ПРАЙМЕР АДГЕЗИОННЫЙ ПОЛИМЕРСОДЕРЖАЩИЙ
POLYMER-CONTAINING ADHESIVE PRIMER

Изобретение относится к материалам защиты от подземной и атмосферной коррозии наружной поверхности магистральных трубопроводов, труб и трубных систем, в частности к полимерсодержащим композициям, предназначенным для использования в качестве грунтовочных покрытий в конструкции с изоляционным ленточным (пленочным) и другим материалом.
Широкое распространение в указанной выше области техники получили полимерно-битумные композиции в виде мастик или грунтовочных покрытий.
Известна мастика для защиты трубопроводов от коррозии, содержащая битум, цемент, песок и гранулированный материал [Патент США 4196922, МПК F16L 58/12, 08.04.1980]. Из этого же патента известен способ изготовления мастики, заключающийся в том, что смешивают битум и наполнитель. Известная мастика и способ ее изготовления позволяют получить мастику, которая может быть использована только в летний период или в условиях, где отсутствует снижение температуры ниже 0°C. Таким образом, область использования подобного рода мастики ограничена.
Известна битумно-полимерная мастика для защиты от коррозии, которая содержит в своем составе битум, термоэластопласт и наполнитель [Заявка Великобритании 1538267, МПК F16L 58/12, 17.01.1979]. Однако данная мастика обладает недостаточной адгезией к стали - материалу, из которого наиболее часто изготовляют различного рода трубопроводы. Кроме того, данная мастика не обеспечивает требуемую надежность защиты трубопровода от коррозии в условиях значительных перепадов температуры, в том числе при отрицательных температурах окружающей среды. Что касается способа изготовления мастики, то он достаточно трудоемок.
В патенте RU 2300542 описывается битумно-полимерная мастика, содержащая: изоляционный битум БНИ-4 - 51,0%, строительный битум БН-70/30 - 40,7%, дивинилстирольный термоэластопласт ДСТ-30Р-01 - 2,5%, пластификатор - нефтяное масло ПН-6Ш - 3,5%, стеариновую кислоту Т-18 - 0,8% и эмульсирующее поверхностно-активное вспомогательное вещество ОП-10 - 1,5%.
Известны полимерно-битумные композиции, включающие в свой состав, наряду с другими компонентами, бутадин-стирольный каучук, бутилкаучук и полибутадиеновый низкомолекулярный каучук. Например, такие композиции описаны в патентах RU 2307142, RU 2160293 и RU 2325586.
Праймер - вид грунтовки, применяемый для предварительной подготовки поверхности перед нанесением какого-либо покрытия.
Известен адгезионный праймер П-001, используемый под изоляционные липкие ленты и изготавливаемый растворением бутилкаучука с добавками сажи в растворителях - бензине и толуоле ["Временный технологический регламент на производство праймера П-001", Москва, ВНИИСТ, 1989.] Указанный праймер содержит следующие компоненты: твердое вещество праймера (бутилкаучук и сажа), канифоль, цинковые белила, гидроокись алюминия, смола эскорец, бензин Калоша, толуол, фенозан, диалкилфосфат и дистиллированный амин. Производство адгезионного праймера П-001 включает следующие стадии. Изготовление промежуточного продукта смолы-33 на основе канифоли, производство ингибитора и стабилизатора, изготовление праймера в смесителе и разлив, и хранение готовой продукции.
Недостатками известного адгезионного праймера являются многостадийность процесса изготовления, недостаточно высокая адгезия к изолируемой стальной поверхности, низкая стойкость к катодному отслаиванию покрытия во времени.
Известен адгезионный праймер ПМ-001ВК, содержащий следующие ингредиенты, мас.ч.: бутилкаучук 76-82; сажа 20-26; канифоль 68-72; цинковые белила 6-8; гидроокись алюминия 2,0-2,5; смола 20-70; бензин Калоша 550-570; толуол 210-220; фенозан 0,07-1,20; диалкилфосфат 1,04-1,08; дистиллированный амин 1,04-1,08; парахинондиоксим 0,5-3,0; гидроперекись изопропиленбензола 0,5-5,0; ферроцен или диэтилферроцен 0,02-0,20.
