СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАЩИТНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО ТЕРМОПЛАСТИЧНОГО ПОКРЫТИЯ И СПОСОБ ЕГО НАНЕСЕНИЯ
METHOD OF OBTAINING PROTECTIVE COMPOSITE THERMOPLASTIC COATING AND METHOD OF THEREOF APPLICATION

Изобретение относится к химии и полимерным композиционным материалам для защиты труб.
Известен способ нанесения полимерного покрытия на металлическую трубу, при котором посредством экструзии формуют из полимера с повышенными адгезионными свойствами (адгезива) и второго полимера с необходимыми эксплуатационными свойствами трубчатые оболочки и наносят их на внутреннюю и наружную поверхности трубы [1. Патент США N4370186, кл. B29D 23/04, 1983]. Однако применение адгезива не гарантирует достаточно надежного сцепления полимера с металлической трубой. Это объясняется тем, что формование трубчатых оболочек из адгезива и полимера осуществляется вне зоны нанесения этих оболочек на поверхности металлической трубы, т.е. без приложения значительных удельных давлений в зонах непосредственного вхождения в контракт адгезива с поверхностью металлической трубы и полимера с адгезивом. Способ предполагает первоначальное формование двухслойного покрытия (адгезив наносится на полимер) и дальнейшее его нанесение на поверхность металлической трубы: на наружную поверхность за счет естественной усадки при охлаждении, а на внутреннюю - за счет сжатого воздуха, нагнетаемого внутрь оболочек. Так как скорость полимеризации адгезива может превышать скорость линейной усадки покрытий, то взаимодействие покрытий адгезива с поверхностью металлической трубы носит пятнистый характер, а в угловые зоны шва металлической трубы, кромки которой сварены внахлест, адгезив может вообще не проникать. Это снижает прочность сцепления полимера с поверхностями металлической трубы и прочность последней в целом. Кроме того, использование данного способа для нанесения полимерного покрытия на трубы, например, изготовленные из тонкой (0,2 мм) алюминиевой ленты, позволяет калибровать только толщину наносимого покрытия, но не окончательные размеры диаметров металлополимерной трубы, что объясняется низкими прочностью и поперечной устойчивостью металлической трубы и невозможностью приложения значительных радиальных усилий для калибровки.
Из уровня техники известны способы нанесения трехслойного покрытия для защиты внешней поверхности стальных труб, предназначенных для строительства и газопроводов, магистральных нефтепроводов, нефтепродуктопроводов подземной и подводной прокладки, для строительства защитных кожухов переходов нефтепроводов и нефтепродуктопроводов через естественные и искусственные преграды.
Система состоит из:
- слоя порошкового эпоксидного праймера (толщина 60-200 мкм). Примерами используемых эпоксидных праймеров могут быть Eurokote 712РР, Karumel EX4413-L300, Scotchkote (http://www.ecpl.ru/articles/coat.pdf);
- адгезионного слоя, вступающего в реакцию с эпоксидным праймером (толщина 200-400 мкм). Примерами используемых адгезивов могут быть Метален АПЭ-1, Borcoat МЕ0433, YUHWA HIDEN А015Е, Orevac 18342N (http://www.optomvse.ru/building/m/24248l_138_truby_pnd_.html, а также http://innoprod.646/);
- наружного полиэтиленового слоя толщиной 1,5-3,0 мм. Примерами используемых материалов могут быть Метален ПЭ-1, YUHWA HIDEN Р601 (http://www.optomvse.ru/building/rn/24248l_138_truby_pnd_.html, а также http://innoprod.startbase.ru/products/23646/).
Известно устройство и способ для нанесения полимерного покрытия на металлическую трубу, содержащее внешнюю экструзионную головку с осевым отверстием для прохода металлической трубы и внутреннюю экструзионную головку, выполненную в виде цилиндрической втулки, в полости которой смонтирован с зазором сердечник, при этом в каждой экструзионной головке выполнены по две камеры для формования оболочек покрытий, одна из которых сообщена каналом с источником нагнетания расплава адгезива, а другая - с источником нагнетания расплава полимера [2. Патент США N4911778, кл. B29D 23/04, 1990]. Однако в известном устройстве в экструзионных головках отсутствуют элементы для калибрования диаметров металлополимерной трубы, имеют место большие теплопотери при транспортировке расплавов полимеров, низкая жесткость цилиндрической втулки и сердечника, а также необходимость тщательного согласования скоростей истечения оболочек покрытия со скоростью протягивания металлической трубы.
