耐酸氣涂層的制作方法
【專利說(shuō)明】耐酸氣涂層
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求2013年4月10日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No. 61/810,375的權(quán)益，其公 開內(nèi)容通過(guò)引用并入本文。 柳的]背景
[0004] 金屬基材，包括鋼基材例如管道，易于衰退（failure)。衰退的速率和程度由基 材的屬性和基材所暴露環(huán)境的屬性決定。在油和氣體的運(yùn)輸期間，由多種成分（尤其硫化 氨012巧）的組合形成腐蝕性介質(zhì)。運(yùn)種介質(zhì)通常被稱為酸性（sour)原油或酸氣（sour gas)。在管道鋼中，酸性原油和酸氣可導(dǎo)致在不施加外部應(yīng)力時(shí)的衰退，包括氨致應(yīng)力開裂 化1C)，在高溫W及油和氣體運(yùn)輸中通常使用的壓力下尤其如此。 陽(yáng)〇化]儀、粗等的異質(zhì)（exotic)合金可被用作鋼基材的保護(hù)性涂層，但其往往過(guò)度昂 貴?？蒞涂覆保護(hù)性有機(jī)涂層（包括例如粉末涂層）W提供對(duì)&S攻擊的抵抗性。然而， 包含含金屬化合物W抵抗/耐&S穿過(guò)涂層滲透至基部金屬的常規(guī)有機(jī)涂層在本領(lǐng)域中是 未知的。
[0006] 由前所述，應(yīng)該意識(shí)到：本領(lǐng)域需要的是涂料組合物，其可被涂覆在鋼容器或管道 上且相對(duì)于常規(guī)涂層能夠耐&S滲透。
[0007] 概述
[0008] 本發(fā)明描述了涂料組合物，其提供改進(jìn)的耐硫化氨化2巧滲透性。本發(fā)明還描述 了使用所述組合物保護(hù)表面避免&S攻擊的方法。
[0009] 在一種實(shí)施方式中，本文所描述的涂料組合物包含至少一種環(huán)氧官能聚合物；至 少一種含金屬化合物，其含量足W與&S反應(yīng)W形成具有低溶解度的金屬硫化物；和固化 劑，其能夠與環(huán)氧官能聚合物反應(yīng)。當(dāng)將環(huán)氧聚合物、含金屬化合物和固化劑組合并涂覆在 鋼基材（例如管道或容器）上時(shí)，其形成涂層組合物，所述涂層組合物使其被涂覆的表面耐 &S滲透。
[0010] 在另一種實(shí)施方式中，本文描述了保護(hù)鋼基材避免&S攻擊的方法，其包括W下 步驟：提供鋼基材，在所述鋼基材上涂覆組合物，所述組合物包含至少一種環(huán)氧-官能聚合 物；至少一種含金屬化合物，其存在量足W與&S反應(yīng)W產(chǎn)生具有低溶解度的金屬硫化物； 和至少一種固化劑，其能夠與環(huán)氧-官能聚合物反應(yīng)。該方法還包括W下步驟：使所述組合 物固化W提供耐&S滲透的涂層。
[0011] 本發(fā)明的上述概述并不意欲描述本發(fā)明的每個(gè)公開的實(shí)施方式或每種執(zhí)行方式。 如下描述更具體地W例子形式表示說(shuō)明性實(shí)施方式。在整篇申請(qǐng)中的多處，通過(guò)一系列實(shí) 例提供了指導(dǎo)，運(yùn)些實(shí)施例可WW各種組合形式使用。在各個(gè)實(shí)例中，所述列舉僅作為代表 性組，不應(yīng)解釋為窮舉。
[0012] 在如下附圖和說(shuō)明中闡述了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的細(xì)節(jié)。本發(fā)明的其它 特征、目的和優(yōu)點(diǎn)可由本說(shuō)明書和附圖，和權(quán)利要求明顯獲得。
[0013] 選定的定義
[0014] 除非另有聲明，本文所使用的如下術(shù)語(yǔ)具有如下提供的含義。