Способ изготовления праймера - полимерной грунтовки ПМ-001 ВК - заключается в загрузке в смеситель бензина и толуола в течение 15 мин, подачи смолы на основе канифоли, цинковых белил и гидроокиси алюминия в течение 60 мин при температуре 220°C с одновременным охлаждением при перемешивании, затем вновь повторяют загрузку бензина, перемешиваемого в течение 60 мин толуола в течение 50 мин и смолы "Эскорец" или "Октофор-10F", или иденкумароновой или стиролинденовой, или фенолформальдегидной, или аминофенольной, или их смеси, перемешиваемой в течение 60 мин, одновременно со смолой загружают твердое вещество грунтовки по очереди со смолой в течение 45 мин, после чего загрузку твердого вещества вновь повторяют в течение 80 мин с последующим перемешиванием в течение 150 мин при одновременном охлаждении смеси до температуры не выше 45°C. Отдельно приготовленный ингибитор из толуола, диалкилфосфата, дистиллированного амина и фенозана путем перемешивания вводят в смеситель после загрузки смолы и перемешивают в течение 10 мин, затем в полученную массу вводят модифицирующие добавки, причем сначала вводят 10%-ный раствор ферроцена или диэтилферроцена в толуоле, полученную массу перемешивают в течение 15 мин, затем при продолжающемся перемешивании вводят парахинондиоксим, добавляя его мелкими порциями с дальнейшим перемешиванием смеси в течение 60 мин. Кроме того, можно в полученную грунтовку дополнительно ввести в виде 10%-ного раствора в изопропаноле дигидридхлорида меди, после чего смесь перемешивают в течение 60 мин. В качестве растворителя для приготовления грунтовки используют раствор бензина и толуола в количестве, мас.ч.: бензин 500-550; толуол 240-280; летучая фаза бензина 1500-1700 [Патент РФ 2085802, 27.07.1997].
Недостатком известного изобретения является сравнительно невысокая адгезия к изолируемой стальной поверхности, низкая стойкость к катодному отслаиванию покрытия во времени.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является изоляционная битумно-полимерная мастика для противокоррозионных защитных покрытий подземных трубопроводов, включающая битум, дивинилстирольный термоэластопласт, пластификатор, наполнитель, нефтеполимерную смолу, адгезионную добавку, модификатор, имеющая следующий компонентный состав, мас.%: битум БНД-60/90 8,5-90, битум БНИ-4 1-20 или битум БН-70/30 1-90, дивинилстирольный термоэластопласт 1,5-5, пластификатор 1-5, наполнитель 1-8, нефтеполимерная смола 2-8, адгезионная добавка 0,3-1,5, модификатор 1-6 [Патент РФ 2241897, опубл. 10.12.2004 г.].
Способ изготовления битумно-полимерной мастики по прототипу включает смешивание битумов, термоэластопласта, пластификатора и наполнителя. Смешивание компонентов проводят следующим образом: вначале готовят смесь из дорожного и изоляционного битумов или строительного битума, затем путем нагрева до температуры 160-170°C обезвоживают эту смесь, подают смесь битумов в смеситель и добавляют пластификатор. Полученную смесь перемешивают при температуре 165-175°C в течение 3,5 часов до полного растворения пластификатора. Далее добавляют наполнитель, например резиновую крошку, и перемешивают полученную смесь 35-35 мин, добавляют нефтеполимерную смолу, модификатор, адгезионную добавку и термоэластопласт.
2
Авторами заявляемого изобретения по прототипу была получена и испытана мастика. Однако экспериментально установлено, что ее адгезионные свойства и показатель «площадь отслаивания покрытия при катодной поляризации» сравнительно невысоки. Адгезия ленты к праймированной стали при 20°C по результатам испытания составила 4,7 Н/см, площадь отслаивания покрытия при катодной поляризации при Т 20°C - 6,1 см.
