ПРОТИВОКОРРОЗИОННЫЙ МАСТИЧНЫЙ МАТЕРИАЛ
ANTI-CORROSION MASTIC MATERIAL

Изобретение относится к промышленному строительству и может быть использовано для защиты от коррозии наружных поверхностей магистральных и нефте-, газо-, продуктопроводов и трубопроводов различного назначения и резервуаров, а также как ремонтный материал для изоляции повреждений основной изоляции.
Антикоррозионные покрытия должны обеспечивать защиту трубопроводов от коррозии на весь период их эксплуатации. Защитные покрытия, используемые для гидроизоляции и защиты металла от коррозии, как правило, содержат битум, растворитель, наполнитель и модифицирующие добавки, которые способствуют повышению физико-механических, антикоррозионных свойств составов. Химическая природа таких компонентов весьма разнообразна.
Известна битумно-полимерная защитная композиция [1], которая содержат битум, растворитель, а также добавки, содержащие, твердые углеводороды, ингибитор коррозии, полиэтилен или полиэтиленгликоль, серу, воду, поливиниловый спирт.
Известны мастики, используемые для гидроизоляции и защиты металла от коррозии, содержащие битум, наполнители, добавки, содержащие низкомолекулярные каучуки [2], или пластикат на основе каучуков [3], или резиновую крошку [4].
Известен битумный состав [5], который содержит битум, растворитель и модифицирующие добавки: одноатомный спирт и малеиновый или фталиевый ангидрид.
Недостатками таких составов по комплексу защитных свойств является недостаточно высокая адгезия к металлу и довольно высокая температура хрупкости. При эксплуатации изоляционных покрытий на основе вышеуказанных составов наблюдаются нарушения антикоррозионной защиты трубопроводов: появление трещин, отслоений, сколов, разрывов.
Удовлетворительными защитными свойствами обладают составы, включающие нефтеполимеры, которые сочетают положительные свойства полимеров и битумов: механическая прочность и достаточно высокая пластичность, с более высокой, чем у битума адгезией к металлу.
Известен состав [6], содержащий продукт поликонденсации фракции асфальт пропановой деасфальтизации гудрона с отходами производства изопрена.
Известна гидроизоляционная мастика [7], содержащая брикетин - продукт пропановой деасфальтизации нефтяных остатков.
Известен битумполимерный состав для приклеивания и гидроизоляции [8], который содержит асфальт деасфальтизации гудрона западно-сибирской нефти или гудрон западно-сибирской нефти.
Одним из основных недостатков таких покрытий является то, что они в значительной степени подвержены термоокислительной деструкции. Кроме того, такие составы обладают достаточно высокой степенью водопоглощения, которая со временем усиливается, что является одной из причин снижающих их эксплуатационные свойства.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является битумно-полимерная мастика «Транскор» для защиты от коррозии труб, нефте-, продукте- и газопроводов, включающая битум, дивинилстирольный термоэластопласт, пластификатор (индустриальное масло И-40А), модификатор (каучук ПБН) [9, прототип].
Однако данный состав не обеспечивает достаточно высокую степень адгезии к металлическим поверхностям, обладает узким диапазоном температур при использовании без подогрева, при нанесении при низких температурах теряет свою пластичность.
Технической задачей данного изобретения является устранение недостатков прототипа и дополнительное улучшение эксплуатационных свойств, в частности стабилизация адгезии при увеличении диапазона температур, увеличение адгезии состава к поверхности металла с течением времени, сохранение высокой пластичности и защитных свойств при длительной эксплуатации, возможность использования противокоррозионного мастичного материала в качестве ремонтного для изоляции повреждений основной изоляции без высокой степени подготовки поверхности металла перед нанесением.
Поставленная техническая задача достигается за счет того, что противокоррозионный мастичный материал, включающий битум, асфальтосмолистые соединения, растворитель, дивинилстирольный термоэластопласт, пластификатор, модифицирующие добавки, согласно изобретению в качестве битума содержит битум нефтяной с температурой по методу КиШ не менее 90°С, пластификатора - рапсовое или индустриальное масло, растворителя - нефрас АР-120-200, модифицирующих добавок - мел и клей АС-М, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Битум
3-5
Асфальтосмолистые соединения
65-84
Растворитель нефрас
5
Термоэластопласт
2-7
Мел
1
Пластификатор
4-12
Клей АС-М
1-5.
Асфальто-смолистые соединения - это продукт сополимеризации кубовых остатков производства изопрена с АСВ асфальта пропановой деасфальтизации гудрона в присутствии серной кислоты, которая играет роль катализатора и сульфирующего агента. Высокая концентрация парамагнитных центров и наличие компонентов с разветвленной системой двойных связей, а также участков с делокализацией π-электронов означает возможность применения асфальтосмолистых олигомеров в качестве стабилизаторов полимеров и пластмасс в процессах термической, фотохимической и радиохимической деструкции [10].
