[发明专利]一种适用高氯饱和二氧化碳环境的石墨烯水性环氧复合涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种适用高氯饱和二氧化碳环境的石墨烯水性环氧复合涂层及其制备方法和应用，属于防腐涂料领域。本发明通过将向水性环氧乳液中添加分散剂和防沉剂并混合均匀，并加入少层石墨烯、表面活性剂和水性环氧固化剂后得到复合浆料，并通过涂布、固化得到适用高氯饱和二氧化碳环境的石墨烯水性环氧复合涂层。该适用高氯饱和二氧化碳环境的石墨烯水性环氧复合涂层与纯水性环氧涂层相比，在高氯饱和二氧化碳环境中的防腐蚀性能、防水性能和稳定性均有显著提升。本发明公开的适用高氯饱和二氧化碳环境的石墨烯水性环氧复合涂层能够应用于高氯饱和二氧化碳水溶液环境中，作为油气田生产环境中的管道防护层，为基底金属提供可靠的长效防腐蚀保护。

技术领域

本发明属于防腐涂料领域，涉及一种适用高氯饱和二氧化碳环境的石墨烯水性环氧复合涂层及其制备方法和应用。

背景技术

二氧化碳驱油技术作为一种三次采油方法，因其应用范围广、驱油效率高、成本相对较低而在世界各地得到广泛应用。在美国Little Creek油田进行的CO₂驱油试验中，在没有任何二氧化碳腐蚀抑制剂的情况下，抽油管壁在5个月之内被腐蚀穿孔，腐蚀速率高达12.7mm/a。有机涂层由于其优异的性能和稳定性，已经得到广泛应用，如在油气管道表面采用环氧树脂涂层可以有效防止母材腐蚀，同时降低输送阻力。当前投入使用的大多为溶剂型环氧涂层，其分散介质是有机溶剂。根据北京国化新材料技术中心(ACMI)的数据显示，2018年中国溶剂型涂料的产量占总产量的52％，其中在涂膜过程中挥发的有机溶剂既对环境造成污染，也会对施工人员的身体造成危害。随着人们生产环保问题的日益重视，溶剂型涂料的使用和生产都受到限制，环保安全的水性环氧涂料研究是大势所趋，涂料行业逐渐重视水性涂料在重防腐领域中的应用。但是对比溶剂型环氧涂层，水性环氧涂层存在成膜能力差，防水防腐蚀能力不佳的缺陷，因此需要对水性环氧涂层进行改性，才能在满足环保要求的同时保证其防腐性能。

石墨烯和石墨烯复合材料已被广泛研究并应用在防腐材料之中。石墨烯是由单层sp2杂化的碳原子组成的平面薄膜碳材料，具有较高的热稳定性和化学稳定性，可在金属表面与腐蚀介质之间形成物理屏障，提供有效的缓蚀作用，同时，石墨烯复合涂层可以提供可靠的长效保护，具有广阔的应用价值。中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室，浙江省海洋材料与防护技术重点实验室等单位的石墨烯水性环氧复合涂层在模拟海水溶液中的隔水和耐腐蚀性能研究收到了显著成效[Liu,S.,Gu,L.,Zhao,H.,Chen,J.,Yu,H.(2016).Journal of Materials ScienceTechnology,32(5),425-431.L.Gu,S.Liu,H.C.Zhao,H.B.Yu,RSC Adv.5(2015)56011–56019.]。

环氧复合涂层在油气生产环境中的防腐性能是控制腐蚀的关键，然而油田的实际开采中具有更为复杂的腐蚀环境，油气田的采出水除了高浓度的CO₂等酸性气体外，往往伴有高浓度的Cl^-，石油天然气生产系统管道由于暴露在高氯浓度的二氧化碳水溶液中会遭受更为严重的腐蚀。针对如此更为复杂的腐蚀环境，为了保障作业安全、提高生产效率，研发适用于含有高氯浓度和CO₂浓度的油气田生产环境中的环氧复合涂层是一项亟待解决的技术需求。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种适用高氯饱和二氧化碳环境的石墨烯水性环氧复合涂层及其制备方法和应用，该适用高氯饱和二氧化碳环境的石墨烯水性环氧复合涂层解决了金属管道容易在高氯饱和二氧化碳水溶液中发生腐蚀的问题，满足目前在高氯浓度以及CO₂浓度的油气田生产环境中生产作业的使用需求。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种适用高氯饱和二氧化碳环境的石墨烯水性环氧复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

1)向水性环氧乳液中添加分散剂和防沉剂并混合均匀，配制复合乳液，将复合乳液离心分离，取清液；