Многослойное изоляционное покрытие
MULTI-LAYER INSULATION COATING

Изобретение относится к антикоррозионному изоляционному покрытию холодного нанесения на стальные трубопроводы при строительстве и ремонте в трассовых условиях и может быть использовано для защиты наружной поверхности стальных трубопроводов от коррозии.
4
Известно изоляционное покрытие горячего нанесения для герметизации стыков между трубопроводами, состоящее из полиэтиленовой основы, содержащей 21-58% гель-фракции и дополнительно армированной зигзагообразованным электропроводящим элементом, выполненным из медной проволоки, покрытой сшитым полиэтиленом, содержащим 24-57% гель-фракции, см. SU Авторское свидетельство 1482513, МПК  2В32В 15/08, F16L 58/10, 1979.
Недостатками указанного изоляционного покрытия являются расслоение пленки, недостаточная адгезионная прочность к металлической поверхности и высокая температура нанесения покрытия, выше 100°С.
Известно изоляционное покрытие для изоляции стальных подземных трубопроводов от коррозии, включающее грунтовочный слой состава: битум, растворенный в бензине в пропорции 3:1, и ингибитор коррозии "Тревис" в соотношении 1:500 по массе, и защитный слой, нанесенный на грунтовку, см. RU Патент 2188980, МПК F16L 58/04 (2000.01), F16L 58/12(2000.01), 2002.
Недостатками известного изоляционного покрытия являются недостаточная адгезия к грунтовочному слою и стали, недостаточная стойкость к катодному отслаиванию. Это приводит к доступу влаги и воздуха к металлической поверхности, отслаиванию покрытия и коррозии трубы.
Известно многослойное защитное изоляционное покрытие горячего нанесения на основе термоусаживающейся ленты «Донрад-2», включающее слой электронно-химически модифицированного и ориентированного при 100-450°С полиэтилена или сополимера этилена с винилацетатом и слой полимерно-битумного адгезива, содержащего каучук с полярными группами, высоковязкий битум, наполнитель и специальные добавки, см. RU Патент 2088624, МПК C09J 7/02 (1995.01), В32В 27/32 (1995.01), 1997.
Недостатком указанного защитного многослойного изоляционного покрытия является высокая температура формирования покрытия (в процессе термической усадки) горячим воздухом с температурой более 300°С или размытым пламенем газовой горелки, что создает трудности и требует дополнительного оборудования для нанесения покрытия на трубопроводы в трассовых условиях, делая процесс энергоемким.
Известно многослойное изоляционное покрытие холодного нанесения, выполненное в виде защитной ленты, подвергнутой термоориентационной вытяжке. Покрытие последовательно включает первый слой полиэтилена, модифицированный облучением ускоренными электронами до содержания гель-фракции 2-15%, второй слой полиэтилена, третий слой полиэтилена в смеси с бутилкаучуком, четвертый слой полиэтилена в смеси с бутилкаучуком, а последний слой ленты выполнен из бутилкаучука, см. RU Патент 2076992, МПК F16L 58/10 (1995.01), 1997.
Недостатками известного покрытия являются недостаточная адгезия к стали и недостаточная стойкость к катодному отслаиванию.
Известно многослойное изоляционное покрытие (преимущественное выполнение), когда покрытие содержит последовательно расположенные наружный ударопрочный слой на основе полиэтиленов высокого и низкого давления с добавками, внутренний дополнительный слой, включающий бутиловый каучук и добавку, нанесенный на наружный ударопрочный слой, первый адгезионный слой, содержащий бутиловый каучук, добавки, углеводородное вещество для повышения клейкости, далее внутренний ударопрочный слой на основе полиэтиленов высокого и низкого давления с добавкой, второй адгезионный слой, содержащий бутиловый каучук, углеводородное вещество для повышения клейкости и добавки, и грунтовочный слой, содержащий бутиловый каучук, углеводородное вещество для повышения клейкости и добавки, см. RU Патент 2127396, МПК F16L 58/10 (1995.01), 1999.
Недостатками известного покрытия являются недостаточные ударная прочность, адгезионная прочность к стальной поверхности, стойкость к катодному отслаиванию, сопротивление сдвигу и адгезия между слоями покрытия.