Известен способ нанесения полимерного покрытия на металлическую трубу, при котором посредством экструзии осуществляют нанесение расплава адгезива и полимера на поверхности трубы, протягиваемой в продольном направлении, и формование трубчатых оболочек из адгезива и полимера [3. Патент ФРГ N4225011, кл. В29С 47/02, 1994].
Техническим результатом является возможность получения композиции, обладающей надежными защитными качествами, а также высокими адгезионными - для оперативного нанесения в любых условиях.
Технический результат достигается тем, что способ получения защитного композиционного термопластичного покрытия включает расплавление смеси гомо- или сополимеров пропилена и этилена и/или этиленпропиленового каучука, а также этилена, привитого функциональным мономером, таким как карбоновая кислота и ее производное, такое как малеиновая кислота, включающий привитие мономера в количестве, контролируемом инфракрасной спектроскопией и достаточном для получения в итоговой композиции 0,1-0,5 мас.ч. малеинового ангидрида, путем нагревания полимеров при 150-280°C в присутствии радикального инициатора, выбранного из ряда - гидропероксид третбутила, гидропероксид кумола, диизопропилбензолгидропероксид, пероксид ди-трет-бутила, пероксид трет-бутилкумола, пероксид метилэтилкетона, последующее перемешивание компонентов с добавками красителя и комплекса стабилизаторов, таких как пентаэритрол тетракис-3-(3,5-дитретбутил-4-гидроксифенил)пропионат; 2,6-ди-трет-бутил-пара-крезол; трис(2,4-ди-трет-бутилфенил)фосфит; дистерил тиодипропионат, температура расплава при этом должна быть 100-250°С.
Следует пояснить, что комплекс стабилизаторов может быть выбран в любом сочетании упомянутых веществ.
Технический результат достигается также и вторым изобретением из заявленной группы - способом нанесения защитного композиционного термопластичного покрытия экструзией, включающим обработку наружной поверхности труб от жировых загрязнений струйно-абразивным способом и очищенную поверхность труб подвергают предварительной химической обработке, такой как хроматирование, нагревают трубы до температуры не более 250°C и наносят эпоксидный праймер, после чего экструдированием наносят слой термопластичного покрытия покрытия, полученного способом по п.1 при температуре расплава на выходе из экструдера 240-250°C.
ПРИМЕР 1.
Продукт с названием Метален ПЭ-21, полученный расплавлением смеси сополимеров пропилена, и этилена, и этиленпропиленового каучука, а также этилена, привитого функциональным мономером, таким как карбоновая кислота, и ее производное, такое как малеиновая кислота.
Привитие мономера осуществлено в количестве, контролируемом инфракрасной спектроскопией.
Получено в итоговой композиции 0,1 мас.ч. малеинового ангидрида путем нагревания полимеров при 150°C в присутствии радикального инициатора, выбранного из ряда - гидропероксид третбутила, гидропероксид кумола, диизопропилбензолгидропероксид, пероксид ди-трет-бутила, пероксид трет-бутилкумола, пероксид метилэтилкетона, последующее перемешивание компонентов с добавками красителя и комплекса стабилизаторов, таких как пентаэритрол тетракис-3-(3,5-дитретбутил-4-гидроксифенил)пропионат; 2,6-ди-трет-бутил-пара-крезол; трис(2,4-ди-трет-бутилфенил)фосфит; дистерил тиодипропионат, температура расплава при этом была 100°C.
В качестве красителей допустимо использование широко применяемых в настоящее время известных пигментных паст или и гранулированных красителей. Цвета и оттенки пигментных паст могут соответствовать таблице цветов RAL. Например, пигментные пасты разной вязкости, совместимые со сложными полиэфирами, или гранулированные красители, которые не оказывают влияния на физико-механические показатели конечного продукта.