[0015] 當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"烷基基團(tuán)"表示飽和的直鏈或支鏈控基團(tuán)，包括例如，甲 基、乙基、異丙基、叔下基、十八烷基、戊基、2-乙基己基等等。術(shù)語(yǔ)"芳族基團(tuán)"指的是芳基 (即，亞芳基），其是指閉合的芳環(huán)或環(huán)狀體系例如亞苯基、亞糞基、亞聯(lián)苯基、巧基和巧基， W及亞雜芳基，（即，閉合的控環(huán)，其中環(huán)中的一個(gè)或多個(gè)原子是不同于碳的其它元素（例 如，氮、氧、硫等））。合適的雜芳基包括巧喃基、嚷吩基、化晚基、哇嘟基、異哇嘟基、嗎I噪基、 異嗎I噪基、=挫基、化咯基、四挫基、咪挫基、化挫基、惡挫基、嚷挫基、苯并巧喃基、苯并苯硫 基、巧挫基、苯并惡挫基、喀晚基、苯并咪挫基、哇喔嘟基、苯并嚷挫基、糞晚基、異嗯挫基、異 嚷挫基、嚷嶺基、哇挫嘟基、化嗦基、1-氧化化晚基、化嗦基、=嗦基、四嗦基、惡二挫基、嚷二 挫基等等。當(dāng)運(yùn)樣的基團(tuán)是二價(jià)時(shí)，它們通常被稱為"亞雜芳基"（例如亞巧喃基、亞化晚基 等等）。
[0016] 在本發(fā)明化合物的有機(jī)基團(tuán)上，取代是預(yù)料到的。當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"烷基" 旨在不僅包括純開鏈飽和控烷基取代基（例如甲基、乙基、丙基、叔下基等等），而且包括還 帶有本領(lǐng)域已知的其它取代基（例如徑基、烷氧基、烷基橫酷基、面素原子、氯基、硝基、氨 基、簇基等等）的烷基取代基。因此，"烷基"可包括酸基、面代烷基、硝基烷基、簇基烷基、徑 基烷基、橫基烷基等等。
[0017]當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"酸氣"指的是天然的或其它類型的含大量硫化氨化2巧 的氣體。含&S的原油被稱為酸性原油，而含&S的氣體被稱為酸氣。當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù) 語(yǔ)"酸氣"指的是酸性原油和酸氣二者。按照慣例，酸氣被定義為含有多于約20ppm&S(按 體積計(jì)）的氣體。
[001引當(dāng)在"涂覆在表面或基材上的涂層"的語(yǔ)境中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"在……上"包括直接或 間接涂覆在表面或基材上的涂層。因此，例如，涂覆在基材上的底漆層上的涂料構(gòu)成涂覆在 基材上的涂層。
[0019] 除非另有聲明，術(shù)語(yǔ)"聚合物"包括均聚物和共聚物（即兩種或更多種不同單體的 聚合物）二者。
[0020] 在說(shuō)明書和權(quán)利要求中出現(xiàn)術(shù)語(yǔ)"包括"、"包含"及其變體時(shí)，運(yùn)些術(shù)語(yǔ)不具有限 定含義。
[0021] 術(shù)語(yǔ)"優(yōu)選的"和"優(yōu)選地"是指在某些情況下可提供某些益處的本公開實(shí)施方式。 然而，在相同或其它情況下，其它實(shí)施方式也可能是優(yōu)選的。另外，一個(gè)或多個(gè)優(yōu)選的實(shí)施 方式的敘述不意味著其它實(shí)施方式是無(wú)用的，也不旨在將其它實(shí)施方式排除在本發(fā)明范圍 外。
[0022] 當(dāng)在本文中使用時(shí)，"一種"、'H亥"、"至少一種"和"一種或多種"可互換使用。因 此，例如包含"一種"添加劑的涂層組合物可W被解釋為表示該涂層組合物包含"一種或多 種"添加劑。 陽(yáng)023]而且在本文中，通過(guò)端點(diǎn)對(duì)數(shù)值范圍的陳述包括該范圍內(nèi)包含的所有數(shù)字（例如 1至5包括1、1. 5、2、2. 75、3、3. 80、4、5等等）。另外，一個(gè)區(qū)間的公開包括較寬區(qū)間內(nèi)包括 的所有子區(qū)間的公開（例如1到5公開了 1到4、1. 5到4. 5、1到2等等）。
[0024] 詳細(xì)說(shuō)明
