一种纳米二氧化硅改性的聚脲涂料及其制备方法、在非常规能源钻采领域的应用技术

本发明专利技术提供了一种纳米二氧化硅改性的聚脲涂料及其制备方法、在非常规能源钻采领域的应用，涉及非常规能源钻采涂料技术领域。本发明专利技术方案仅用硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅，再优化调整二异氰酸酯预聚物和改性纳米二氧化硅的反应物，即可有效增加纳米二氧化硅与聚脲材料的相容性，进而还能提高聚脲材料的机械强度、韧性和耐老化性。整体制备方案仅通过搅拌分散、加热回流等简单操作即可有效改性纳米二氧化硅，操作步骤简单高效、安全性高、反应时间短、对反应条件和操作设备要求低，适合大规模工业化生产制备。工业化生产制备。

A nano silica modified polyurea coating and its preparation method, application in unconventional energy drilling and production field

【技术实现步骤摘要】
一种纳米二氧化硅改性的聚脲涂料及其制备方法、在非常规能源钻采领域的应用


[0001]本专利技术属于非常规能源钻采涂料
，具体涉及一种纳米二氧化硅改性的聚脲涂料及其制备方法、在非常规能源钻采领域的应用。

技术介绍

[0002]目前非常规能源的开采过程相比于常规能源有以下特点：物性致密,需要压裂进行储层改造；吸附态为主,需要降压解吸使其游离；黏稠或呈固态,需要加热使其降低黏度至可以流动；这些特点导致其采运设备的使用环境非常苛刻，需要在高负载、高速度、高摩擦以及由此产生的高温环境中使用。这会导致部件表面会遭受严重的化学降解和物理磨损，从而缩短了涂覆有该涂层的部件的使用寿命。而现有的涂层不能提供足够的耐磨性以及无法吸收在接触区域产生较大的应力和能量。这就会导致该材料在使用过程中会与基体结构发生剥离、分层，导致脆性断裂，不能满足使用要求。
[0003]聚脲涂料作为一种新型轻质防护材料，具有优异的力学性能、绿色无污染、防水防腐、减振耐磨等特点。且在制备过程中添加不同的纳米材料还可以增强聚脲涂层的力学性能，从而增强涂层的冲击防护性能。
[0004]纳米二氧化硅作为橡胶、塑料和聚氨酯常用的纳米增强材料，具有质轻、无毒无味、化学性能稳定、耐高温等优点。其分子结构为三维链状结构，表面存在不同键合状态的羟基，可显著增强基体材料的力学性能。近年来，利用纳米二氧化硅增强聚氨酯的研究较多，但聚氨酯主链含有较多易水解的极性基团，耐水性较差。而且，当温度较高时，聚氨酯分子中的氢键会断裂。
[0005]而目前关于使用纳米二氧化硅增强聚脲涂层的研究较少。虽然聚氨酯和聚脲的结构相似，但纳米二氧化硅比表面能大，粒径小，易团聚，与聚脲相容性差。如果直接用纳米二氧化硅填充聚脲材料，聚脲材料的力学性能变化不大甚至下降。
[0006]综上，如何提供一种简单、便捷的方法增加二氧化硅与聚脲材料的相容性，使其可以作为涂料应用于反应条件严苛的非常规能源钻采领域，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种纳米二氧化硅改性的聚脲涂料，仅用硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅，再优化调整二异氰酸酯预聚物和改性纳米二氧化硅的反应物，即可有效增加纳米二氧化硅与聚脲材料的相容性，进而还能提高聚脲材料的机械强度、韧性和耐老化性。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供一种纳米二氧化硅改性的聚脲涂料，按重量份数计，包括以下组分：
[0009]纳米二氧化硅0.5
‑
2份、无水乙醇70
‑
85份、去离子水135
‑
155份、硅烷偶联剂KH
‑
550 65
‑
70份、二异氰酸酯预聚物50
‑
60份、流变助剂8
‑
12份、乙酸乙酯50
‑
70份、固化剂45
‑
65份。
[0010]在一优选的实施方式中，所述流变助剂包括BYK
‑
310、BYK
‑
358N、BYK333、 BYK346、BYK335中的一种或多种；
[0011]所述固化剂包括二乙基甲苯二胺、乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺中的一种或多种。
[0012]本专利技术的另一目的在于提供一种纳米二氧化硅改性的聚脲涂料的制备方法，仅通过搅拌分散、加热回流等简单操作即可有效改性纳米二氧化硅，并提高改性纳米二氧化硅与聚脲材料相容性。整体制备方法简单高效、安全性高、反应时间短、对反应条件和操作设备要求低，适合大规模工业化生产制备。
[0013]为实现上述目的，本专利技术提供一种纳米二氧化硅改性的聚脲涂料的制备方法，具体包括以下步骤：
[0014]S1按配方量称取原料；
[0015]S2仅用硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅；
[0016]S3制备聚脲弹性体：混匀二异氰酸酯预聚物和步骤S2得到的改性纳米二氧化硅，再依次加入流变助剂和乙酸乙酯；
