化學添加劑，但這兩種方式均需要昂貴的投入。另外，盡管甲醇等添加劑可以很好地抑制水合物的形成，但如果發生泄漏將會對環境造成極大的破壞。Aman, Anklam和McCulfor等研究者通過實驗和理論證明了油相中水合物顆粒聚集的主要黏附力是毛細液橋力，因此，管壁潤濕是導致水合物沉積的重要條件。根據水合物粘附動力學模型，通過管壁涂覆疏水涂層可改變水合物顆粒-管壁間的接觸角和表面張力，進而降低壁面親水性，抑制水合物顆粒的沉積。

固體表面的潤濕性由固體表面的化學組成和微觀幾何結構共同決定，因此提高固體表面的疏水性主要有兩種方法：①通過化學方法改性固體的表面化學組成，降低其表面自由能；②改變固體表面的微觀結構，提高固體表面的粗糙度。有機氟材料表面自由能低，表面摩擦系數小，使其具有優異的耐水性、耐油性及耐磨性。同時由于氟原子的特性以及含氟聚合物中氟原子沿著鋸齒狀C—C鍵作螺旋狀分布的特征，提高了有機氟聚合物的耐候性、抗氧化性及耐腐蝕性。上述優點使得含氟涂層成為應用最廣泛的疏水涂層材料之一。然而，在光滑平面上通過化學方法降低表面自由能對于疏水性的提高是相當有限的，一般水接觸角不超過120°。進一步研究發現，通過模擬“荷葉效應”，在固體表面構建微米-納米階層結構，可大幅提高其疏水性。

專利 CN102086246A 公開了一種通過原位溶液聚合制備納米二氧化硅／含氟丙烯酸樹脂復合材料的方法，其抗沖擊性能和熱穩定性較純含氟丙烯酸樹脂均有大幅度提高。盡管已有納米二氧化硅改性含氟丙烯酸樹脂的報道，但通過不同粒徑的氧化物粉體制備具有階層結構的納米氧化物／含氟丙烯酸樹脂復合涂層的專利、論文目前還未見報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種深海采油金屬構件的表面疏水處理方法，通過在金屬構件表面涂覆一層納米氧化物／含氟丙烯酸樹脂復合涂料，減緩了水合物結晶體形成的速度、降低了結晶堵塞的風險，同時提高了金屬構件抗海水腐蝕的能力；所述復合涂料，通過兩種粒徑氧化物粉體組成的階層結構，大幅提高了表面的疏水性。

所述復合涂料，其組分及用量包括：

（A）含氟丙烯酸樹脂涂料，用量為所述復合涂料總質量的71.1～81.1%；

（B）改性氧化物顆粒，由硅烷偶聯劑對氧化物粉體改性得到，用量為所述復合涂料總質量的2.5～8%；

所述氧化物粉體由兩種粒徑范圍組成，為30nm～80nm和300nm～1μm，兩者的添加量之比為1.5:1～1:1。

（C）助劑，用量為所述復合涂料總質量的16.4～20.9%。

所述氧化物粉體包括但不限于ZnO、TiO₂、SnO₂、Al₂O₃、SiO₂等氧化物粉體中的一種或多種。

優選地，所述氧化物粉體為：ZnO、SiO₂。

優選地，所述氧化物粉體粒徑范圍為：30nm～50nm和500nm～800nm。

優選地，所述硅烷偶聯劑為KH550。

所述助劑包括固化劑、消泡劑、流平劑、成膜助劑；所述固化劑包括異氰酸酯、氨基樹脂、環氧樹脂中的一種或幾種，添加量為復合涂料總質量的12～14%；所述消泡劑為有機硅消泡劑，添加量為復合涂料總質量的0.1～0.3%；所述流平劑為丙烯酸流平劑，添加量為復合涂料總質量的0.3～0.6%；所述成膜助劑包括乙二醇、丙二醇、苯甲醇、丙二醇乙醚、十二碳醇酯中的一種或幾種，添加量為復合涂料總質量的4～6%。

所述復合涂料，由上述比例的含氟丙烯酸樹脂涂料、改性氧化物顆粒和助劑混合均勻得到。

本發明還公開了所述復合涂料對深海采油金屬構件表面進行疏水處理的應用，將所述復合涂料噴涂在金屬構件表面，涂層厚度為100～300μm，固化溫度為200～230℃。

有益效果：