Наиболее близким по технической сущности является многослойное изоляционное покрытие, содержащее последовательно расположенные наружный ударопрочный слой, внутренний дополнительный слой, нанесенный на наружный ударопрочный слой, первый внутренний адгезионный слой, нанесенный на дополнительный слой наружного ударопрочного слоя, внутренний ударопрочный слой, адгезионный слой, дополнительно нанесенный на поверхность внутреннего ударопрочного слоя, второй адгезионный слой, нанесенный на другую поверхность внутреннего ударопрочного слоя, и грунтовочный слой, при этом наружный ударопрочный слой содержит полиэтилен высокого давления, полиэтилен низкого давления, модифицированные облучением ускоренными электронами, до содержания гель-фракции 40-75%, термостабилизатор и технический углерод при следующем соотношении компонентов, мас. %:
указанный полиэтилен высокого давления
70-80
указанный полиэтилен низкого давления
17,2-28,8
термостабилизатор
0,2-0,3,
технический углерод
1,0-2,5,
внутренний дополнительный слой, нанесенный на наружный ударопрочный слой, содержит полиэтилен высокого давления, полиэтилен низкого давления, бутиловый каучук и технический углерод при соотношении компонентов, мас. %:
полиэтилен высокого давления
28-45
полиэтилен низкого давления
10-34,5
бутиловый каучук
35-45
технический углерод
0,5-2,0,
первый внутренний адгезионный слой, нанесенный на дополнительный слой наружного ударопрочного слоя, содержит бутиловый каучук, полиэтилен высокого давления, нефтеполимерную смолу, битум изоляционный, битум резинотехнический, оксид цинка, технический углерод, тальк при соотношении компонентов, мас. %:
бутиловый каучук
25-35
полиэтилен высокого давления
2,5-3,5
нефтеполимерная смола
13-20
битум изоляционный
15-25
битум резинотехнический
3-7
оксид цинка
1-2
технический углерод
0,5-1,0
тальк
6,5-40,
внутренний ударопрочный слой содержит полиэтилен высокого давления, полиэтилен низкого давления, бутиловый каучук, технический углерод при соотношении компонентов, мас. %:
полиэтилен высокого давления
53,5-76,5
полиэтилен низкого давления
13-29,5
бутиловый каучук
10-15
технический углерод
0,5-2,0,
адгезионный слой, дополнительно нанесенный на поверхность внутреннего ударопрочного слоя, содержит полиэтилен высокого давления, бутиловый каучук, технический углерод при соотношении компонентов, мас. %:
полиэтилен высокого давления
38-59,5
бутиловый каучук
40-60
технический углерод
0,5-2,0,
второй адгезионный слой, нанесенный на другую поверхность внутреннего ударопрочного слоя, содержит бутиловый каучук, полиэтилен высокого давления, нефтеполимерную смолу, битум изоляционный, битум резинотехнический, тальк, оксид цинка, технический углерод при соотношении компонентов, мас. %:
бутиловый каучук
22,3-40
полиэтилен высокого давления
2-5
нефтеполимерная смола
12-20
битум изоляционный
10-25
битум резинотехнический
3-7
тальк
22-28
оксид цинка
1-2
технический углерод
0,2-0,5,
грунтовочный слой содержит бутиловый каучук, нефтеполимерную смолу, битум изоляционный, битум резинотехнический, тальк, оксид цинка, технический углерод при соотношении компонентов, мас. %:
бутиловый каучук
25-40
нефтеполимерная смола
12-18
битум изоляционный
15-25
битум резинотехнический
3-7
тальк
22-28
оксид цинка
1-2
технический углерод
0,5-1,5,
см. RU Патент 2368840, МПК F16L 58/04 (2006.01), 2009.
Недостатком данного многослойного изоляционного покрытия является недостаточная стойкость к катодному отслаиванию.
Технической проблемой является недостаточная стойкость к катодному отслаиванию многослойного изоляционного покрытия.
