一种钛纳米高分子合金基体材料及制备方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种钛纳米高分子合金基体材料及其制备方法和设备。所述钛纳米高分子合金基体材料是由50～65份纳米有机钛聚合物、20～25份N-甲基吡咯烷酮、6～8份二甲基乙酰胺、30～45份纳米氧化铝改性含氟聚芳醚酮、3～5份纳米氧化铝、1～3份硅烷偶联剂组合，并利用超声/微波辅助固液球磨反应设备制备的。本发明专利技术的钛纳米高分子合金基体材料在油气田井管的防护工程中获得了成功的应用，比酚醛-环氧油井管涂料的性能更加优异，防护寿命延长几倍，可以大辐降低石油和天然气的开采成本和设备维修费用，从而明显地提高了油气开采的生产效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及特种涂层制备
，特别是涉及一种钛纳米高分子合金基体材料，以及所述钛纳米高分子合金基体材料制备方法及设备。
技术介绍
本专利技术是针对深井油气田开采过程遇到苛刻工况环境腐蚀油井管的技术难题而进行的专利技术创新。地下深层原油或天然气的开采，地质情况和腐蚀环境十分复杂。由于受高温(80～250℃)及高压(＞50MPa)热蒸汽的强力渗透作用，加之原油及污水中的各类腐蚀介质(如SO42-、NO3-、Cl-、F-、CN-、Ba+、Ca+等)和有害细菌的侵蚀，加速了油气田井下钻具、管柱、管道和地上输油气管线、容器贮罐的化学腐蚀和沉积结垢，不但缩短了开采设备的使用寿命，造成油气田开采成本的增高，并且严重地影响企业的正常生产。据调查研究表明：地下深层采油管道，受到地质构造和油层条件的影响，腐蚀非常严重，地下油管的平均腐蚀速率高达1.5～3.3mm/a，点蚀速率高达5～15mm/a，腐蚀状况是3～6个月穿孔，6～12个月就需要大修，1～2年即报废。采油用地下油管的平均寿命在9～18个月不等，最短的仅有3个月。深层地下油管防腐蚀问题成为油田正常生产和降低采油成本的关键。在石油行业中，采油用地下油管的工作环境比地表埋地输油管道要复杂得多，因此，深层地下采油管道的防腐工作也比地表输油管道的难度大得多。目前虽然油田行业非常重视采油管道的腐蚀与防护，对现有油管防腐蚀技术进行不断地改进和完善，以寻求新的防腐蚀技术的突破。但是由于受到落后的防腐蚀材料的制约，解决采油管道的严重腐蚀问题已成为当今世界缓解石油危机和加速能源工业发展之急的世纪难题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供特一种钛纳米高分子合金基体材料。本专利技术所要解决的技术问还包括提供一种钛纳米高分子合金基体材料的制备方法。本专利技术所要解决的技术问还包括提供一种用于制备钛纳米高分子合金基体材料的设备。本专利技术术语钛纳米高分子合金基体材料也称钛纳米含氟聚芳醚酮共聚物。一种钛纳米含氟聚芳醚酮共聚物(钛纳米高分子合金基体材料)，用下列结构式表示;式中,+(Al2O3)为掺杂的纳米氧化铝，m为2～20的整数，n为6～30的整数。本专利技术原本是针对油气田深井钻具及地下采输管道的腐蚀与防护难题而开展的一项工业攻关课题研究。通过采用先前专利技术专利成果——纳米有机钛聚合物与纳米氧化铝改性含氟聚芳醚酮共聚，制备了一种钛纳米含氟聚芳醚酮高分子合金新材料。利用这种新材料制得的钛纳米高分子合金涂料，在油气田井管的防腐蚀涂装防护工程中获得了成功的应用。新产品在新疆克拉玛依油田、塔里木油田、土哈油田的应用试验，比目前在用的产品(酚醛改性环氧防腐涂料)的性能更加优异，防护寿命延长数倍，可以大辐降低石油和天然气的开采成本和设备维修费用，从而明显地提高了油气开采的生产效率，攻克了地下高含硫量油气田开采设备的腐蚀与防护的技术难关，获得了用户非常满意的效果，也为我国石油及天然气田深井开采设备所选用高性能防护涂料的国产化提供了新型基体材料。本专利技术还提供钛纳米高分子合金基体材料的制备方法，包括以下步骤:(1)按配方量称取50～65份纳米有机钛聚合物、20～25份N-甲基吡咯烷酮、6～8份二甲基乙酰胺、30～45份纳米氧化铝改性含氟聚芳醚酮、3～5份纳米氧化铝、1～3份偶联剂,共混后装入超声/微波固液球磨反应装置内，然后按级配加入不同粒径的不锈钢球至反应装置容积的四分之三处并密封；(2)启动运行超声波/微波固液球磨反应装置，1h后，停机检查。