聚亞芳基組合物、制造方法及其制品的制作方法
【專利摘要】公開了聚芳撐的交聯(lián)產(chǎn)物，其具有高溫彈性體性能和優(yōu)異的耐化學(xué)品性。該交聯(lián)材料可以以固體或泡沫形式用于油氣井下應(yīng)用中。還公開了制造該交聯(lián)產(chǎn)物的方法和包含該產(chǎn)物的制品。
【專利說明】聚亞芳基組合物、制造方法及其制品
[0001]交叉引用的相關(guān)申請
[0002]本申請要求2011年9月27日提交的美國申請N0.13/246250和2012年5月22日提交的美國申請N0.13/477230的權(quán)益，其在此以它們?nèi)恳胱鳛閰⒖肌?br> [0003]發(fā)明背景
[0004]在井下鉆探和完井(例如天然氣和油田勘探和生產(chǎn)、二氧化碳隔離等)中，彈性體被用于多種應(yīng)用中，作為打包機(jī)元件、爆裂防止器元件、O形環(huán)、墊圈等。該彈性體經(jīng)常曝露于高溫和苛刻的化學(xué)和機(jī)械地下環(huán)境中，其會(huì)隨著時(shí)間變化降解彈性體的性能，降低它們的可靠性。
[0005]具有良好的耐化學(xué)品性的彈性體在它與不同的化學(xué)品接觸時(shí)，保持了它的機(jī)械性能，例如彈性、耐擠出性和整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。在井下鉆探和完井應(yīng)用中，這些化學(xué)品包括不同的腐蝕性水-和油-基井下流體。因此在油氣工業(yè)中，對于彈性體來說更重要的是在給定的溫度和使用壽命，在“濕”而非在“干”條件下保持它的機(jī)械性能。
[0006]甚至使用最近的技術(shù)時(shí)，仍然需要這樣的彈性體或者任何其他聚合物材料，其在高溫在濕條件下功能良好和保持了它們的機(jī)械性能。高溫聚合物(其在單獨(dú)的干燥條件下是耐化學(xué)品的)是容易獲得的。這樣的聚合物包括某些熱塑性聚酰亞胺(TPI)和聚苯并咪唑(PBI)。可用于潮濕條件低溫的耐化學(xué)品性聚合物也是容易獲得的。這些聚合物的例子包括某些聚乙烯和聚丙烯。在高溫和腐蝕性流體下，經(jīng)常使用含氟聚合物，因?yàn)樗鼈兺ǔ１徽J(rèn)為具有最好的熱穩(wěn)定性和耐化學(xué)品性。含氟聚合物的例子包括聚四氟乙烯和某些其他氟彈性體和全氟彈性體。某些等級的含氟聚合物據(jù)稱具有327°C的最大連續(xù)使用溫度。但是，甚至最好的全氟彈性體在高溫隨著時(shí)間變化也會(huì)變軟，失去它們在高壓下密封間隙的能力。同樣， 氟彈性體或全氟彈性體當(dāng)與不同的井下流體在高溫接觸時(shí)，傾向于形成裂紋。
[0007]其他連續(xù)的聚合物例如聚醚醚酮(PEEK)或聚苯硫(PPS)被廣泛用于井下環(huán)境中作為阻塞環(huán)。這些聚合物是剛性半結(jié)晶熱塑性塑料，并且能夠經(jīng)受高熱和曝露于苛性化學(xué)品。但是，這些聚合物缺乏彈性，并且它們不被期望用作密封材料。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)與不同的腐蝕性井下流體在高溫接觸時(shí)，這些聚合物傾向于變脆和破裂掉。
[0008]其他聚合物材料例如直鏈無定形熱塑性塑料例如聚砜是已知的，并且被廣泛用作粘結(jié)劑、復(fù)合材料或者模塑件，用于汽車、家用器具和其他應(yīng)用。但是，直鏈無定形熱塑性塑料在負(fù)荷下傾向于蠕變，特別是在高溫下更是如此。此外，這些聚合物材料對于不同的溶劑是敏感的，其明顯限制了它們在井下鉆探和完井中的應(yīng)用。嘗試在聚砜包括交聯(lián)時(shí)改性。例如美國專利N0.4431761公開了一種方法，來化學(xué)代替羥基端接的聚醚砜的端基，來提供乙炔基端接的聚醚砜，其然后可以熱交聯(lián)。美國專利N0.4414269公開了一種用氨基酚和酸酐的縮合產(chǎn)物來官能化聚砜的方法，其是可熱交聯(lián)的。