[发明专利]聚合物涂覆的支撑剂的制备

说明书

发明领域

本发明涉及一种用于制备聚合物涂覆的支撑剂以及类似涂层的方法，该方法受益于作为聚合助剂的水或反应性液体的存在。

发明背景

经涂覆的支撑剂通常用于井的水力压裂，以提高井的生产率。最近，我们已发现，固化的、商业上可接受的涂层可以是采用多元醇和异氰酸酯的聚氨酯反应产物来涂覆至支撑剂的。这些方法的细节公开于我们的共同待决的申请号为13/099,893(名称为“涂覆和固化的支撑剂”)、13/188,530(名称为“涂覆和固化的支撑剂”)和13/224,726(名称为“双功能的支撑剂”)的美国专利申请，将其公开内容引入本文作为参考。出于许多理由，这样的基于聚氨酯的支撑剂涂层在经济和环境方面都是理想的，所有这些理由都表明这样的涂层的开发和应用将是非常理想的。

有很多装置、技术和添加方案可以用于使反应物接触到被精细分开的支撑剂固体基底。一种这样的装置是电动滚筒式混合器(tumble mixer)，向该电动滚筒式混合器中添加所述固体和第一涂层反应物(通常为多元醇组分)以及任意辅助组分。在固体被充分混合后，将第二反应物(通常为异氰酸酯)计量加入，以控制聚氨酯涂层在支撑剂固体核心上的聚合速率。

该计量工艺之所以重要是因为聚合工艺增加了翻滚的、经涂覆的支撑剂固体的粘度，而混合器装置所需的功率随之增加。随着聚合反应进行且同时伴随的粘度增加，第二反应物过于急剧的添加速率或者对于一个批次中想要涂覆的支撑剂的量的误算，能够损坏混合器并且烧坏混合器发动机。混合器修理或更换是昂贵的提议，其能够极大地影响支撑剂涂层工厂的生产和经济效率。太快添加第二组分也能够形成经涂覆固体的粘稠、树脂状物质，该物质粘附至混合器的壁和臂上。这样的物质妨碍了混合器的有效运转，需要更频繁的清洗，并且可以生成不能在最终、经涂覆的支撑剂产品中使用的尺寸过大的固体物质。

希望有一种方式通过混合器来缓和或者控制由于尺寸过大的粘稠物质的形成和潜在有害的电力负荷需求增长而造成的对电动设备的影响，该混合器与在经涂覆的支撑剂固体上的聚氨酯的聚合反应相关。

还希望有一种缓和技术，该技术对于各种基于聚氨酯的涂层制剂而言均能够安全、便宜且无环境影响地在涂覆工艺中应用。

发明概述

根据本发明的一个方法，水是作为加工助剂在多元醇与异氰酸酯组分之间的聚合反应期间以控制速率或体积来添加的，以有助于形成自由流动的、聚氨酯涂覆的支撑剂固体，并在混合器中至少减少或消除尺寸过大物质和粘性堆积。在经涂覆的支撑剂固体的表面上的泡沫形成应当通过控制水的添加来最小化或者如果可能就避免。

在本方法中，在支撑剂涂覆加工期间加水具有许多益处。一个益处是，水似乎减少或消除了经涂覆的固体的粘稠、树脂状物质的形成和在混合器壁上的堆积。这样的沉积物代表着降低工艺效率和产率的浪费。第二个益处是，水可以充当用于将附加的功能引入涂层的载体，如杀生物剂、催化剂、交联剂、反应性螯合剂、增强剂、纤维等。第三个益处是，水看起来提高了交联反应的速度，从而在商业上可行的时间段内实现每一支撑剂固体的有效涂覆，以形成自由流动的、经涂覆的支撑剂。该方法的改进不影响所产生的聚氨酯涂层的品质或者经涂覆的支撑剂在高传导性和商业上可接受的对回流控制的情况下适当起作用的能力。

发明详述

本发明的涂覆方法包括在固体支撑剂核心上形成基于聚氨酯的涂层，以便形成自由流动的、经涂覆的支撑剂固体，而在涂覆步骤期间添加水作为用于形成经涂覆的支撑剂的加工助剂。随着涂覆工艺的进行，水的添加速率或量足以维持支撑剂固体的离散的、自由流动的特性，但是避免大量泡沫的形成。水还有助于减少或消除支撑剂固体的粘稠的、树脂状团聚体或积垢物质的形成，该支撑剂固体可以仅涂覆聚氨酯反应物中的一种(如，多元醇或异氰酸酯)或者是涂覆两种组分，但是以无益于迅速形成所希望的聚氨酯涂层的比例涂覆。虽然对该效果发生的确切机理仍未得出结论，因此本发明不应当受任何具体的工作原理的约束，但是本发明人认为，水使得反应能够促进聚脲结构的形成并减少了未反应的–NCO键的数量，这提高了涂层的热性能并有助于迅速增加交联密度。因为最终产物是干燥的和自由流动的，所以可能的是，水充当这些反应的反应性稳定化流体。