Техническая проблема повышение стойкости к катодному отслаиванию многослойного изоляционного покрытия решается тем, что многослойное изоляционное покрытие, содержащее последовательно расположенные наружный ударопрочный слой, внутренний дополнительный слой, нанесенный на наружный ударопрочный слой, первый внутренний адгезионный слой, нанесенный на дополнительный слой наружного ударопрочного слоя, внутренний ударопрочный слой, адгезионный слой, дополнительно нанесенный на поверхность внутреннего ударопрочного слоя, второй адгезионный слой, нанесенный на другую поверхность внутреннего ударопрочного слоя, и грунтовочный слой, при этом наружный ударопрочный слой содержит полиэтилен высокого давления, полиэтилен низкого давления, модифицированные облучением ускоренными электронами, до содержания гель-фракции 40-75%, термостабилизатор и технический углерод при следующем соотношении компонентов, мас. %:
указанный полиэтилен высокого давления
70-80
указанный полиэтилен низкого давления
17,2-28,8
термостабилизатор
0,2-0,3,
технический углерод
1,0-2,5,
внутренний дополнительный слой, нанесенный на наружный ударопрочный слой, содержит полиэтилен высокого давления, полиэтилен низкого давления, бутиловый каучук и технический углерод при соотношении компонентов, мас. %:
полиэтилен высокого давления
28-45
полиэтилен низкого давления
10-34,5
бутиловый каучук
35-45
технический углерод
0,5-2,0,
первый внутренний адгезионный слой, нанесенный на дополнительный слой наружного ударопрочного слоя, содержит бутиловый каучук, полиэтилен высокого давления, нефтеполимерную смолу, битум изоляционный, битум резинотехнический, оксид цинка, технический углерод, тальк при соотношении компонентов, мас. %:
бутиловый каучук
25-35
полиэтилен высокого давления
2,5-3,5
нефтеполимерная смола
13-20
битум изоляционный
15-25
битум резинотехнический
3-7
оксид цинка
1-2
технический углерод
0,5-1,0
тальк
6,5-40,
внутренний ударопрочный слой содержит полиэтилен высокого давления, полиэтилен низкого давления, бутиловый каучук, технический углерод при соотношении компонентов, мас. %:
полиэтилен высокого давления
53,5-76,5
полиэтилен низкого давления
13-29,5
бутиловый каучук
10-15
технический углерод
0,5-2,0,
адгезионный слой, дополнительно нанесенный на поверхность внутреннего ударопрочного слоя, содержит полиэтилен высокого давления, бутиловый каучук, технический углерод при соотношении компонентов, мас. %:
полиэтилен высокого давления
38-59,5
бутиловый каучук
40-60
технический углерод
0,5-2,0,
второй адгезионный слой, нанесенный на другую поверхность внутреннего ударопрочного слоя, содержит бутиловый каучук, полиэтилен высокого давления, нефтеполимерную смолу, битум изоляционный, битум резинотехнический, тальк, оксид цинка, технический углерод при соотношении компонентов, мас. %:
бутиловый каучук
22,3-40
полиэтилен высокого давления
2-5
нефтеполимерная смола
12-20
битум изоляционный
10-25
битум резинотехнический
3-7
тальк
22-28
оксид цинка
1-2
технический углерод
0,2-0,5,
согласно изобретению грунтовочный слой изоляционного покрытия, содержащий бутиловый каучук, нефтеполимерную смолу, битум изоляционный, битум резинотехнический, тальк, оксид цинка, технический углерод, дополнительно содержит эпокси-уретановый олигомер, сополимер этилена и бутилакрилата и низкомолекулярный сополимер этилена с винилацетатом, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
бутиловый каучук
25-40
нефтеполимерная смола
11-17
битум изоляционный
15-21
битум резинотехнический
3-7
тальк
20-25
оксид цинка
1-2
технический углерод
0,5-1,5
эпокси-уретановый олигомер
0,5-1,5
сополимер этилена и бутилакрилата
1-2
низкомолекулярный сополимер
этилена с винилацетатом
2-4.
Решение технической задачи позволяет создать многослойное изоляционное покрытие холодного нанесения для антикоррозионной изоляции стальных трубопроводов при строительстве и ремонте в трассовых условиях, превосходящее по стойкости к катодному отслаиванию в 1,5 раза.
Для лучшего понимания изобретения приводим примеры конкретного выполнения.
Примеры конкретного выполнения по заявляемому объекту.