В предлагаемом противокоррозионном мастичном материале, агентом, обеспечивающим высокую степень адгезии, выступают сульфоновые группы, содержащиеся в асфальтосмолистых соединениях. Содержащиеся в противокоррозионном мастичном материале асфальтосмолистые соединения также обеспечивают совместимость данного состава с широким спектром материалов (кровельные покрытия, строительные конструкции), возможность нанесения материла на поверхность без предварительного подогрева.
Клей АС-М (антикоррозионная клеевая композиция) представляет собой раствор резиновой смеси на основе бутилкаучука и нефтеполимера Асмол в бензине растворителе для резиновой промышленности обладает адгезивными и антикоррозионными свойствами и используется как клеевой слой при производстве липких лент или при приклеивании полимерных материалов к металлической поверхности [11].
Мел представляет собой разновидность слабоцементированной мажущейся тонкозернистой карбонатной породы. Молотый мел широко применяется в качестве дешевого материала для побелки, окраски заборов, стен, бордюров, для защиты стволов деревьев от солнечных ожогов.
Мел применяют в лакокрасочной промышленности, резиновой, бумажной, в сахарной промышленности - для очистки свекловичного сока, для производства вяжущих веществ, в стекольной промышленности, для производства спичек. Мел используется для письма на больших досках для общего обозрения (например, в школах). При недостатке кальция медицинский мел может быть прописан как добавка к пище [12].
Битумы нефтяные - искусственные, остаточные продукты переработки нефти, имеющие твердую или вязкую консистенцию и состоящие из углеводородов и гетероатомных (кислородных, сернистых, азотистых, металлсодержащих) соединений. В состав нефтяных битумов входят следующие группы веществ, различающихся по растворимости: асфальтены, асфальтогеновые кислоты, нейтральные смолы, нефтяные масла, карбены, карбоиды. Асфальтены обуславливают твердость и высокую температуру размягчения битума, смолы - его эластичность и цементирующие свойства, масла - морозостойкость [13, 14].
Растворитель нефрас (сольвент нефтяной тяжелый) - это ароматический растворитель, используемый при производстве лаков, красок и эмалей [15].
Термоэластопласты (термопластичные эластомеры), полимерные материалы, обладающие в условиях эксплуатации высокоэластичными свойствами, характерными для эластомеров, а при повышенных температурах обратимо переходящие в пластическое или вязкотекучее состояние. Свойства термоэластопластов обусловлены особенностями их структуры - образованием двухфазной системы вследствие термодинамической несовместимости гомополимеров, образующих жесткие блоки термопласта (например, полистирола, полиэтилена, полибутилентерефталата и т.п.) и эластичные блоки (например, полибутадиена, полиизопрена, полиоксиалкиленгликоля, сополимеров этилена с пропиленом и т.п.) в макромолекуле термоэластопластов. Отсутствие химических связей между цепями полимеров обусловливает их текучесть при повышенных температурах и для получения изделий позволяет использовать литье под давлением, экструзию, вакуум-формование, пневмоформование и т.д. [16, 17, 18].
Пластификаторы - низкомолекулярные органические вещества, которые, будучи введенными в полимер на стадии его приготовления, уменьшают взаимодействие между соседними макромолекулами. Пластификаторы вводят в состав полимерных материалов для придания (или повышения) эластичности и (или) пластичности при переработке и эксплуатации [19, 20].
Предлагаемый противокоррозионный мастичный материал обладает следующими преимуществами.
1. В отличие от прототипа, где в качестве модификатора использован каучук, в противокоррозионном материале как модификатор используется клей АС-М, который содержит каучуковую крошку, что удешевляет состав.
2. Клей АС-М также играет роль агента, увеличивающего адгезию, за счет обеспечения первичной адгезии материала к поверхности.
3. В состав противокоррозионного мастичного материала дополнительно включен мел, как компонент, снижающий водопоглощающую способность предлагаемого состава.
При приготовлении противокоррозионного мастичного материала загрузка компонентов состава проводится при температуре 130-150°С. Противокоррозионный мастичный материал получают гомогенизацией смеси 16-24 часов при 130-150°С.
Покрытие противокоррозионным мастичным материалом может быть проведено механизированным или ручным способом, без предварительного подогрева, что существенно облегчает его использование в условиях трассы. При использовании его в качестве ремонтного материала для основной изоляции не требуется высокой степени подготовки поверхности металла перед нанесением.
В ходе исследований были получены и испытаны варианты мастичного материала, из которых были выбраны оптимальные.
Содержание компонентов в приведенных примерах указано в мас.%.
Пример 1
Битум
5
Асфальтосмолистые соединения
67
Растворитель нефрас
5
Термоэластопласт
7
Мел
1
Пластификатор
12
Клей АС-М
3
Пример 2
Битум
3
Асфальтосмолистые соединения
76
Растворитель нефрас
5
Термоэластопласт
4
Мел
1
Пластификатор
6
Клей АС-М
5
Пример 3
Битум
3
Асфальтосмолистые соединения
84
Растворитель нефрас
5
Термоэластопласт
2
Мел
1
Пластификатор
4
Клей АС-М
1
В таблице 1 приведены показатели качества покрытия противокоррозионным мастичным материалом. Испытания проводились согласно требований ГОСТ Р 51164-98 [21].
Таблица 1.