Задачей заявляемого технического решения является разработка рецептуры праймера адгезионного полимерсодержащего, работающего в конструкции с лентой ПВХ липкой обладающего высокими эксплуатационными свойствами, повышение качества противокоррозионной защиты подземных трубопроводов и увеличение безаварийного срока службы подземных нефте-газопроводов.
Технический результат при использовании изобретения заключается в улучшении защитных свойств праймера за счет повышения адгезии к покрываемой поверхности трубопровода, надежности покрытия путем повышения стойкости к катодному отслаиванию при эксплуатации.
Вышеуказанный технический результат достигается использованием праймера адгезионного полимерсодержащего, включающего в свой состав термоэластопласт, модификатор, адгезионную добавку, а именно его особенностью, заключающейся в том, что он содержит в качестве термоэластопласта бутадиен-нитрильный каучук, в качестве модификатора - хлорированный поливинилхлорид, в качестве адгезионной добавки - фенолформальдегидную или эпоксиднодиановую смолу, в качестве растворителей - этилацетат, толуол, изопропиловый спирт, ацетон, кроме того, содержит полиэтиленполиамины и может содержать пластификатор ЭДОС, битум, углерод технический при следующем соотношении компонентов, масс.%:
Бутадиен-нитрильный каучук
5,0-15,0
Углерод технический
0,0-0,5
Этилацетат
25,0-50,0
Толуол
5,0-25,0
Полиэтиленполиамины
0,1-0,5
Изопропиловый спирт
5,0-15,0
Хлорированный поливинилхлорид
0,5-5,0
Фенолформальдегидная или
Эпоксиднодиановая смола
5,0-20,0
Пластификатор ЭДОС
0,0-5,0
Ацетон
2,0-10,0
Битум
0,0-50,0
В композиции праймера используют:
- каучук бутадиен-нитрильный БНКС 33АМН по ТУ 38.30313-2006,
- полиэтиленполиамины по ТУ 2413-214-00203312-2002;
- эпоксидно-диановую смолу ЭД-20 по ГОСТ 10587-84;
- пластификатор ЭДОС по ТУ 2493-003-13004749-93;
- этилацетат по ГОСТ 8981-78;
- толуол нефтяной по ГОСТ 14710-78;
- изопропиловый спирт технический по ГОСТ 9805-84;
- ацетон технический по ГОСТ 276884.
Кроме перечисленных компонентов предлагаемое адгезионное покрытие может содержать битум дорожный вязкий БНД-60/90 по ГОСТ 22245-90, битум строительный БН-70/30 по ГОСТ 6617-76, битум изоляционный БНИ-4 или их смеси по ГОСТ 9812-74.
В композиции праймера могут быть использованы и другие марки компонентов, которые не уступают по качественным характеристикам вышеперечисленным.
Праймер адгезионный полимерсодержащий получают следующим образом. В реактор с перемешивающим устройством загружают расчетное количество растворителей согласно рецептурному формату: этилацетат, толуол, изопропиловый спирт, ацетон, пластификатор ЭДОС, а затем остальные ингредиенты праймера - смола ПСХ-ЛС, каучук БНКС 33АМН, полиэтиленполиамины, эпоксиднодиановую смолу ЭД-20, углерод технический (номера композиций 1-10 табл.1). Смесь перемешивают в течение 3-6 ч до полного растворения всех компонентов при комнатной температуре. Битум, при необходимости, вводят до получения вязкости в пределах 20-60 с по ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм.
Площадь отслаивания покрытия при катодной поляризации при температуре 20°С и адгезию ленты к праймированной стали определяют по ТУ 2245-001-00203312-2003 и ГОСТ Р 51164-98 (Лента поливинилхлоридная липкая).
Состав и результаты испытаний праймера представлены в таблице 1. Испытания праймера по заявляемой рецептуре показали хорошие результаты, выразившиеся в повышение адгезии к покрываемой поверхности трубопровода и в высокой стойкости к катодному отслаиванию при эксплуатации. Примеры по композиционному составу и результаты испытаний приведены в таблице 1.
Таблица 1
Наименование компонентов
Пример по патенту
Прототип
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Каучук бутадиен-нитрильный, масс.%
15
5
10,4
6
12
9
17
10
7
5
Углерод технический масс.%
0,2
0,3
0
0,5
0,25
0,5
0
0,4
0,5
0
Этилацетат, масс.%
40
35
60
35
35
50
55
45
40
15
Толуол, масс.%
15
17
5
25
20
7
5
21
22
5
Полиэтиленполиамины масс.%
0,5
0,1
-
0,25
-
0,3
0,2
0,5
-
Уротропин, масс.%
0,3
-
-
0,4
-
0,5
-
0,1
-
0,2
Изопропиловый спирт, масс.%
10
12
5
15
12
5
7
9
10
5
Смола ПСХ-ЛС, масс.%
1,5
3
0,5
3,1
5
1
0,7
4,4
4
0,8
Фенол-формальдегидная смола, масс.%
10
20
-
-
5
-
12
-
10
ЭД-20, масс.%
-
-
9
5
-
20
-
5
12
-
Пластификатор ЭДОС, масс.%
2
2,2
5
0
2,5
4
1
1
1,5
5
Ацетон, масс.%
6
5
5
10
5
3
2
4
2,5
4
Битум нефтяной, масс.%
-
-
-
-
-
-
-
10
25
50
Наименование показателя
Результаты анализа
Адгезия ленты к стали при отслаивании при температуре 20±3)°C, Н/см
5
5,6
5,8
6,0
5,6
6,4
5,9
6,4
5,7
5,5
4,7
Площадь отслаивания покрытия при катодной поляризации при температуре 20°С, см<sup>2</sup>, не более
0,3
0,5
0,8
1,1
0,8
0,4
0,9
0,7
0,85
1,2
6,1
Показатели качества защитного покрытия в конструкции с лентой поливинилхлоридной липкой с праймером, по примеру композиции №8 по таблице 1, приведены в Таблице 2.
Таблица 2
Наименование показателя
Норма согласно требованиям
Результат испытаний
ГОСТ Р51164
ТУ 2245-00100203312-2003
1. Цвет ленты
-
Синий, черный
черный
2. Толщина ленты, мм
-
0,4±0,05
0,43-0,45
3. Ширина ленты, мм
-
450±2
450
4.Прочность ленты при разрыве при температуре (20±3)°C, Н/см, не менее
50
50
87
5. Относительное удлинение ленты при разрыве при температуре (20±3)°C, %, не менее
80
80
85
6. Адгезия ленты к стали при отслаивании при температуре (20±3)°C, Н/см, не менее
5,0
5,0
5,6
7. Липкость, с, не менее
-
25
103
8. Температура хрупкости °C, не выше
минус 20
минус 30
минус 30
9. Водопоглощение ленты в течение 1000 часов при температуре (20±3)°C, %, не более
0,5
0,5
0,38
10. Переходное сопротивление покрытия в 3%-ном растворе NaCl при температуре (20±3)°C, Ом не менее
- исходное
5×10<sup>6</sup>
5×10<sup>6</sup>
8,1×10<sup>10</sup>
-после
5×10<sup>5</sup>
5×10<sup>5</sup>
7,5×10<sup>10</sup>
11. Площадь отслаивания покрытия при катодной поляризации, см<sup>2</sup>, не более при
температуре: 20±3)°C
10,0
10,0
0,8
40±3)°C,
10,0
-
1,2
12. Диэлектрическая сплошность. Отсутствие пробоя при электрическом напряжении, кВ/мм, не менее
5
-
отсутствие пробоя
13. Грибостойкость, балл, не более
2
2
2