但是，這些方法需要另外的化學(xué)反應(yīng)步驟，包括昂貴的化學(xué)品和溶劑。此外，這些方法限制于具有官能端基的聚砜例如羥基端接的聚醚砜砜。聚醚砜在不同的腐蝕性井下流體中在高溫傾向于降解和變脆。其他聚砜例如聚苯砜(PPSU)具有比聚醚砜更好的耐化學(xué)品性。PPSU可以經(jīng)由熱氧化方法，通過加入少量氧化劑如過氧化物來交聯(lián)。這種交聯(lián)的PPSU在干燥條件下表現(xiàn)出良好的高溫(250°C或更高)橡膠狀行為，但是當(dāng)與侵蝕性腐蝕井下流體接觸時(shí)，它傾向于變脆和破裂掉。
[0009]盡管廣泛的研究涉及到代替彈性體或者提高它們在井下條件下的耐降解性，但是在油氣鉆探和完井工業(yè)中仍然需要具有改進(jìn)的耐化學(xué)品性的彈性體，特別是在高溫。如果可以獲得改進(jìn)的耐化學(xué)品性，而不明顯不利的影響用于井下應(yīng)用中的彈性體的其他令人期望的性能，例如機(jī)械性能如彈性、耐擠出性和整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，則它是進(jìn)一步有利的。仍然特別需要可用于裝置例如打包機(jī)、爆裂防止器元件、O形環(huán)、墊圈等的彈性體，其當(dāng)在高溫在連續(xù)的使用期間與腐蝕性井下流體接觸時(shí)，保持了良好的機(jī)械性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]現(xiàn)有技術(shù)的上面和其他的缺點(diǎn)是在一種實(shí)施方案中，通過式(I)的聚亞芳基的交
聯(lián)產(chǎn)物來克服的
[0011]
【權(quán)利要求】
1.式(I)的聚亞芳基的交聯(lián)產(chǎn)物，
2.權(quán)利要求1的交聯(lián)產(chǎn)物，其中該聚亞芳基具有式(2)

3.權(quán)利要求2的交聯(lián)產(chǎn)物，其中每個(gè)R相同或不同，并且是直鏈或支化的C1-C6烷基、C6-C12芳基羰基、或者鹵素，c是1-4的整數(shù)，和X和y都大于零。
4.權(quán)利要求2的交聯(lián)產(chǎn)物，其中每個(gè)R是C6-C12芳基羰基，和c是I。
5.權(quán)利要求1的交聯(lián)產(chǎn)物，其中該聚亞芳基具有式(2c)
6.權(quán)利要求1的交聯(lián)產(chǎn)物，其Tg比式(I)的聚亞芳基的Tg高至少10°C。
7.權(quán)利要求1的交聯(lián)產(chǎn)物，其在300°C在乙酸銫流體中，在pH=10老化至少20小時(shí)后，具有增加的拉伸應(yīng)力。
8.權(quán)利要求1的交聯(lián)產(chǎn)物，其進(jìn)一步包含增強(qiáng)填料。
9.權(quán)利要求1的交聯(lián)產(chǎn)物,其處于泡沫體形式。
10.權(quán)利要求1的交聯(lián)產(chǎn)物，其進(jìn)一步包含增強(qiáng)填料。
11.權(quán)利要求1的交聯(lián)產(chǎn)物，其中該交聯(lián)的聚亞芳基是在激勵(lì)的和未激勵(lì)的形狀之間熱活化的形狀記憶材料。
12.—種制品，其包含權(quán)利要求1-11任一項(xiàng)的聚亞芳基的交聯(lián)產(chǎn)物。
13.權(quán)利要求12的制品，其中該制品是形狀記憶制品，該交聯(lián)的聚亞芳基是在激勵(lì)的和未激勵(lì)的形狀之間熱活化的形狀記憶材料。
14.權(quán)利要求13的制品，其中該制品是井下制品。
15.權(quán)利要求14的井下制品，其進(jìn)一步包含增強(qiáng)填料。
16.一種制造權(quán)利要求1的聚亞芳基的交聯(lián)產(chǎn)物的方法，該方法包括 在交聯(lián)劑存在一定溫度下加熱式(I)的聚亞芳基一段時(shí)間，以有效形成交聯(lián)的聚亞芳基。
