国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

NaCl三元采出液環(huán)境下GO/EP涂層耐腐蝕性能室內(nèi)研究

2022-07-02 04:02李金玲蔣容高清河王超翁惠芳
油氣田地面工程 2022年6期
關(guān)鍵詞:環(huán)氧樹(shù)脂鱗片防腐

李金玲 蔣容 高清河 王超 翁惠芳

1大慶油田有限責(zé)任公司第四采油廠

2大慶師范學(xué)院黑龍江省油田應(yīng)用化學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

3大慶油田設(shè)計(jì)院有限公司

NaCl 三元復(fù)合驅(qū)油體系是一種由NaCl、堿、表面活性劑和聚合物組成的新型驅(qū)油體系和驅(qū)油方法[1]。隨開(kāi)發(fā)時(shí)間延長(zhǎng),其采出液中Cl-濃度會(huì)逐漸升高,金屬腐蝕問(wèn)題也會(huì)隨之顯現(xiàn),帶來(lái)潛在的安全隱患、經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染[2-6]。采用有機(jī)涂層是常用的防腐技術(shù)措施[7-8],它可以有效地隔離腐蝕離子、水和氧氣與金屬表面的接觸,但長(zhǎng)時(shí)間與腐蝕介質(zhì)接觸,水和腐蝕離子仍然會(huì)滲透到涂層中,降低涂層的物理屏蔽作用,最終導(dǎo)致涂層失效[9]。目前,提升涂層耐蝕性能的方法有很多,其中最常用的方法是向涂層中加入填料,填料可以有效地填充涂層中的微孔和空腔,并形成疏水表面,阻礙腐蝕介質(zhì)擴(kuò)散到涂層和金屬基體之間[10-12]。

氧化石墨烯(GO)是石墨烯的氧化物,除了具有石墨烯的化學(xué)惰性以外,由于其分子結(jié)構(gòu)具有環(huán)氧基、羧基和羥基,可以大幅度地提高其分散性,因此在有機(jī)涂層中使用GO作為填料可以顯著提高涂層黏合強(qiáng)度和耐蝕能力[13-14]。SUN 等人使用硅烷偶聯(lián)劑改性后的氧化石墨烯填充環(huán)氧樹(shù)脂涂層(EP),發(fā)現(xiàn)涂層的防腐能力得到了明顯的提升[15]。

本文闡述了GO 制備過(guò)程,并對(duì)其進(jìn)行表征;使用制備的GO作為填料,形成了增強(qiáng)型的環(huán)氧樹(shù)脂涂料GO/EP,以NaCl 三元采出液為腐蝕環(huán)境,使用電化學(xué)工作站、接觸角測(cè)量?jī)x、SEM 等手段,開(kāi)展了涂層性能的測(cè)試分析,并研究其防腐過(guò)程及機(jī)理。

1 GO的制備

1.1 材料

鱗片石墨,青島日升;E-44 環(huán)氧樹(shù)脂,無(wú)錫樹(shù)脂廠;NP-650 聚酰胺固化劑,廣州深創(chuàng)化工;乙酸乙酯、H2O2(分析純),天津富宇化工;硝酸鈉、丙酮、濃H2SO4、HCl(分析純),遼寧泉瑞化工;高錳酸鉀(分析純),天津科密歐化學(xué)試劑;20#碳鋼腐蝕試片,高郵摩天電子儀器,使用前將試片用丙酮去脂,用400、800、1000 目砂紙打磨拋光,用無(wú)水乙醇清洗后,80℃條件下烘干備用。

1.2 制備方法及過(guò)程

本實(shí)驗(yàn)參照GB/T 30554.13—2018 《納米科技術(shù)語(yǔ)第13 部分:石墨烯及相關(guān)二維材料》中氧化石墨烯制備相關(guān)實(shí)驗(yàn)方法,使用Hummers 法制備GO[16]。在冷浴中放入250 mL 錐形瓶,加入一定量的濃H2SO4,磁力攪拌下加入1 g鱗片石墨、0.5 g硝酸鈉和3 g 高錳酸鉀,混合均勻,控制反應(yīng)溫度不超過(guò)10 ℃,反應(yīng)2 h。室溫條件下反應(yīng)5 d 后,使用稀H2SO4對(duì)溶液進(jìn)行稀釋,繼續(xù)攪拌3 h后,緩慢滴加H2O2,使溶液變?yōu)榱咙S色;繼續(xù)反應(yīng)2 h,離心分離,使用稀H2SO4和H2O2混合液以及稀HCl 進(jìn)行洗滌;最后使用去離子水反復(fù)洗滌,使其pH 值接近7,將固體放入真空干燥箱中進(jìn)行烘干。所得樣品即為GO。