Результаты испытания противокоррозионного мастичного материала
Наименование показателя
Норма по ГОСТ Р 51164-98
Противокоррозионный мастичный материал
Мастика битумно-полимерная изоляционная (прототип)
пример 1
пример 2
пример 3
Внешний Вид
Однородная масса черного цвета без видимых включений
Соответствует
Соответствует
Соответствует
Соответствует
Глубина проникновения иглы, 0,1 мм, при 25°С, не менее
35
59
64
66
25±5
Адгезия к стали при 20°С, МПа/м<sup>2</sup>, не менее
0,2
0,39
0,35
0,29
0,2
Таким образом, предлагаемый состав противокоррозионного мастичного материала долговечен, повышает эксплуатационные свойства мастичного материала за счет повышения защитных свойств, увеличения адгезии к металлу, может быть использован для защиты от коррозии наружных поверхностей магистральных и нефте-, газо-, продуктопроводов и трубопроводов различного назначения и резервуаров, а также как ремонтный материал для изоляции повреждений основной изоляции. Противокоррозионный мастичный материал обеспечивает стабильную адгезию в широком диапазоне температур, сохранение высокой пластичности и защитных свойств при длительной эксплуатации, не требует разогрева и высокой степени подготовки поверхности металла перед нанесением.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент РФ 2074211 с приоритетом от 27.05.93, кл 6 C09D 195/00 «Битумно-полимерная защитная композиция» / Пудовик С.Т., Хлебников В.Н., Матвеева И.А., Николаева Г.Г., Николаев Г.А., Елисеев А.Д.
2. Патент РФ 2136714 с приоритетом от 05.05.98, кл. 6 C09D 195/00 «Мастика» / Крамар Л.Я., Трофимов Б.Я., Объедков Е.Н., Селезнев Г.А.
3. Патент РФ 2126809 с приоритетом от 28.05.96, кл. 6 C09D 195/00, 5/08 «Битумно-резиновая изоляционная мастика» / Осеннов Р.А.
4. Патент РФ 2044021 с приоритетом от 23.04.92, кл. 6 C09 D 195/00, 5/08 «Способ получения антикоррозионного состава» / Компанеец В.Г., Белоконь Н.Ю., Америк Ю.Б., Шабалина Л.Н., Серебровский Я.К.
5. Патент РФ 2044020 с приоритетом от 14.04.92, кл. 6 C09 D 195/00 «Состав для покрытия» / Шпербер Р.Е.
6. Патент РФ 2003919 с приоритетом от 28.01.91, кл. 5 F16L 58/04 «Антикоррозионное покрытие» / Гладких И.Ф., Рамеев М.К., Загретдинова Н.М., Мочалов А.А., Пестриков С. В., Доломатов М.Ю., Юсупов Э.А., Ситюк В.И.
7. Патент РФ 2069224 с приоритетом от 11.01.05, кл. 6 C09D 195/00 «Гидроизоляционная мастика» / Потапов В.А. Кошкаров Е.В., Кондратов В.К., Кошкаров В.Я., Кошкаров А.В., Мельник А.И.
8. Патент РФ 2276678 с приоритетом от 11.01.05, кл. C08L 95/00, C09D 195/00, C09J 195/00 «Битумполимерный состав для приклеивания и гидроизоляции» / Коробкова В.М., Александрова С.Л., Хабибуллин С.Г.
9. Патент РФ 2192578 с приоритетом от 10.30.01, кл. 7 F16L 58/12 «Мастика битум-полимерная «Транскор» для труб» / Денисов В.Г., Хлопцев В.А., Шейко Г.Н., Сагателян Р.Т., Серафимович В.Б., Агафонов В.В. (прототип).
10. М.Ю. Доломатов, С. В. Пестриков, Э.А. Юсупов, С.А. Александрова «Асфальтосмолистые олигомеры. Применение и физико-химические свойства». - ЦНИИТЭнефтехим, 1992. - 62 с.
11. ТУ 2513-032-16802026-2007. «Антикоррозионная клеевая композиция (клей АС-М)».
12. ГОСТ 17498-72. «Мел. Виды марки и основные технические требования».
13. http://ru.wikipedia.org/wiki
14. ГОСТ 6617-76. «Битумы нефтяные строительные. Технические условия».
15. ТУ 38.101809-90. «Сольвент нефтяной тяжелый (Нефрас-А 120/200)».
16. http://www.xumuk.ru/encyklopedia
17. Гохман Л.М., Басурманова И.В., Радовский Б.С., Мозговой В.В. Применение полимерно-битумного вяжущего на основе ДСТ. - Автомобильные дороги. - 1989. - №7. - С.12-14.
18. Гохман Л.М. Подбор состава полимернобитумного вяжущего (ПБВ) // Автомобильные дороги. - 1995. - №10-11. - С.22-24.
19. Кербер М.Л. Химический энциклопедический словарь. Гл. ред. И.Л.Кнунянц. - М.: Советская энциклопедия, 1983 - 792 с.
20. ГОСТ 8988-2002. «Масло рапсовое. Технические условия».
21. ГОСТ Р 51164-98. «Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии».