РУЛОННЫЙ МАСТИЧНЫЙ МАТЕРИАЛ НА ТЕКСТИЛЬНОЙ ЛЕНТЕ-ОСНОВЕ, ПРОПИТАННОЙ МАСТИКОЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ АСФАЛЬТОСМОЛИСТЫХ ОЛИГОМЕРОВ (ВАРИАНТЫ)
ROLLED MASTIC MATERIAL ON TEXTILE BASE TAPE IMPREGNATED WITH MASTIC USING ASPHALTIC RESINOUS OLIGOMERS (VERSIONS)

Изобретние 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.
Несмотря на то что в последние десятилетия появились новые полимерные материалы для антикоррозионной защиты трубопроводов: полиэтилен, поливинилхлорид, полипропилен, эпоксидные смолы и др., свойства мастичных материалов на основе нефтеполимеров как изоляционных материалов не теряют своей актуальности.
В настоящее время для целей изоляции и защиты от коррозии используются антикоррозионные изоляционные ленты или рулонные материалы, имеющие три слоя: основу, адгезив и антиадгезив.
Функцию защиты от коррозии несет адгезивный слой, обычно в его качестве используются мастики. Широкое использование мастик в качестве антикоррозионного материала обусловлено их пластичностью в широком диапазоне температур, низкой проницаемостью, достаточно высокой адгезией, совместимостью практически со всеми видами изоляционных материалов и т.д.
Антиадгезивный слой может быть выполнен из любого материала, обеспечивающего хранение ленты в рулоне без слипания, свободное разматывание рулона, без прилипания к мастичному слою.
Основа ленты выполняет функцию каркаса, несущего адгезивный слой. Он также выполняет функцию защиты адгезивного слоя при эксплуатации.
Известны ряд антикоррозионных лент [патент РФ №2199051, кл. 7 F16L 58/10, приоритет 03.04.2002 г.; патент РФ №68644, кл. F16L 59/10 (2006.01), приоритет 17.01.2007; патент РФ №51704, кл. F16L 59/10 (2006.01), приоритет 31.10.2005 и т.д.], где в качестве основы используется полимерный материал: термоусаживающаяся, поливинилхлоридная ленты, полиэтилентерефталатная пленка. Наряду с удовлетворительными адгезионными свойствами, эти ленты не обладают достаточно высокими прочностными характеристиками.
Известны аникоррозионные ленты, имеющие усиленную основу, например, в качестве полимерной ленты-основы используют пленку из полиэтилена или сополимера этилена с винилацетатом, электронно-химически модифицированную и одноосно ориентированную [патент РФ №50278, кл. 7 F16L 58/10, приоритет 06.06.2005]; в ленту-основу может быть дополнительно введен второй слой, выполненный из металлической, например алюминиевой, фольги, неподвижно закрепленной на наружной поверхности первого слоя из полимерной пленки [патент РФ №30921, кл. 7 F16L 59/10, приоритет 04.04.2003]. Однако себестоимость таких лент, имеющих повышенные прочностные характеристики, как правило, очень высока.
Известна антикоррозионная изоляционная лента, основа которой выполнена из стеклоткани [патент РФ 34689, кл. 7 F16L 59/10, приоритет 19.09.2003], либо стеклосетка является армирующим мастичный слой материалом [патент РФ №29572, кл. 7 F16L 58/10, приоритет 17.09.2002]. Использование стеклосетки в качестве ленты-основы не обеспечивает стабильные формообразующие качества ленты и обладает недостаточными эластичными свойствами, что в целом значительно осложняет применение данного материала при изоляции трубопроводов со сложными профильными поверхностями (сварные стыки, соединения по методу Батлера, отводы, муфтовые соединения и др.).
