[发明专利]生成聚合物纳米复合物的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年9月9日提交的美国申请号12/878,507的权益，通过引用将其全部内容并入本文。

背景

诸如在油田或海底环境中的油或气井的井下环境、地热井眼、二氧化碳汇集孔及其他这种井下环境可将在这些环境中使用的设备暴露于恶劣的温度、压力或腐蚀条件。例如，诸如封隔器、防爆器、钻井电动机、钻头等设备可能暴露于可影响元件或工具的完整性或性能且尤其是由塑料制造的这些工具的组件的性能的井下条件。

具有热、机械和屏壁性质的塑料组件或涂层用于具有多种所述不同且挑战性条件的井下环境中。然而，这些组件可能被在井下条件中见到的高温、腐蚀或亲油性条件损坏。在制品为具有橡胶或塑料零件或涂层的元件时，井下条件可能导致例如由于吸收在所述环境中见到的烃油、水或盐水或其他材料而溶胀。该溶胀可减弱元件的结构完整性或导致元件具有不良的尺寸稳定性，导致难以置放、起动或去除元件。

井下塑料组件和/或涂层可由聚合物和纳米尺寸的添加剂的聚合纳米复合物形成，其中所述组合具有合乎需要的机械和/或屏壁性质。在所述聚合物纳米复合物的形成期间需要均匀（均相）混合以避免诸如凝胶化的成问题的行为，且因此混合可能造成一项技术挑战。

概述

现有技术的上述及其他缺点在一个实施方案中通过制造聚合物复合物的方法所克服，所述方法包括：将热固性聚合物前体与基于该聚合物复合物总重量为0.01-30wt％的衍生化纳米粒子混合，所述衍生化纳米粒子包含包括羧基、环氧基、醚、酮、胺、羟基、烷氧基、烷基、芳基、芳烷基、烷芳基、内酯、官能化聚合或低聚基团在内的官能团或包含上述官能团中的至少一种的组合。

在另一实施方案中，制备聚合物复合物的方法，包括：将纳米粒子衍生化以包含官能团，所述官能团包括羧基、环氧基、醚、酮、胺、羟基、烷氧基、烷基、芳基、芳烷基、烷芳基、内酯、官能化聚合或低聚基团或包含上述官能团中的至少一种的组合；和，将所述衍生化纳米粒子与热固性聚合物前体混合。

在另一实施方案中，制备聚氨酯纳米复合物的方法包括：将纳米粒子衍生化以包含官能团，所述官能团包括羧基、环氧基、醚、酮、胺、羟基、烷氧基、烷基、芳基、芳烷基、烷芳基、内酯、官能化聚合或低聚基团或包含上述官能团中的至少一种的组合；和，混合以下物质：0.05-20wt％的衍生化纳米粒子,用于聚氨酯、氨基甲酸酯交联的聚酯或脲交联的聚酯的前体，该前体包含：具有至少两个异氰酸酯官能团的化合物，和，多元醇、二胺或其组合；其中衍生化纳米粒子的量基于所述聚氨酯纳米复合物的总重量计算。

附图简述

现在参考附图，其中在几个图中，相同的元件类似地编号：

图1显示使纳米石墨烯衍生化的反应方案；

图2是显示（A）悬浮在N,N'-二甲基甲酰胺（DMF）中的非衍生化纳米石墨烯的照片和（B）悬浮在DMF中的衍生化纳米石墨烯的照片；

图3显示对于没有纳米粒子的聚合对照实施例的伸长率的曲线图（A）和拉伸强度的曲线图（B）；

图4显示对于对比性含纳米粘土的聚合物复合物来讲拉伸强度对混合时间的曲线图（A）、伸长率对混合时间的曲线图（B）和平均模量对混合时间的曲线图（C）；

图5显示对于对比性含纳米粘土的聚合物复合物来讲拉伸强度对施加真空的曲线图（A）、伸长率对施加真空的曲线图（B）和平均模量对施加真空的曲线图（C）；

图6显示对于对比性含纳米石墨的聚合物复合物来讲拉伸强度对混合时间的曲线图（A）、伸长率对混合时间的曲线图（B）和平均模量对混合时间的曲线图（C）；

图7显示对于对比性含纳米石墨的聚合物复合物来讲拉伸强度对施加真空的曲线图（A）、伸长率对施加真空的曲线图（B）和平均模量对施加真空的曲线图（C）；

图8显示对于对比性含纳米粘土的聚合物复合物来讲拉伸强度对纳米粒子负载量的曲线图（A）、伸长率对纳米粒子负载量的曲线图（B）和平均模量对纳米粒子负载量的曲线图（C）；

图9显示对于对比性含纳米石墨的聚合物复合物来讲拉伸强度对纳米粒子负载量的曲线图（A）、伸长率对纳米粒子负载量的曲线图（B）和平均模量对纳米粒子负载量的曲线图（C）；

图10显示聚合对照物、含1重量%纳米石墨的对比性聚合物复合物和含0.9重量%苯乙醇衍生化的纳米石墨烯的聚合物复合物的拉伸强度的曲线图（A）、伸长率的曲线图（B）和平均模量的曲线图（C）；