Затем полученную композицию наносили в виде защитного композиционного термопластичного покрытия.
Обрабатывали наружную поверхность труб от жировых загрязнений струйно-абразивным способом. Очищенную поверхность труб подвергают предварительной химической обработке, такой как хроматирование, нагревают трубы до температуры не более 250°С и наносят эпоксидный праймер, после чего экструдированием наносят слой термопластичного покрытия, полученного способом по п.1 при температуре расплава на выходе из экструдера 2400°C.
Двухслойное покрытие для защиты металлических поверхностей наносят слоями порошкового эпоксидного праймера известных марок, таких как Eurokote 712РР (в других примерах - Karamel EX4413-L300, ЭП 20 Аква, П-ЭП-0130, Flywheels Nero - 9005), и композиционного термопластичного покрытия, полученного заявленным и описанным выше способом.
ПРИМЕР 2.
Продукт с названием Метален ПЭ-21, полученный расплавлением смеси гомо-полимеров пропилена, и этилена, и этиленпропиленового каучука, а также этилена, привитого функциональным мономером, таким как карбоновая кислота, и ее производное, такое как малеиновая кислота.
Привитие мономера осуществляют в количестве, контролируемом инфракрасной спектроскопией.
Получено в итоговой композиции 0,5 мас.ч. малеинового ангидрида путем нагревания полимеров при 280°C в присутствии радикального инициатора - гидропероксид третбутила (гидропероксид кумола, диизопропилбензолгидропероксид, пероксид ди-трет-бутила, пероксид трет-бутилкумола, пероксид метилэтилкетона), последующее перемешивание компонентов с добавками красителя (описанных в Примере 1) и комплекса стабилизаторов, таких как пентаэритрол тетракис-3-(3,5-дитретбутил-4-гидроксифенил)пропионат и дистерил тиодипропиона, температура расплава при этом ссотавляла 250°C.
Затем полученную композицию наносили в виде защитного композиционного термопластичного покрытия.
Обрабатывали наружную поверхность труб от жировых загрязнений струйно-абразивным способом. Очищенную поверхность труб подвергают предварительной химической обработке, такой как хроматирование, нагревают трубы до температуры 250°C и наносят эпоксидный праймер, после чего экструдированием наносят слой термопластичного покрытия, полученного способом по п. 1 при температуре расплава на выходе из экструдера 250°C.
Двухслойное покрытие для защиты металлических поверхностей наносят слоями порошкового эпоксидного праймера Flywheels Nero - 9005, и композиционного термопластичного покрытия, полученного заявленным и описанным выше способом.
ПРИМЕР 3.
Продукт Метален ПЭ-21, полученный расплавлением смеси этиленпропиленового каучука и этилена, привитого функциональным мономером, таким как карбоновая и малеиновая кислоты, включающий привитие мономера в количестве, контролируемом инфракрасной спектроскопией и достаточном для получения в итоговой композиции 0,3 мас.ч. малеинового ангидрида, путем нагревания полимеров при 200°C в присутствии радикального инициатора, выбранного из ряда пероксид ди-трет-бутила, последующее перемешивание компонентов с добавками красителя и комплекса стабилизаторов 2,6-ди-трет-бутил-пара-крезол; трис(2,4-ди-трет-бутилфенил)фосфит; дистерил тиодипропионат, температура расплава при этом 210°C.
Затем полученную композицию наносили в виде защитного композиционного термопластичного покрытия.
Обрабатывали наружную поверхность труб от жировых загрязнений струйно-абразивным способом. Очищенную поверхность труб подвергают предварительной химической обработке, такой как хроматирование, нагревают трубы до температуры не более 2300°C и наносят эпоксидный праймер, после чего экструдированием наносят слой термопластичного покрытия, полученного способом по п.1 при температуре расплава на выходе из экструдера 245°C.
Двухслойное покрытие для защиты металлических поверхностей наносят слоями порошкового эпоксидного праймера известных марок, таких как Karamel EX4413-L300, и композиционного термопластичного покрытия, полученного описанным выше способом.