功能化二硫化钼的制备及其环氧复合涂层的耐蚀性研究

发布时间：2020-06-15 11:15

【摘要】：随着钻井工艺的发展,为适应各类钻井工艺的需要,使用的各类钻井液中含有多种添加剂,成分复杂,在井下高温、高压的作用下对钻具具有强烈的腐蚀性,而最主要的腐蚀方式之一是电化学腐蚀。钻具的腐蚀不仅造成钻具的大量报废,也严重危及到井下安全,甚至导致井的报废,极大的增加了生产成本。钻具的防腐方式有很多,选用环氧涂层进行防腐具有步骤简单、操作性强、效果好、成本低廉的优势。但由于环氧涂层在高温固化过程中会因溶剂的挥发造成涂层内部产生微孔甚至形成连通的气孔,并且在固化后呈三维网状结构、出现内应力大呈脆性、热稳定性及抗冲击能力差等特点,导致涂层使用寿命缩短,也使其在应用中受到限制。为获得更好的防腐效果,常把纳米材料作为填料添加到环氧树脂中以改善涂层的各项性能。而纳米材料自身比表面积大的特点使其在涂层中不易分散而造成团聚作用,反而降低了树脂的耐蚀性能。本文采用具有优异的防腐性和机械性能的二硫化钼纳米片作为纳米材料,为了充分发挥纳米材料的作用,改善涂层防腐性能,文章中使用了不同方法对纳米材料进行功能化改性,以此获得防腐性能优异的环氧复合涂层。本论文的具体研究内容和结论如下:(1)在二硫化钼纳米片表面上引入带有小分子环氧基团的硅烷偶联剂KH560来改善其分散性,提高它与树脂之间的界面结合能力。通过各项表征测试,证明KH560已经成功接枝并包覆在MoS2表面,同时研究了改性材料加量对环氧复合涂层抗腐蚀性能的影响。研究发现,KH560-MoS2/EP复合涂层比MoS2/EP或纯环氧树脂涂层的EIS阻抗值高,耐高温高压及盐雾试验效果更好,尤其是加量为0.8wt.%时效果最为明显。加量为0.8wt.%的复合涂层自腐蚀电位为-0.42V,低于其他加量的复合涂层,但在3.5wt.%NaC1溶液中浸泡168h后也进入了浸泡后期阶段;高温高压试验后,涂层表面未产生气泡且仍然保持良好的附着力,划痕处没有涂层脱落;盐雾试验后钢片表面没锈迹且附着力好。(2)通过多巴胺的自聚作用对MoS2进行包覆,增加二硫化钼表面的官能团并改善其分散性,再引入小分子环氧基团,得到KH560-PDA-MoS2,借XRD等测试对其进行了表征,证明MoS2成功改性。采用共混法制备出环氧复合涂层,同时研究了改性材料加量对涂层抗腐蚀性能的影响。研究表明:与纯环氧树脂相比,KH560-PDA-MoS2/EP复合涂层的抗腐蚀性能得到更好的改善,复合涂层在腐蚀介质中浸泡168h后都处于浸泡中期,且都保持着较高的阻抗值。在树脂基质中加入0.8wt.%的改性材料KH560-PDA-MoS2相比其他加量,耐腐蚀能的改善更明显。从极化曲线可以看出,此加量下的复合涂层电流密度或自腐蚀电位最低,各个浸泡阶段下的EIS结果表现出的抗腐蚀性能最好。(3)以PDA包裹后的MoS2纳米片为支撑模板,加入适当比例的前驱体(ZrOC12 · 8H20),通过水热法将Zr02粒子均匀的生长在MoS2表面上,并接枝环氧基团,制备KH560-ZrO2-PDA-MoS2杂化材料。各项表征测试证明KH560-ZrO2-PDA-MoS2杂化材料成功制备且当ZrOC12·8H2O与MoS2的摩尔比为1.2:1时,Zr02纳米颗粒能均匀的附着在MoS2上。KH560-ZrO2-PDA-MoS2/EP复合涂层的抗腐蚀性能研究表明:此改性填料的加入对涂层抗腐蚀性的提高最明显,EIS测试、高温高压试验、盐雾试验结果比前两种材料的都好,且填料的最佳加量为0.8wt.%。
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE982
【图文】：

模型图,米片,分子结构,模型

得出同样的结果。逡逑西南石油大学的何毅课题组［３Ｗ７］也对不同纳米材料对环氧涂层抗腐蚀性能的影响逡逑进行研宄，这些纳米材料有Ｚｒ０２、Ｓｉ０２、Ａ１２０３、ＭＷＣＮＴｓ、ＢＮ、ＧＯ等纳米材料，研逡逑究结果表明这些纳米材料添加到环氧涂层中制备的复合涂层都体现出了优异的抗腐蚀逡逑性能。逡逑因此，向环氧树脂中加入纳米材料不但能够使环氧涂层获得更好的耐腐蚀性能，还逡逑能使加入纳米材料后的环氧复合涂层在机械性能方面有明显改善。逡逑１．３．３二硫化钼的基本性质逡逑二硫化钼（Ｍ0Ｓ２）是一种常见的天然矿物质，具有金属光泽呈蓝灰色至黑色，触逡逑摸时有滑腻感，化学稳定性和热稳定性相对良好。二硫化钼具有三种不同的晶型结构，逡逑如：１Ｔ－ＭｏＳ２、２Ｈ－ＭｏＳ２邋与邋３Ｒ－ＭｏＳ２［３８＿４１］。其中邋１Ｔ－ＭｏＳ２邋与邋３Ｒ－ＭｏＳ２邋构型均为亚稳态结逡逑构［４１］，而在自然界中稳定存在的是２Ｈ相，是半导体。稳定的２Ｈ－ＭｏＳ２的结构是类似石逡逑墨烯的二维片层，如图１－１邋（ａ）。每一层由Ｓ－Ｍｏ－Ｓ组成的三明治结构如图１－１邋（ｂ），厚逡逑度大约在０．７ｎｍ，层与层之间有弱的范德华力相互吸引，层间距大约在０．６２ｎｍ［４２’４３］。逡逑

路线图,路线,功能化,改性纳米

１．４．邋３本文的技术路线逡逑本论文的技术路线主要是通过不同功能化Ｍ0Ｓ２的方法来解决Ｍ0Ｓ２与环氧树脂之逡逑间的相容性及分散性，最后获得抗腐蚀性能优异的复合涂层，具体的技术路线如图１－２逡逑所示。逡逑功能化二硫化钼的制备及其环氧复合逡逑逦涂层的耐蚀性研宄逦逡逑逦＾逦逡逑文献调研逡逑逦Ｖ逦逡逑功能化ＭｏＳ２方法的选择逡逑逦Ｙ逦逡逑——逦ＫＨ５６０改性ＭｏＳ２逦——逡逑制备改性纳米ＭｏＳ２邋逦逦逦邋ＫＨ５６０改性ＰＤＡ－ＭｏＳ２逦制备复合涂层逡逑＾逦逦邋ＫＨ５６０改性Ｚｒ０２－ＰＤＡ－ＭｏＳ２邋逦Ｕ逦说入＇匕．．．．．．，ｗＪｌ，，邋＾，，，，，逡逑改性纳米以0５２表征逦逦逦

【参考文献】