Пример 1. На экструдере с плоскощелевой головкой из состава, содержащего, мас. %: полиэтилен высокого давления марки 153 - 70, полиэтилен низкого давления марки 273 - 28,8, термостабилизатор марки Ирганокс 1010 - 0,2 и технический углерод марки ПМ-100 - 1, получают ленту наружного ударопрочного слоя, после чего ее облучают ускоренными электронами до содержания гель-фракции 40%, осуществляя сшивку молекул полиэтилена. Затем на облученную ленту наружного ударопрочного слоя экструзией через плоскощелевую головку наносят внутренний дополнительный слой, содержащий, мас. %: полиэтилен высокого давления марки 153 - 28, полиэтилен низкого давления марки 273 - 26,5, бутиловый каучук марки БК-1570С - 45, технический углерод марки ГТМ-100 - 0,5. На неохлажденный внутренний дополнительный слой затем экструдируют первый внутренний адгезионный слой, содержащий, мас. %: бутиловый каучук марки БК-1570С - 25, полиэтилен высокого давления марки 153 - 2,5, нефтеполимерную смолу марки Эскорец 1401 - 13, битум изоляционный марки БН5 - 15, битум резинотехнический марки Г - 3, оксид цинка - 1, технический углерод марки ПМ-100 - 0,5, тальк - 40, с последующей его прикаткой. Первый внутренний адгезионный слой защищают антиадгезивной лентой и сматывают полученную трехслойную ленту, называемую наружной оберткой, в рулон.
Затем на экструдере с плоскощелевой головкой из состава, содержащего, мас. %: полиэтилен высокого давления марки 153 - 53,5, полиэтилен низкого давления марки 273 - 29,5, бутиловый каучук марки БК-1570С - 15 и технический углерод марки ПМ-100 - 2, получают ленту внутреннего ударопрочного слоя, на которую соэкструзией наносят: на поверхность дополнительно адгезионный слой, содержащий, мас. %: полиэтилен высокого давления марки 153 - 59,5, бутиловый каучук марки БК-1570С - 40, технический углерод марки ПМ-100 - 0,5; на другую поверхность ударопрочного слоя наносят второй адгезионный слой, содержащий, мас. %: бутиловый каучук марки БК-1570С - 22,3, полиэтилен высокого давления марки 153-5, нефтеполимерная смола марки Эскорец 1401 - 17,2, битум изоляционный марки БН5 - 25, битум резинотехнический марки Г - 7, тальк - 22, оксид цинка - 1, технический углерод марки ПМ-100 - 0,5, с последующей его прикаткой. Второй внутренний адгезионный слой защищают антиадгезивной лентой и сматывают полученную трехслойную ленту, называемую внутренней лентой, в рулон.
Грунтовочный слой, содержащий, мас. %: бутиловый каучук марки БК-1570С - 25, нефтеполимерную смолу марки Эскорец 1401 - 17, битум изоляционный марки БН5 - 21, битум резинотехнический марки Г - 7, тальк - 20, оксид цинка - 1,5, технический углерод марки ПМ-100 - 1,5 эпокси-уретановый олигомер марки ПЭФ-3А - 1,0, сополимер этилена и бутилакрилата Lotryl35BA320 - 2, низкомолекулярный сополимер этилена с винилацетатом по ТУ 2211-224-00203335-2015 - 4, готовят следующим образом: компоненты загружают в закрытый смеситель и при температуре 160°С проводят смешение, затем смесь экструдируют в виде жгута, охлаждают, измельчают и растворяют в толуоле в пропорции 1:5.
Многослойное защитное покрытие формируют следующим образом. На очищенную поверхность трубы наносят грунтовочный слой, а после испарения толуола с помощью намоточной машины на трубу наматывают (с удалением антиадгезивной ленты) внутреннюю ленту, включающую ударопрочный слой, адгезионный слой, дополнительно нанесенный на поверхность внутреннего ударопрочного слоя, и второй адгезионный слой, нанесенный на другую поверхность внутреннего ударопрочного слоя, вторым адгезионным слоем к грунтовочному слою. Затем поверх нанесенной ленты с помощью намоточной машины наматывают (с удалением антиадгезивной ленты) наружную обертку, включающую наружный ударопрочный слой, внутренний дополнительный слой и первый внутренний адгезионный слой. При этом первый внутренний адгезионный слой наружного ударопрочного слоя оказывается прочно соединенным с адгезионным слоем, дополнительно нанесенным на поверхность внутреннего ударопрочного слоя. Толщина покрытия составляет 2,4-2,5 мм.