2 GO/EP涂層的制備

取0.1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))鱗片石墨及GO放入乙酸乙酯中進(jìn)行超聲分散2 h[17],加入50 g環(huán)氧樹(shù)脂(鳳凰牌E44型),超聲分散1 h后,加入50 g固化劑繼續(xù)超聲分散5 min,制成鱗片石墨/EP 和GO/EP 涂料,然后將鱗片石墨/EP、GO/EP和EP涂料分別噴涂在20#碳鋼表面上,放入105 ℃烘箱中進(jìn)行2 h固化,制得三種涂層樣品。

3 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)方法

將制備的不同種類(lèi)涂層試片放入旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕測(cè)試儀(RCC-III 型,高郵摩天電子儀器)中,并在樣品罐中加入NaCl 三元現(xiàn)場(chǎng)采出液,采出液性質(zhì)及組成見(jiàn)表1。通入氮?dú)獬鹾?,密封樣品罐,開(kāi)始動(dòng)態(tài)腐蝕實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)溫度45 ℃,轉(zhuǎn)速60 r/min,腐蝕時(shí)間21 d,實(shí)驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行涂層防腐性能評(píng)價(jià)表征。

表1 NaCl三元復(fù)合驅(qū)采出液性質(zhì)及組成Tab.1 Property and composition of produced fluid from NaCl-ASP flooding

3.2 表征方法

使用傅里葉紅外光譜儀FT-IR(Spectrum 400,美國(guó)P.E.)表征制備的GO官能團(tuán),掃描范圍為500~4 000 cm-1。使用CuKα X 射線衍射儀XRD(X'Pert Power,荷蘭PANalytical)測(cè)試GO的晶體結(jié)構(gòu),掃描范圍為5°~80°,電壓為40 kV,電流為40 mA,掃描速度3°/min。

使用光學(xué)法接觸角儀(SL200KS,美國(guó)科諾)測(cè)試腐蝕前后涂層表面的疏水變化。使用電化學(xué)工作站(PGSTAT 302N,瑞士萬(wàn)通)對(duì)腐蝕前后的樣品進(jìn)行交流阻抗和極化曲線測(cè)試,表征樣品腐蝕前后的耐蝕性能變化,采用傳統(tǒng)的三電極體系,工作電極反應(yīng)面積為1 cm2,氧化汞電極作為參比電極,鉑電極為對(duì)電極,在頻率范圍為10-2~105Hz,電壓振幅為10 mV的條件下進(jìn)行交流阻抗測(cè)試。通過(guò)掃描電子顯微鏡(EM-30 Plus,韓國(guó)庫(kù)塞姆)測(cè)試腐蝕前后涂層表面微觀形貌的變化。

4 結(jié)果與討論

4.1 FT-IR表征

使用傅里葉紅外光譜對(duì)制備的GO 進(jìn)行表征,結(jié)果如圖1 所示。石墨在3 420 cm-1出現(xiàn)-OH 伸縮振動(dòng)峰。GO 在3 450 cm-1處的特征峰對(duì)應(yīng)C-OH 的伸縮振動(dòng),在2 930 cm-1和2 850 cm-1是-CH2-對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰和反對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰,1 650 cm-1處為C=O伸縮振動(dòng)峰,1 268 cm-1出現(xiàn)的吸收峰為C-OC的伸縮振動(dòng),1 183 cm-1處為C-O伸縮振動(dòng)峰。說(shuō)明石墨在強(qiáng)酸和強(qiáng)氧化劑的作用下被氧化為GO。