[0025] 本文所描述的的本發(fā)明的實(shí)施方式包括組合物和方法，其包含環(huán)氧樹脂、含金屬 化合物和固化劑，其中將環(huán)氧聚合物、含金屬化合物和固化劑組合W形成涂料組合物，當(dāng)被 涂覆在鋼基材（例如管道或容器）上時(shí)，涂料組合物提供耐&s滲透性。本文所描述的方 法包括W下步驟：提供環(huán)氧樹脂、含金屬化合物和固化劑；將運(yùn)些組分組合W形成涂料組 合物；和將該組合涂覆在基材（優(yōu)選鋼管或容器）上。所述方法還包括：使粉末涂料組合物 固化W提供耐&S滲透的涂層。本文所描述的組合物可W是粉末涂料組合物或液態(tài)涂料組 合物。
[0026] 在一種實(shí)施方式中，本文所描述的組合物是可固化組合物，其可W是粉末組合物 或液態(tài)組合物。一方面，組合物包含成分的組合，所述成分優(yōu)選包含至少一種聚合物粘結(jié) 劑。合適的聚合物粘結(jié)劑通常包含成膜樹脂。粘結(jié)劑可選自提供期望的膜性能的任何樹脂 或樹脂的組合。聚合物粘結(jié)劑的合適例子包括熱固性和/或熱塑性材料，其可利用環(huán)氧樹 月旨、聚醋、聚氨醋、聚酷胺、丙締酸類樹脂、聚氯乙締、尼龍、含氣聚合物、娃樹脂、其它樹脂或 它們的組合來(lái)制造。
[0027] 在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，聚合物粘結(jié)劑包含至少一種環(huán)氧官能聚合物或聚環(huán)氧化 物。合適的聚環(huán)氧化物優(yōu)選地每分子包含至少2個(gè)1,2-環(huán)氧基團(tuán)。一方面，基于聚環(huán)氧化 物的總固體含量，環(huán)氧當(dāng)量重量?jī)?yōu)選從約50至約1000,更優(yōu)選從約100至250,最優(yōu)選地低 于約250。聚環(huán)氧化物可W是脂族的、脂環(huán)族的、芳族的或雜環(huán)的。一方面，聚環(huán)氧化物可包 含取代基，例如，面素、徑基、酸基等等。在一個(gè)優(yōu)選的方面，本文所描述的環(huán)氧樹脂具有平 均每分子多于約1個(gè)環(huán)氧官能團(tuán)，優(yōu)選地每分子多于約2. 5個(gè)環(huán)氧官能團(tuán)。
[0028] 本文所描述的組合物和方法中使用的合適的環(huán)氧樹脂組合物或聚環(huán)氧化物包括 但不限于，通過(guò)表面代醇（例如，表氯醇）與多元酪典型地和優(yōu)選地在堿的存在下反應(yīng)形成 的環(huán)氧酸。合適的多元酪包括，例如，兒茶酪、對(duì)苯二酪、間苯二酪、4, 4-二徑基二苯甲酬、 1,5-徑基糞等等。
[0029] 合適的環(huán)氧樹脂組合物或聚環(huán)氧化物還可包括多徑基醇的酸。運(yùn)些化合物可衍生 自多徑基醇，例如，乙二醇、丙二醇、下二醇、1，6-己二醇、新戊二醇、二甘醇、丙=醇、=徑甲 基丙烷、季戊四醇等等。在一種實(shí)施方式中，本文所描述的環(huán)氧樹脂組合物或聚環(huán)氧化物是 通過(guò)締屬不飽和脂環(huán)族化合物的氧化衍生來(lái)的。締屬不飽和脂環(huán)族化合物通過(guò)與氧、過(guò)苯 甲酸、酸-乙醒單過(guò)醋酸鹽/醋（acid-aldehydemonoperacetate)、過(guò)氧乙酸等等的反應(yīng)來(lái) 被環(huán)氧化。通過(guò)運(yùn)樣的反應(yīng)產(chǎn)生聚環(huán)氧化物是本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的，并且其包括但不 限于，環(huán)氧脂環(huán)族酸和醋。
[0030] 在一種實(shí)施方式中，本文所描述的環(huán)氧樹脂組合物或聚環(huán)氧化物包括環(huán)氧酪醒樹 月旨，其通過(guò)醒和一徑基或多徑基酪的縮合產(chǎn)物與表面醇的反應(yīng)得到。例子包括但不限于，甲 醒和各種酪類的縮合產(chǎn)物與表氯醇的反應(yīng)產(chǎn)物，所述酪類例如為苯酪、甲酪、二甲苯酪、下 基甲基苯酪、苯基苯酪、二徑基聯(lián)苯化iphenol)、糞酪、雙酪A、雙酪F等等。
[0031] 在一種實(shí)