В качестве адгезивного слоя вышеуказанных лент используются битумно-полимерные мастики, мастики, содержащие Асмол.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является рулонный мастичный материал [патент РФ №2379575, F16L 58/12 (2006.01), приоритет 21.02.2008], содержащий основу из полимерной ленты (многослойные полиэтиленовые, термоусаживающиеся полиэтиленовые, полипропиленовые, поливинилхлоридные); мастичный слой, содержащий битум, асфальто-смолистые соединения, растворитель, термоэластопласт, пластификатор, модифицирующую добавку. В качестве антиадгезива в данном рулонном материале может использоваться фторопластовая пленка или антиадгезионные силиконизированные пленки и бумаги. Достоинствами известного рулонного материала являются высокие адгезивные свойства мастичного слоя, которые обеспечиваются различными добавками. Недостатком является недостаточная эластичность ленты-основы и отсутствие адгезии к защитному оберточному слою изоляционного покрытия.
Техническими задачами изобретения являются устранение недостатков прототипа за счет улучшения эластичности самой ленты и возможности формирования адгезивных связей с оберточным слоем, то есть формирования цельного изоляционного покрытия со сквозной адгезией слоев.
Поставленная техническая задача достигается за счет того, что рулонный мастичный материал, состоящий из основного слоя, мастичного слоя и антиадгезивного слоя, в качестве основного слоя содержит текстильную ленту-основу, которая пропитывается мастикой, при этом текстильная лента-основа представляет собой геотекстильное полотно, а мастичный слой содержит асфальто-смолистые олигомеры, термоэластопласт, пластификатор, модифицирующие добавки, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Асфальто-смолистые соединения
65-85
Термоэластопласт
6-12
Пластификатор
5-14
Клей АС-М
4-9
В мастичном слое рулонного материала в качестве асфальто-смолистых соединений используют 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 асфальто-смолистых олигомеров в качестве стабилизаторов полимеров и пластмасс в процессах термической, фотохимической и радиохимической деструкции.
В качестве модифицирующих добавок используют клей АС-М.
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 нанесении липких лент или при приклеивании полимерных материалов к металлической поверхности.
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, вакуумформование, пневмоформование и т.д.
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.
Сульфоновые группы, содержащиеся в асфальтосмолистых соединениях, являются агентом, обеспечивающим высокую степень адгезии к металлической поверхности трубопровода. Асфальтосмолистые соединения обеспечивают совместимость данного состава с широким спектром материалов (кровельные покрытия, строительные конструкции), возможность нанесения рулонно-мастичного материала на поверхность без предварительного подогрева.
Мастичный слой предлагаемого рулонного материала содержит клей АС-М как дополнительный агент, усиливающий адгезию, за счет обеспечения первичной адгезии материала к поверхности.
Таким образом, мастичный слой, используемый в предлагаемом рулонном материале, обуславливает стабильную адгезию в широком диапазоне температур, обеспечивает возможность использования рулонного мастичного материала в качестве ремонтного для изоляции повреждений основной изоляции без высокой степени подготовки поверхности металла перед нанесением, а также обеспечивает надежное заполнение околошовных зон, усиление сварного стыка («шатровые» зоны) и мест перехода к основной изоляции трубопровода.
Для предотвращения слипания мастичного материала в рулоне на мастичный слой наносится антиадгезивный материал. В качестве антиадгезивного слоя в предлагаемом рулонном материале используются силиконизированные антиадгезионные пленки и бумаги, которые представляют собой пленки и бумаги с нанесенным кремнийорганическим (силиконовым) слоем, причем покрытие силиконом с обеих сторон, т.е. пленки и бумаги с двусторонним силиконизированным покрытием, что обеспечивает повышение эксплуатационных свойств мастичного материала в целом.
Использование в качестве основы текстильной ленты, а именно геотекстильного полотна, препятствует разрушению поверхностного слоя покрытия, улучшает формообразующие качества рулонного материала за счет высоких эластичных свойств. Геотекстиль - это нетканый материал, состоящий из бесконечных полипропиленовых или полиэфирных волокон, имеющий высокие физико-механические характеристики. Геотекстильное полотно (разновидность геотекстиля) - это геосинтетика, полученная путем термического или иного механического скрепления волокон [http://www.rostecnologv.ru/].