圖1 氧化石墨烯、鱗片石墨FT-IR圖Fig.1 FT-IR spectra of GO and flake graphite

4.2 XRD表征

圖2 為鱗片石墨和氧化石墨烯的XRD 表征譜圖。由圖2 可知,鱗片石墨在26.1°和44.3°出現(xiàn)衍射峰,分別對(duì)應(yīng)石墨結(jié)構(gòu)的002 晶面和100 晶面;GO 在11.8°出現(xiàn)明顯的衍射峰,屬于氧化石墨001晶面的衍射峰,鱗片石墨的衍射峰消失,說(shuō)明鱗片石墨被氧化為GO。

圖2 氧化石墨烯、鱗片石墨XRD譜圖Fig.2 XRD spectra of GO and flake graphite

4.3 GO/EP涂層質(zhì)量評(píng)價(jià)

在金屬基體表面噴涂不同種類(lèi)的涂層后,對(duì)涂層進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)。根據(jù)GB/T 9286—1998 《色漆和清漆漆膜的畫(huà)格試驗(yàn)》對(duì)涂層附著力進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試發(fā)現(xiàn)鱗片石墨/EP 和GO/EP 涂層的附著力最好,EP 涂層的附著能力稍差,說(shuō)明在涂層中增加填充顆粒可以增加其在金屬上的附著能力(表2)。使用GB/T 6739—2006 《色漆和清漆鉛筆法測(cè)定漆膜硬度》方法測(cè)試三種涂層的硬度,測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)GO/EP 涂層的硬度最大,GO 提升了環(huán)氧樹(shù)脂的強(qiáng)度。

表2 GO/EP涂層質(zhì)量評(píng)價(jià)Tab.2 Quality evaluation of GO/EP coating

4.4 涂層疏水性能評(píng)價(jià)

涂層表面疏水能力越高,阻礙腐蝕介質(zhì)進(jìn)入的能力越強(qiáng),從而起到保護(hù)金屬基體的作用。圖3為原始涂層與NaCl 三元復(fù)合驅(qū)腐蝕介質(zhì)腐蝕21 天后涂層接觸角的變化,通過(guò)對(duì)接觸角測(cè)試發(fā)現(xiàn),0天時(shí)GO/EP 涂層的接觸角最大,EP 涂層的接觸角最小,說(shuō)明在環(huán)氧樹(shù)脂中增加了氧化石墨烯以后可以起到很好的阻隔作用,使介質(zhì)不易與金屬基體接觸;腐蝕21 天后三種涂層的接觸角全部減小,親水性增加,說(shuō)明腐蝕介質(zhì)浸入到涂層內(nèi)部,吸收了腐蝕介質(zhì)。21 天后GO/EP 的接觸角仍然最大,說(shuō)明當(dāng)腐蝕時(shí)間延長(zhǎng),環(huán)氧樹(shù)脂吸水達(dá)到飽和后,GO 在涂層中主要起到阻礙介質(zhì)浸入的作用(表3)。

圖3 涂層接觸角測(cè)試圖Fig.3 Coating contact angle test drawing

表3 涂層接觸角數(shù)值Tab.3 Coating contact angle value

4.5 涂層耐蝕性能評(píng)價(jià)

三種涂層在NaCl三元復(fù)合驅(qū)腐蝕介質(zhì)中進(jìn)行動(dòng)態(tài)腐蝕實(shí)驗(yàn)后,使用電化學(xué)工作站評(píng)價(jià)涂層的耐蝕性能。圖4為涂層的交流阻抗測(cè)試結(jié)果,對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析后得出三種涂層的等效電路圖(圖5)。由三種涂層的等效電路圖可知,腐蝕介質(zhì)21天后浸入涂層內(nèi)沒(méi)有對(duì)金屬進(jìn)行腐蝕。通過(guò)對(duì)比涂層擬合數(shù)據(jù)Rct可知(圖6),0天時(shí)GO/EP的Rct最大;21天腐蝕實(shí)驗(yàn)后,GO/EP的耐蝕能力依然最好,耐蝕能力明顯優(yōu)于鱗片石墨/EP涂層和EP涂層。

圖4 不同涂層交流阻抗測(cè)試Fig.4 AC impedance spectroscopy of different coatings

圖5 交流阻抗等效電路Fig.5 Equivalent circuit of AC impedance

圖6 交流阻抗擬合數(shù)據(jù)Fig.6 Fitting data of AC impedance

不同涂層的極化曲線測(cè)試結(jié)果如圖7所示,擬合后的腐蝕電流與腐蝕速率見(jiàn)表4。結(jié)果表明,0 天時(shí)GO/EP涂層的耐蝕程度最好;21天后GO/EP涂層的耐蝕性能依然最佳。

圖7 不同涂層極化曲線測(cè)試Fig.7 Polarization curves of different coatings

表4 極化曲線擬合數(shù)據(jù)Tab.4 Fitting data of polarization curves

4.6 涂層微觀形貌分析

腐蝕0 天和21 天的EP、GO/EP 涂層表面微觀形貌如圖8 所示。由圖8 可知,當(dāng)腐蝕天數(shù)為0 天時(shí),EP 涂層表面平滑,基本沒(méi)有裂縫;GO/EP 涂層表面呈現(xiàn)均勻的顆粒狀,說(shuō)明GO在EP中分散均勻。當(dāng)腐蝕天數(shù)為21 天時(shí),EP 涂層表面出現(xiàn)很多裂縫,并且涂層出現(xiàn)褶皺,說(shuō)明涂層破壞嚴(yán)重,阻礙介質(zhì)浸入的能力降低,防腐效果下降;GO/EP涂層表面依然呈現(xiàn)出顆粒狀,平整度有一定程度下降,但是沒(méi)有出現(xiàn)破損和裂縫,此種涂層仍然可以起到很好的防腐作用。

圖8 涂層表面微觀形貌Fig.8 Microstructure of coating surface

4.7 防腐機(jī)理分析

環(huán)氧樹(shù)脂涂層容易在介質(zhì)中產(chǎn)生微孔和裂縫,使其保護(hù)的基體受到腐蝕介質(zhì)的腐蝕,而造成涂層脫落失效。加入鱗片石墨可以在環(huán)氧樹(shù)脂中起到阻礙介質(zhì)浸入涂層內(nèi)部的作用,但是其分散性較差。使用氧化石墨烯增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂,由于氧化石墨烯為單層石墨材料,表面存在含氧官能團(tuán),使其在環(huán)氧樹(shù)脂中均勻地分散,增強(qiáng)了涂層的附著力和硬度,而且可以更好的阻止介質(zhì)的浸入,起到了很好的防腐效果。

5 結(jié)論

(1)使用鱗片石墨制備氧化石墨烯,根據(jù)Hummers 法,在強(qiáng)氧化劑和強(qiáng)酸性環(huán)境下制備了GO。通過(guò)FT-IR和XRD分析表明,GO表面存在羥基、羧基、羰基、環(huán)氧基等含氧基團(tuán),使其能夠在環(huán)氧涂層中分散均勻,起到屏蔽的作用。

(2)EP、鱗片石墨/EP、GO/EP 三種涂層性能對(duì)比發(fā)現(xiàn),GO/EP涂層的附著力最好,硬度最高。

(3)對(duì)腐蝕前后的涂層樣品進(jìn)行接觸角測(cè)試發(fā)現(xiàn),GO/EP涂層的接觸角最大,阻礙介質(zhì)通過(guò)的能力最強(qiáng)。對(duì)比EP、GO/EP 兩種涂層腐蝕前后微觀形貌發(fā)現(xiàn),EP 涂層出現(xiàn)大量裂縫與褶皺,GO/EP仍然起到很好的保護(hù)作用。

(4)21 天腐蝕試驗(yàn)后,進(jìn)行交流阻抗和極化曲線測(cè)試發(fā)現(xiàn),GO/EP的防腐能力明顯優(yōu)于鱗片石墨/EP涂層和EP涂層。

猜你喜歡
環(huán)氧樹(shù)脂鱗片防腐
變電站組合電器用膠粘劑的制備與性能研究
鋁合金表面防腐處理技術(shù)分析
基于現(xiàn)場(chǎng)埋片的3PE防腐層剝離規(guī)律研究
馬來(lái)穿山甲和中華穿山甲鱗片編碼系統(tǒng)及鱗片差異性
環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料加筋板結(jié)構(gòu)吸濕行為研究
納米B4C(BN)/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料制備及性能研究
“不腐”神話
金錢(qián)龍
沒(méi)有腳也能走路的蛇
環(huán)氧樹(shù)脂混凝土