以后每运行1h停机检查记录一次罐顶端金属温度计和气压表的数据，当罐内温度＞180℃、汽化压力＞0.6MPa时共聚反应开始，让反应装置再持续1h即可停机；(3)待反应装置自然冷却至常温后，开罐过滤出不锈钢球，得到钛纳米高分子合金基体材料。制备的钛纳米高分子合金基体材料粒径D50为50nm～80nm。为了实现制备的钛纳米高分子合金基体材料，本专利技术还提供一种超声/微波辅助固液球磨反应设备，包括固定支座、安装在固定支座上的垂直支架、一端安装在垂直支架的上部的水平支架，其还包括：球磨罐，所述球磨罐安装在固定支座上，并且顶部安装有密封法兰；优选的，球磨罐带有冷却水夹层；超声波发生器和能量装换器，均安装在所述球磨罐底部的外壁上；微波炉，所述微波炉的顶部具有开孔，球磨罐设置在微波炉的内部；调速电机，所述调速电机安装在水平支架上；传动轴，所述传动轴的一端与调速电机连接；搅拌杆，所述搅拌杆固定在传动轴上；传动轴分别穿过微波炉顶部的开孔和球磨罐顶部的密封法兰使搅拌杆位于球磨罐的内部。在本专利技术的超声/微波辅助固液球磨反应设备中，微波所起的主要作用通过介电热效应引起分子的剧烈共振，导致聚合物中的化学键断裂，从而加速纳米有机钛前驱体与含氟聚芳醚酮发生接枝聚合反应。由于通过引入微波合成技术，使本专利技术的制备过程从原来的6h缩短至现在的3h，节省时间，提高效率，降低能耗，同时也节约了生产成本。附图说明图1为本专利技术超声波固液球磨反应器示意图；图2为本专利技术微波发生器示意图；图3为本专利技术超声波/微波固液球磨反应装置示意图；图4为制备钛纳米含氟聚芳醚酮共聚物球磨前配料的红外图谱；图5为制备钛纳米含氟聚芳醚酮共聚物单独球磨处理所获得产物的红外图谱；图6为制备钛纳米含氟聚芳醚酮共聚物超声/微波辅助球磨处理所获得产物的红外图谱。附图中，各标号所代表的部件列表如下：1.超声波发生器，2.能量装换器，3.球磨罐，4.传动轴，5.调速电机，6.水平支架，7.垂直支架，8.密封法兰，9.搅拌杆，10.固定支座，11.微波炉，12.开孔。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。实施例1如图1～3所示，为本专利技术超声/微波辅助固液球磨反应设备示意图。其包括固定支座10、安装在固定支座10上的垂直支架7、一端安装在垂直支架7的上部的水平支架6，其还包括：球磨罐3，所述球磨罐3安装在所述固定支座10上，并且顶部安装有密封法兰8；超声波发生器1和能量装换器2，均安装在所述球磨罐3底部的外壁上；微波炉11，所述微波炉11的顶部具有开孔12，所述球磨罐3设置在所述微波炉11的内部；调速电机5，所述调速电机5安装在所述水平支架6上；传动轴4，所述传动轴4的一端与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛纳米高分子合金基体材料，其特征在于,用下列结构式表示;式中,+(Al2O3)为掺杂的纳米氧化铝，m为2～20的整数，n为6～30的整数。

【技术特征摘要】
1.一种钛纳米高分子合金基体材料，其特征在于,用下列结构式
表示;
式中,+(Al2O3)为掺杂的纳米氧化铝，m为2～20的整数，n为6～30
的整数。
2.权利要求1所述钛纳米高分子合金基体材料的制备方法，包
括以下步骤:
(1)按配方量称取50～65份纳米有机钛聚合物、20～25份N-甲基
吡咯烷酮、6～8份二甲基乙酰胺、30～45份纳米氧化铝改性含氟聚芳
醚酮、3～5份纳米氧化铝、1～3份偶联剂，共混后装入超声/微波固液
球磨反应装置内，然后按级配加入不同粒径的不锈钢球至反应装置
容积的四分之三处并密封；
(2)启动运行超声波/微波固液球磨反应装置，1h后，停机检查，
以后每运行1h停机检查记录一次罐顶端金属温度计和气压表的数
据，当罐内温度＞180℃、汽化压力＞0.6MPa时共聚反应开始，让反
应装置再持续1h即可停机；
(3)待反应装置自然冷却至常温后，开罐过滤出不锈钢球，得到
钛纳米高分子合金基体材料。
3.根据权利要求2所述钛纳米高分子合金基体...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鼎，张驰，卞直兵，戴海雄，
申请(专利权)人：江苏金陵特种涂料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32