Как было указано выше, мастичный слой заявляемого рулонного материала не наносится на основу, основа пропитывается мастичным слоем. При этом происходит незначительный переход мастичного слоя на «обратную» сторону геополотна, соответственно, антиадгезивный слой может наноситься, как с одной стороны, так и с двух сторон. Нанесение мастичного слоя на геотекстильное полотно осуществляется методом пропускания ленты-основы через расплав мастики.
Такой рулонный материал с внедренной в мастичный слой основой обеспечивает повышение прочностных характеристик, не влияя на антикоррозионные свойства рулонного материала. При использовании мастичного слоя заявляемого состава, которым пропитывается основа, в качестве основы может быть использована стеклосетка.
На поверхность трубы рулонный мастичный материал наносится как ручным способом, с использованием ручных изоляционных машин, так и механизированно - с использованием изоляционных машин в составе изоляционно-укладочных колонн.
Эксплуатационные свойства рулонного мастичного материала на основе асфальтосмолистых олигомеров, в частности антикоррозионные свойства, определяются пластичностью и адгезией материала к поверхности, которые в свою очередь характеризуются величиной таких показателей, определяемых ГОСТ, как: прочность при разрыве (убираем относительное удлинение при разрыве, как некорректный в данном случае), температура хрупкости мастичного слоя, адгезия к стали и адгезия в нахлесте.
В ходе исследований были получены и испытаны варианты рулонно-мастичного материала, из которых были выбраны составы с оптимальным соотношением компонентов, которые и были заявлены. Содержание компонентов мастичного слоя в приведенных примерах указано в мас.%.
Пример 1
1 слой - Геотекстильное полотно
2 слой - Мастичный:
Асфальтосмолистые олигомеры 60,
Термоэластопласт 14,
Пластификатор 16,
Клей AC-M 10,
3 слой - Силиконизированная бумага
Пример 2
1 слой - Геотекстильное полотно
2 слой - Мастичный:
Асфальтосмолистые олигомеры 65,
Термоэластопласт 12,
Пластификатор 14,
Клей АС-М 9,
3 слой - Силиконизированная бумага
Пример 3
1 слой - Геотекстильное полотно
2 слой - Мастичный:
Асфальтосмолистые олигомеры 77,
Термоэластопласт 10,
Пластификатор 7,
Клей АС-М 6,
3 слой - Силиконизированная полиэтиленовая пленка
Пример 4
1 слой - Геотекстильное полотно
2 слой - Мастичный:
Асфальтосмолистые олигомеры 85,
Термоэластопласт 6,
Пластификатор 5,
Клей АС-М 4,
3 слой - Силиконизированная полиэтиленовая пленка
Пример 5
1 слой - Геотекстильное полотно
2 слой - Мастичный:
Асфальтосмолистые олигомеры 90,
Термоэластопласт 4,
Пластификатор 4,
Клей АС-М 2,
3 слой - Силиконизированная бумага
В таблице 1 приведены показатели качества покрытия металлических поверхностей рулонным мастичным материалом. Испытания проводились согласно требованиям ГОСТ Р 51164-98.
Таблица 1
Результаты испытания рулонного мастичного материала
Наименование
Норма по
Рулонный
Рулонный
показателя
ГОСТР
мастичный
мастичный материал
51164-98
материал
Состав по
Состав по
Состав по
Состав по
Состав по
(прототип)
примеру 1
примеру 2
примеру 3
примеру 4
примеру 5
Внешний вид
Отсутствие складок, от-верстий, раз-рывов. Мас-тичный слойнанесен по всей поверхности ленты, без пропус-ков, посто-ронних включений
Соответствует
Соответствует
Толщина, мм
1,5-2,2
2,2
2,1
2,1
2,1
2,1
2,1
Прочность при раз-рыве, Н/см, не ме-нее
10,0
42,0
42,0
42,0
42,0
42,0
42,0
Температура хруп-кости мастичногослоя (гибкость настержне), °С, невыше
минус 20
минус 30
минус 48
минус 46
минус 45
минус 22
минус 5
Адгезия к стали при температуре 20°С,Н/см, не менее
10,0
15,0
12,0
24,0
31,0
35,0
37,0
Адгезия в нахлесте при 20°С, Н/см, не менее
7,0
20,5
4,0
16,0
20,0
30,0
30,0
Увеличение содержания асфальтосмолистых олигомеров, как правило, приводит к значительному повышению адгезивных свойств композиции. Однако при этом снижение прочностных характеристик, таких как прочность, удлинение и хрупкость, в отличие от прототипа не наблюдалось.
Из данных таблицы 1 видно, что увеличение содержания асфальтосмолистых олигомеров до 90% приводит к увеличению адгезии к стали и в нахлесте, но при этом снижается пластичность. Уменьшение величины этого показателя говорит о том, что при механизированном нанесении рулонного мастичного материала на трубопровод возможно образование трещин и порывов, которые впоследствии будут очагами коррозии трубопровода.
Из показателей таблицы 1 видно, что при оптимальном содержании асфальтосмолистых олигомеров (65-85%) при увеличении диапазона температур (до -48°С) пластичность рулонного мастичного материала превышает показатели ГОСТ и прототипа, а его адгезивные свойства имеют стабильную тенденцию к увеличению.
Прочность при разрыве является стабильным для всех случаев.
Как показали исследования композиций на основе асфальтосмолистых олигомеров [Черкасов Н.М., Гладких И.Ф., Гумеров К.М., Субаев И.У. Асмол и новые изоляционные материалы для подземных трубопроводов. - М.: НЕДРА, 2005 - С.158], высокая степень адгезии к поверхности металла с течением времени эксплуатации имеет тенденцию к увеличению своей величины.
Как показали проведенные испытания, предлагаемый рулонный мастичный материал:
1. Не требует подогрева поверхности металла и мастичного слоя перед использованием. Температура окружающей среды при нанесении ленты составляет: зимой - от минус 20°С до плюс 5°С, летом - от плюс 5°С до плюс 35°С.
2. Нанесение рулонного мастичного материала возможно на поверхность металла с 4-й степенью очистки. Данная степень обеспечивается зачисткой поверхности металла металлической щеткой, что легко реализуется в трассовых условиях.
3. Рулонный мастичный материал совместим с различными типами изоляций, что позволяет изолировать сварные стыки как труб с заводской изоляцией экструдированным полиэтиленом, так и труб с изоляцией на основе липких лент и битумных мастик и стыки трубопроводов, изготовленные по методу Батлера.
4. Создает покрытие со сквозной адгезией всех слоев изоляции.
В результате достигается улучшение эксплуатационных свойств, в частности:
1) Возможность нанесения антикоррозионного покрытия на плохо подготовленные металлические поверхности.
2) Формирование адгезионных связей и с защищаемой металлической поверхностью, и с оберточными материалами, обеспечивающими механическую защиту сформированного рулонным мастичным материалом антикоррозионного слоя.
3) Стабилизация адгезии при увеличении диапазона температур.
4) Увеличение адгезии рулонного мастичного материала к поверхности металла с течением времени.
5) Сохранение высокой пластичности и защитных свойств при длительной эксплуатации.
6) Возможность использования рулонного мастичного материала в качестве ремонтного для изоляции повреждений основной изоляции, особенно при низких температурах.
7) Обеспечение надежного заполнения околошовных зон усиления сварного стыка («шатровых» зон), мест перехода к основной изоляции трубопровода, стыков трубопроводов, соединенных по методу Батлера, особенно при низких температурах.
8) Возможность нанесения материала с применением средств механизации.
9) Формирование покрытия со сквозной адгезией всех слоев изоляции.