17.權(quán)利要求16的方法，其中該交聯(lián)劑是氧、過氧化物或硫。
18.權(quán)利要求16的方法，其中該交聯(lián)在約150-約400°C進(jìn)行約1-約200小時(shí)。
19.權(quán)利要求16的方法，其包括在交聯(lián)之前成形式I的聚亞芳基。
20.權(quán)利要求16的方法，其包括在交聯(lián)之前對式I的聚亞芳基進(jìn)行泡沫化。
21.權(quán)利要求20的方法，其包括在交聯(lián)之前成形式I的聚亞芳基。
22.權(quán)利要求16的方·法，其中該交聯(lián)是在處于或者高于交聯(lián)的聚亞芳基的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度下進(jìn)行的，并且進(jìn)行有效提供形狀記憶交聯(lián)的聚亞芳基的時(shí)間。
23.一種制造制品的方法，該制品包含權(quán)利要求1的聚亞芳基的交聯(lián)產(chǎn)物，該方法包括 形成包含式(I)的聚亞芳基的元件的預(yù)成型品；和 在有效交聯(lián)該聚亞芳基的交聯(lián)劑存在下在一定溫度下加熱該預(yù)成型品一段時(shí)間來提供所述制品。
24.權(quán)利要求19的方法，其中該交聯(lián)劑是氧、過氧化物或硫。
25.權(quán)利要求19的方法，其中該交聯(lián)在約150-約400°C進(jìn)行約1-約200小時(shí)。
26.權(quán)利要求19的方法，其中該交聯(lián)是在處于或者高于交聯(lián)的聚亞芳基的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度下進(jìn)行的，并且進(jìn)行有效提供形狀記憶交聯(lián)的聚亞芳基的時(shí)間。
27.權(quán)利要求19的方法，其包括在交聯(lián)之前成形式(I)的聚亞芳基。
28.權(quán)利要求19的方法，其包括在交聯(lián)之前對式(I)的聚亞芳基進(jìn)行泡沫化。
29.權(quán)利要求19的方法，其進(jìn)一步包括形成聚亞芳基的泡沫體和用該泡沫體形成預(yù)成型品。
30.權(quán)利要求16的方法，其中該制品是井下制品。
31.一種制造制品的方法，該制品包含權(quán)利要求1的聚亞芳基的交聯(lián)產(chǎn)物，該方法包括 形成包含式(I)的聚亞芳基的交聯(lián)產(chǎn)物的顆粒；和 成形該顆粒來提供所述制品。
32.權(quán)利要求31的方法，其中形成該顆粒包括 將式(I)的聚亞芳基在有效交聯(lián)該聚亞芳基的交聯(lián)劑存在下在一定溫度下加熱一段時(shí)間，來提供整塊的交聯(lián)的聚亞芳基；和 粉碎該整塊交聯(lián)的聚亞芳基來提供所述顆粒。
33.權(quán)利要求31的方法，其中該交聯(lián)劑是氧、過氧化物或硫。
34.權(quán)利要求31的方法，其中該交聯(lián)在約150-約400°C進(jìn)行約1-約200小時(shí)。
35.權(quán)利要求31的方法，其中該交聯(lián)是在處于或者高于交聯(lián)的聚亞芳基的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度下進(jìn)行的，并且進(jìn)行有效提供形狀記憶交聯(lián)的聚亞芳基的時(shí)間。
36.權(quán)利要求31的方法，其包括在交聯(lián)之前對式(I)的聚亞芳基進(jìn)行泡沫化。
37.權(quán)利要 求31的方法，其中該制品是井下制品。
【文檔編號】C08L65/00GK103857723SQ201280047067
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月27日
【發(fā)明者】段平, G·阿格拉瓦爾, D·P·杰拉德 申請人:貝克休斯公司