[0017]S4制备纳米二氧化硅改性的聚脲涂料：将聚脲弹性体和固化剂混匀，即得。
[0018]在一优选的实施方式中，所述步骤S2改性纳米二氧化硅，具体包括以下步骤：
[0019]S21将无水乙醇和去离子水按重量比1:1配制成混合溶液，加入纳米二氧化硅，分散，得到纳米二氧化硅溶液；
[0020]S22将硅烷偶联剂KH
‑
550和去离子水按重量比1:1混匀，加入步骤S21 得到的纳米二氧化硅溶液，分散，得到纳米二氧化硅悬浮液；
[0021]S23将步骤S22得到的纳米二氧化硅悬浮液加热回流、离心，取沉淀洗涤、烘干即为改性纳米二氧化硅。
[0022]在一优选的实施方式中，步骤S21和步骤S22中，所述分散条件为：先以100
‑
200rpm搅拌5
‑
10min；再超声10
‑
15min。
[0023]在一优选的实施方式中，步骤S23中，所述加热回流条件为：以60
‑
80℃回流1
‑
2h；所述烘干条件为：以60
‑
80℃烘干12h。
[0024]在一优选的实施方式中，所述步骤S3制备聚脲弹性体，具体包括以下步骤：
[0025]在二异氰酸酯预聚物中搅拌加入步骤S2得到的改性纳米二氧化硅，以第一反应条件搅拌混匀；加入流变助剂，以第二反应条件搅拌混匀；继续加入乙酸乙酯，以第三反应条件搅拌混匀，即得聚脲弹性体。
[0026]在一优选的实施方式中，所述第一反应条件为：以100
‑
200rpm搅拌5
‑
10 min；
[0027]所述第二反应条件为：以100
‑
200rpm搅拌1
‑
3min；
[0028]所述第三反应条件为：以300
‑
500rpm搅拌3
‑
5min。
[0029]在一优选的实施方式中，步骤S4制备聚脲弹性体，所述混匀条件为：以 600
‑
800rpm搅拌10
‑
20min。
[0030]本专利技术的另一目的在于提供一种前述纳米二氧化硅改性的聚脲涂料或前述任意一项方法制备得到的纳米二氧化硅改性的聚脲涂料，在非常规能源钻采领域的应用。
[0031]与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有如下优点：
[0032]本专利技术中，仅以硅烷偶联剂对二氧化硅改性处理，所用试剂少、操作简单高效。再通过优化调整二异氰酸酯预聚物和改性纳米二氧化硅的反应物，仅用少量反应物即可完成聚脲弹性体的制备。有效提高了聚脲材料的力学性能和耐候性。以此制备的聚脲弹性体与固化剂简单共混即得性能优异的纳米二氧化硅改性的聚脲涂料。
[0033]以本专利技术方案制备得到的聚脲涂料有效解决了纳米二氧化硅填充聚氨酯制备的涂料耐水性和稳定性差、纳米二氧化直接填充聚脲材料制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米二氧化硅改性的聚脲涂料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：纳米二氧化硅0.5
‑
2份、无水乙醇70
‑
85份、去离子水135
‑
155份、硅烷偶联剂KH
‑
550 65
‑
70份、二异氰酸酯预聚物50
‑
60份、流变助剂8
‑
12份、乙酸乙酯50
‑
70份、固化剂45
‑
65份。2.如权利要求1所述的纳米二氧化硅改性的聚脲涂料，其特征在于，所述流变助剂包括BYK
‑
310、BYK
‑
358N、BYK333、BYK346、BYK335中的一种或多种；所述固化剂包括二乙基甲苯二胺、乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺中的一种或多种。3.如权利要求1
‑
2任意一项所述纳米二氧化硅改性的聚脲涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1按配方量称取原料；S2仅用硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅；S3制备聚脲弹性体：混匀二异氰酸酯预聚物和步骤S2得到的改性纳米二氧化硅，再依次加入流变助剂和乙酸乙酯；S4制备纳米二氧化硅改性的聚脲涂料：将聚脲弹性体和固化剂混匀，即得。4.如权利要求3所述纳米二氧化硅改性的聚脲涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2改性纳米二氧化硅，具体包括以下步骤：S21将无水乙醇和去离子水按重量比1:1配制成混合溶液，加入纳米二氧化硅，分散，得到纳米二氧化硅溶液；S22将硅烷偶联剂KH
‑
550和去离子水按重量比1:1混匀，加入步骤S21得到的纳米二氧化硅溶液，分散，得到纳米二氧化硅悬浮液；S23将步骤S22得到的纳米二氧化硅悬浮液加热回流、离心，取沉淀洗涤、烘干即为改性纳米二氧化硅。5.如权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵甜，卢海龙，杨克，汪兴宜，张毅，张鑫馨，
申请(专利权)人：中国地质科学院中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：