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    高溫半結晶聚(芳醚酮)共聚物制造技術

    技術編號:35811967 閱讀:27 留言:0更新日期:2022-12-03 13:33
    本文描述了摻入了2

    【技術實現步驟摘要】
    【國外來華專利技術】高溫半結晶聚(芳醚酮)共聚物
    [0001]相關申請的交叉引用
    [0002]本申請要求享有2020年7月5日提交的美國臨時專利申請序列號63/048,146的優先權,該申請通過引用完整并入,就好像完全陳述一樣。
    [0003]關于聯邦政府贊助的研究或開發的聲明
    [0004]不適用
    [0005]聯合研究協議各方的名稱
    [0006]不適用
    [0007]對“序列表”、表格或計算機程序的引用
    [0008]不適用
    [0009]關于專利技術人或共同專利技術人的事先披露的聲明
    [0010]不適用
    專利

    [0011]本專利技術總體上涉及具有改進的耐熱性和耐化學品性的半結晶聚(芳醚酮)共聚物組合物、其制備方法及其在高壓和高溫環境例如石油和天然氣勘探和開采中的應用。
    [0012]專利技術背景
    [0013]聚(芳醚酮)聚合物(PAEK),如聚(醚醚酮)聚合物(PEEK),以其高溫性能、優異的耐化學品性、固有的阻燃性、低煙毒、高強度和低重量而聞名。PAEK已廣泛應用于石油和天然氣生產、飛機和汽車組件以及醫療器械的各種要求苛刻的應用中。PEEK材料廣泛用作密封和備用環,用于石油和天然氣生產中的閥門、管道、壓縮機、包裝機、歧管和防噴器等各種密封應用。它還用于電氣連接器、電氣絕緣、流體輸送管和壓縮機組件。由于其相對較低的玻璃化轉變溫度(約145℃),PEEK在一定程度上限制了其承受在150℃或更高溫度下連續運行的能力。
    [0014]已經提出了其他具有增加的玻璃化轉變溫度的PAEK聚合物,例如聚醚酮(PEK)(Victrex
    TM
    PEEK
    ?
    HT)、聚(醚酮酮)(Arkema Kepstan
    TM
    PEKK)和聚(醚酮酮)(Victrex
    TM
    PEEK
    ?
    ST)。所有這些PAEK雖然具有增加的玻璃化轉變溫度,但它們的玻璃化轉變溫度在150至165℃之間,并且在一定程度上限制了它們承受在170℃或更高溫度下連續運行的能力。還已知這些PAEK對腐蝕性環境中的化學物質更敏感,例如,它們具有較低的耐蒸汽性,并且可能熔融溫度過高,因此導致加工困難。
    [0015]隨著石油和天然氣的常規來源的減少,石油生產商越來越多地將注意力轉向未開發或欠發達地區。壓力和溫度被認為高于過去認為的典型水平的儲層現在經常成為勘探和開發的目標。未受干擾的底孔溫度(在預期的儲層深度或總深度)大于150℃(通常為175℃),有時可以達到200℃,極端溫度高達300℃。要鉆探的多孔地層的預期孔隙壓力超過0.8psi/ft的靜水梯度,或者需要壓力控制設備的井的額定工作壓力超過10,000psi或69MPa,極端壓力高達150MPa。溫度和壓力影響物理強度、電子功能和密封技術。這些溫度和壓力正在推動現有PAEK聚合物的可行極限,以及它們在高溫和高壓環境中的井下和流體控
    制組件中的使用。這給目前可用于幫助開發這些儲層的許多技術帶來了非常真實的限制。
    [0016]在美國專利8,609,801中,Hay等人教導了一類含有2H
    ?
    苯并咪唑
    ?2?
    酮部分的新型聚合物和共聚物。特別地,Hay等人公開了一種PAEK共聚物,其具有以下結構的式A的重復單元
    [0017][0018]和以下結構的式B的重復單元
    [0019][0020]其中式A和式B的摩爾比(A:B)為30:70至70:30。
    [0021]當式A和式B的摩爾比(A:B)為70:30時,據報道共聚物的T
    g
    為235℃,沒有熔融溫度或結晶溫度,并且當式A和式B的摩爾比(A:B)為30:70時,據報道共聚物的T
    g
    為217℃,沒有熔融溫度或結晶溫度,表明共聚物是無定形材料。雖然這些共聚物可以承受溫度高達200℃的連續操作,但它們是無定形的,因此對有機溶劑和液體的抵抗力很差。因此,它們不適合用于石油和天然氣應用。
    [0022]因此,本領域不斷尋求聚(芳醚酮)(PAEK)聚合物,其具有改進的熱性能、耐化學品性和易加工性的有利組合,同時保持出色的機械性能,從而提供適合于石油和天然氣勘探和生產中廣泛應用的材料。
    [0023]因此,需要新的半結晶PAEK聚合物,其能夠承受高溫和高壓下的連續操作,并保持其技術性能,特別是其耐化學品性和機械性能(與傳統的PEEK聚合物相比)。
    [0024]專利技術概述
    [0025]本專利技術提供了一種半結晶聚(芳醚酮)共聚物,其將2
    ?
    苯并咪唑啉酮和4,4
    ’?
    聯苯酚作為共聚單體單元與4,4
    ’?
    二鹵代二苯甲酮結合。本專利技術還提供了另一種半結晶聚(芳醚酮)共聚物,其將2
    ?
    苯并咪唑啉酮和4,4
    ’?
    聯苯酚作為共聚單體單元與1,4
    ?
    雙(4
    ?
    鹵代苯甲?;?苯結合。根據本專利技術的含有2
    ?
    苯并咪唑啉酮和4,4
    ’?
    聯苯酚共聚單體單元的半結晶PAEK共聚物具有有利的性質,特別是在它們的玻璃化轉變溫度(T
    g
    )、熔體結晶溫度(T
    c
    )、熔融溫度(T
    m
    )、結晶度和耐化學品性方面。通過添加少量(小于30mol%)的2
    ?
    苯并咪唑啉酮作為用于來自4,4
    ’?
    二鹵代二苯甲酮共聚物的共聚單體,或小于50mol%的2
    ?
    苯并咪唑啉酮作為用于來自1,4
    ?
    雙(4
    ?
    氟苯甲?;?苯共聚物的共聚單體,使用親水性有機溶劑N
    ?
    環己基
    ?2?
    吡咯烷酮(CHP)作為聚合溶劑,出人意料地實現了這些有利的性質。所述半結晶PAEK共聚物適用于通過注塑、擠出、壓塑、涂覆和增材制造來制造耐高溫和耐化學品性模塑系統以及其他制品。
    [0026]本專利技術的另一個實施方案生產這些本專利技術的化學結構的半結晶共聚物,其在本文隨后定義的條件下表現出半結晶共聚物的熱特性。
    附圖說明
    [0027]圖1是比較例B的PAEK共聚物在20℃/分鐘下的DSC冷卻掃描(上部曲線)和在20℃/分鐘下的加熱掃描(下部曲線)的曲線圖。冷卻曲線不顯示結晶放熱峰。加熱曲線僅顯示玻璃化轉變。
    [0028]圖2是實施例2的PAEK共聚物在20℃/分鐘下的DSC冷卻掃描(上部曲線)和在20℃/分鐘下的加熱掃描(下部曲線)的曲線圖。冷卻曲線顯示強的結晶放熱峰。加熱曲線顯示玻璃化轉變和強的熔融吸熱峰。
    [0029]圖3是實施例3的PAEK共聚物在20℃/分鐘下的DSC冷卻掃描(上部曲線)和在20℃/分鐘下的加熱掃描(下部)曲線的曲線圖。冷卻曲線顯示強的結晶放熱峰。加熱曲線顯示玻璃化轉變和強的熔融吸熱峰。
    [0030]圖4是實施例4的PAEK共聚物在20℃/分鐘下的DSC冷卻掃描(上部本文檔來自技高網
    ...