Примеры 2, 3 осуществляют аналогично примеру 1.
Пример 4 осуществляют аналогично примеру 1, в качестве полиэтилена берут полиэтилен высокого давления марки 168 и полиэтилен низкого давления марки 276, в качестве термостабилизатора полиэтилена - термостабилизатор марки Фенозан, в качестве бутилового каучука - бутиловый каучук марки БК-1675Н, в качестве технического углерода - технический углерод марки П234, в качестве нефтеполимерной смолы - нефтеполимерную смолу марки Эскорец 1310, в качестве битума изоляционного - битум изоляционный марки БН70/30, в качестве битума резинотехнического - битум резинотехнический марки А-10.
Пример 5 осуществляют аналогично примеру 2, в качестве полиэтилена берут полиэтилен высокого давления марки 158 и полиэтилен низкого давления марки ПЭ80, в качестве термостабилизатора полиэтилена - термостабилизатор марки Диафен ФП, в качестве бутилового каучука - бутиловый каучук марки БК-1675Н, в качестве технического углерода - технический углерод марки ПМ-254, в качестве нефтеполимерной смолы - нефтеполимерную смолу марки Пиропласт, в качестве битума изоляционного - битум изоляционный марки БН90/10, в качестве битума резинотехнического - битум резинотехнический марки Б.
Пример 6 осуществляют аналогично примеру 3, в качестве полиэтилена берут полиэтилен высокого давления марки 108 и полиэтилен низкого давления марки 271, в качестве термостабилизатора полиэтилена - термостабилизатор марки Диафен НН, в качестве бутилового каучука - бутиловый каучук марки ХБК-139, в качестве технического углерода -технический углерод марки ПМ-50, в качестве нефтеполимерной смолы - нефтеполимерную смолу марки Химпласт, в качестве битума изоляционного - битум изоляционный марки БН4, в качестве битума резинотехнического - битум резинотехнический марки А.
Составы слоев покрытия по примерам 1-6 представлены в таблице 1.
Свойства покрытия по примерам 1-6 представлены в таблице 2.
1. Адгезионную прочность к стали определяют методом отслаивания по ГОСТ Р 51164-98.
2. Стойкость к катодному отслаивания определяют при 40°С по ГОСТ Р 51164-98.
3. Ударную прочность определяют по ГОСТ Р 51164-98.
4. Адгезию между слоями покрытия определяют на разрывной машине «Инстрон» расслаиванием покрытия между первым внутренним адгезионным и дополнительным адгезионным слоями при скорости расслаивания 10 мм/мин.
2
2
5. Сопротивление сдвигу определяют по методике ВНИИСТ: «Методика определения сопротивления сдвиговым деформациям для лент холодного нанесения». На металлическую пластину из стали, соответствующей классу 4 (ГОСТ 2789-75), наносят ровным слоем грунтовку в количестве, рекомендуемом для применения в производственных условиях, на невысохшую загрунтованную поверхность накладывают подклеивающим слоем вниз образец изоляционной ленты размером 50×60 мм, затем к основе ленты прикладывают равномерно распределенное давление по всей площади образца, равное 0,2 кг/см, и выдерживают при 20°С один час, после чего к основе ленты прикладывают касательную силу 0,9 кг, развивающую усилие сдвига, равное 0,03 кг/см. Величину смещения основы ленты относительно металлической пластины измеряют через 30 минут после приложения касательной силы. О сопротивлении сдвигу судят по скорости смещения, рассчитываемой путем деления величины смещения на время (30 мин).
6. Контроль содержания гель-фракции наружного ударопрочного слоя на основе полиэтиленов низкого и высокого давления осуществляли путем экстракции образца в кипящем n-ксилоле в течение 24 часов с последующей сушкой до постоянного веса.
Как следует из примеров конкретного выполнения, многослойное изоляционное покрытие по заявляемому объекту превосходит покрытие по прототипу по стойкости к катодному отслаиванию в 1,5 раза, которая является важным базовым показателем, позволяющим оценить, насколько вообще покрытие защищает поверхность от коррозии, а так же сохранность целостности и работоспособности всего покрытия.