[发明专利]一种钛基高分子合金油井管专用涂料及其制备方法

说明书

本发明提供一种钛基高分子合金油井管专用涂料及其制备方法，所述钛基高分子合金油井管专用涂料的原料中包括钛基高分子合金共聚物。本发明以羟基有机钛聚合物为基料，改性合成制备钛基高分子合金共聚物，并以此用来制造钛基高分子合金油井管专用涂料。以钛基高分子合金共聚物TPI(或TPAI)为基体的钛基高分子合金油井管专用涂料可用于浅井油井管的腐蚀防护，以钛基高分子合金共聚物TBMI为基体的钛基高分子合金油井管专用涂料可用于深井油井管的腐蚀防护。

技术领域

本发明属于新材料和应用技术领域，具体涉及一种钛基高分子合金油井管专用涂料及其制备方法，其产品主要应用于油气田井下作业的油井管(钻杆、套管、油管)的内外表面的涂装防护。

背景技术

众所周知，钛是一种非常活泼的金属元素，密度小，比强度高，延展性好，导热系数低，耐高低温，无毒，无磁，耐磨，耐蚀，被广泛应用于军工、海工、航空、航天、民用等诸多领域，被誉为太空及海洋的结构材料。钛在化学元素周期表中排列在第IV族副族(钛族)元素系内，其原子序数22，原子量47.88，化合价有+2、+3、+4三种。因此，在特定环境条件下，其活泼性也为它提供了多元性的反应趋势。

钛的标准电极电位很低(E=-1.63V)，致钝电位亦低，故容易钝化。常温下，钛表面极易形成由氧化物和氮化物组成的钝化膜，它在大气及许多浸蚀性介质中都非常稳定，具有很好的耐蚀性。在大气、氯化物水溶液及氧化性酸(硝酸、铬酸等)和大多数有机酸中，其耐腐蚀性超过了不锈钢；在海水中基本不被腐蚀，因此是海洋工程最理想的材料。

但是，钛金属材料价格昂贵，一直影响其在一般工业特别是民用工业领域的推广应用。

若将金属钛与有机高分子材料“嫁接”形成高分子合金态聚合物，再以涂层的形式推广应用到工业防腐蚀领域，就等同于在金属表面镀了一层耐腐蚀膜，既可替代不锈钢，又解决了工业腐蚀的难题，还能大大降低制造成本，提高企业的经济效益，这就是本发明的目的和缘由。

钛基高分子聚合物(Titanium-based high molecule polymer)，又称聚钛氧烷，是主链分子结构中含有钛原子的金属聚合物的总称，可由原钛酸酯Ti(OR)₄经部分水解后缩聚而成。聚钛氧烷可作为表面活性剂、抗水剂和防锈剂，在机械搅拌下能形成纤维；有些可用作制备耐热涂料，这是早期应用有机钛制造涂料的先例。

本发明人原申请的一项发明专利(ZL200810029936.1)制备纳米有机钛聚合物的技术方法，是将氢化钛粉(TiH₂)、环氧树脂、催化剂(γ-Al₂O_3-x)、纳米分散剂、钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂和混合溶剂等填装入球磨反应罐内，进行固液球磨反应，合成的是一种带有环氧基的有机钛聚合物(Titanium-based precursor polymer，简写为TPP-I)，其合成产物反应式为如图1所示。该聚合物只能用环氧固化剂制备交联型特种涂料，耐高温性能较差，只适用于80℃以下的工况环境，因此在应用上存在一定局限性，影响了它的广泛推广使用。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种钛基高分子合金油井管专用涂料及其制备方法与应用，本发明采用聚酚氧树脂(亦称“苯氧基树脂”)为基体，通过机械力化学直接合成制备了带有羟基官能团的羟基有机钛聚合物，再以羟基有机钛聚合物为原料制备得到钛基高分子合金共聚物，旨在解决现有带有环氧基的有机钛聚合物在应用上存在局限性的问题。本发明还提供所述钛基高分子合金共聚物在油井管涂料中的应用。

本发明是将聚酚氧树脂作为反应基体，与氢化钛进行固液反应球磨，直接制备了一种羟基有机钛聚合物，然后再与酰亚胺类树脂共聚，得到一种钛基酰亚胺类高分子合金共聚物，以此为成膜基体，制备了水性/油性钛基高分子合金油井管专用涂料，由此而攻克了深井、油气田、油井管涂层防护的技术难题。