    【技術保護點】

    【技術特征摘要】
    【國外來華專利技術】1.一種聚合物組合物,其包含具有兩個獨立的重復單元的共聚物,所述兩個獨立的重復單元為具有式I的第一重復單元:和具有式II的第二重復單元:其中下標x的值為2至5000,其限制是下標y的值為2至5000,x:y的比例為1:99至29:71;其中所述聚合物組合物是半結晶的,其固有溶液粘度大于0.3dL/g,T
    g
    大于180℃,T
    c
    小于340℃,T
    m
    小于400℃,并且熔融吸熱焓(ΔH
    m
    )大于10J/g且小于55J/g,其中所述半結晶共聚物在5℃/分鐘至約200℃/分鐘的冷卻速率下從熔體結晶。2.根據權利要求1所述的組合物,其中所述半結晶共聚物的固有溶液粘度為至少0.5dL/g并且小于3.0dL/g。3.根據權利要求1所述的組合物,其中所述半結晶共聚物的T
    g
    大于185℃且小于220℃,T
    m
    為約340℃至約396℃,熔融吸熱焓(ΔH
    m
    )為約10J/g至約55J/g。4.根據權利要求3所述的組合物,其中T
    m
    比T
    g
    高約145℃至約195℃。5.根據權利要求1所述的組合物,其另外包含選自聚苯并咪唑、聚芳酰胺、聚砜、聚酮、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚苯硫醚、含氟聚合物、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯及其混合物的聚合物。6.根據權利要求1所述的組合物,其還包含填料,所述填料選自纖維填料和非纖維填料。7.根據權利要求6所述的材料,其中所述填料的重量百分比為10重量百分比至80重量百分比。8.根據權利要求7所述的材料,其中所述填料選自玻璃纖維、碳纖維、炭黑、石墨、石墨烯、氟碳樹脂及其混合物。9.一種組合物,其包含權利要求1所述的組合物,其包含至少一種增強填料和一種或多種附加成分,所述附加成分選自著色劑、顏料、光穩定劑、熱穩定劑、抗氧化劑、除酸劑、加工助劑、成核劑、潤滑劑、阻燃劑、抑煙劑、抗靜電劑、防粘連劑、導電添加劑、增塑劑、流動改性劑、填充劑、金屬鈍化劑及其混合物。10.一種制品,其包含權利要求1所述的聚合物組合物。11.一種聚合物組合物,其包含具有兩個獨立的重復單元的共聚物,所述兩個獨立的重復單元為具有式III的第一重復單元:
    和具有式IV的第二重復單元:其中下標x的值為1至5000,其限制是下標y的值為1至5000,x:y的比例為1:99至99:1,其中所述聚合物組合物固有溶液粘度大于0.3dL/g。12.根據權利要求11所述的組合物,其中所述共聚物...

    【專利技術屬性】
    技術研發人員:王益鋒,
    申請(專利權)人:奧瑞隆新材料山東有限公司,
    類型:發明
    國別省市:

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