DE2405588B2 - Verfahren zum Außenbeschichten von Metallrohren mit einer duromeren Masse auf der Basis eines mit Teer modifizierten Polyurethans - Google Patents
Verfahren zum Außenbeschichten von Metallrohren mit einer duromeren Masse auf der Basis eines mit Teer modifizierten PolyurethansInfo
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Description
Vj
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Außenbeschichten von Metallrohren mit einer duromeren Masse
auf Basis eines mit Teer modifizierten Polyurethans, welche zusätzlich mineralische Füllstoffe enthalten
kann.
Es ist bekannt, Stahlrohre, insbesondere erdverlegte, großformatige Rohre, mit einer Schutzschicht zu
umgeben, um die Rohre gegen korrosiven Angriff zu schützen. Dazu werden bereits seit langem Bitumina
verschiedener Typen verwendet. Ein Nachteil dieser Bitumenbeschichtungen besteht aber darin, daß die
Schichten trotz Armierung mit z. B. Glasvlies und einer hohen Schichtdicke von z. B. 3 bis 6 mm mechanisch
verhältnismäßig empfindlich sind und die Rohre beim Transport und beim Verlegen solchen Beanspruchungen
ausgesetzt sind, daß diese Schicht sehr häufig verletzt wird. Es werden für diesen Zweck auch Polyolefinschichten,
z. B. solche aus Polyäthylen, verwendet, die wegen ihrer besseren mechanischen Festigkeit nicht
ganz so dick wie Bitumenbeschichtungen sein müssen. Hierzu ist es notwendig, die Rohre auf eine Temperatur
zu erwärmen, die über dem Erweichungspunkt des Polyolefins liegt, worauf dann das Polyolefin in Form
sich überlappender Bänder oder in Pulverform aufgebracht wird. Das Polyolefinmaterial erweicht und to
schmilzt dann auf der Rohroberfläche und bildet einen zusammenhängenden Überzug. Die hierfür notwendigen
Anlagen zur Beschichtung sind relativ aufwendig, außerdem ist die Haftung derartiger Polyolefinumhüllungen
problematisch. es
Ein wesentlicher Fortschritt wurde dadurch erreicht, daß man die Rohre mit kalt aushärtenden, duromeren
Materialien, insbesondere auf Basis *-ron Polyurethanen,
beschichtet hat. Hierzu werden die Urethan bildenden Rohstoffe, nämlich mehrfunktionelle Isocyanate und
mehrfunktionelle Hydroxylverbindungen, zusammen mit einem Aktivator und gegebenenfalls Füllstoffen
gemischt und auf die Rohroberflächen aufgetragen, wobei sich auf der Oberfläche der Rohre verhältnismäßig
harte bis zähe Schichten auf Polyurethanbasis bilden. Um die Eigenschaften dieser Polyurethanschichten
weiter üu verbessern, hat man diese Polyurethane auch bereits mit Teer modifiziert. Hierdurch erreicht
man eine Flexibilisierung sowie Haftverbesserung der Umhüllung unter gleichzeitiger Verbilligung des Überzugsmateriais.
Diesen teermodifizierten Polyurethanen kann man auch Füllstoffe zusetzen, um sowohl
mechanische Eigenschaften als auch den Preis der Überzüge günstig zu beeinflussen. Gleichzeitig wird
durch das Einbringen von Füllstoffen in Verbindung mit thixotrop wirkenden Zusätzen die Konsistenz der
Beschichtungsmassen entsprechend dem Verwendungszweck eingestellt.
Unter den harten Bedingungen der praktischen Verwendung hat sich gezeigt, daß auch diese Rohrumhüllungen
noch nicht alle Bedingungen hinsichtlich der mechanischen Beanspruchbarkeit erfüllen. Eine Verbesserung
der mechanischen Eigenschaften durch Erhöhung der Schichtdicke verbietet sich aus preislichen
Gründen.
Aus der DT-AS 12 19 746 ist ein Verfahren zum Nachisolieren beschädigter Beläge aus Bitumen an
Rohrleitungen, Behältern etc. bekannt, bei dem Kunstharze aufgestrichen werden und das eingesetzte
Kunstharz flüssigen Teer enthält. Der Einsatz des Teers dient allein der Wirtschaftlichkeit. Außerdem' wird
dadurch ein Schutz gegen Bakterien erreicht. Weiter sind in der DT-AS 12 55 542 und in den DT-OS
19 24 199 und 19 56 537 Verfahren und Vorrichtungen beschrieben, wie man auf Stahlrohre einen Isolierschaum
aufbringen kann. Hierbei handelt es sich um Wärmeisolierschäume, die eine relativ dicke Schichtdikke
aufweisen müssen, um eine ausreichende Wärmeisolierung sicherzustellen. Die Schlagbeanspruchbarkeit
von mit Urethan beschichteten Metallrohren durch das Aufbringen einer dünnen Schaumschicht wird hier nicht
angesprochen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, duromere Beschichtungen auf Polyurethanbasis, insbesondere
hinsichtlich ihrer mechanischen Beanspruchbarkeit, zu verbessern.
Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch, daß zunächst ein Teil des mit Teer modifizierten Polyurethans in an
sich bekannter Weise auf die Außenfläche des Rohres aufgebracht und der restliche Teil durch Einbringen
einer geringen Menge Wasser zu den Urethan bildenden Rohstoffen in Form eines Hartschaumes
aufgetragen wird.
Das Prinzip der Erfindung besteht also darin, daß ein Teil des duromeren Beschichtungsmaterials nicht in
Form einer kompakten Masse, sondern in Form einer einen Hartschaum bildenden Zubereitung aufgebracht
wird. Dabei ist natürlich zu beachten, daß der verbleibende kompakte Film auf Polyurethanbasis
selbst so dick sein muß, daß er für sich die Ansprüche an den Korrosionsschutz erfüllt. Die verschäumte Zone in
diesem mehrschichtigen Auftrag hat im wesentlichen die Funktion, mechanische Beschädigungen von der
Korrosionsschutzschicht fernzuhalten. In der Praxis wird man davon ausgehen, daß für Zwecke des
Korrosionsschutzes eine Beschichtung an kompaktem
duromerem Material in einer Schichtdicke von 0,5 bis
I mm ausreicht.
Im Prinzip ist es auch möglich, ein anderes Grundmaterial, z. B. ein teermodifiziertes Epoxidharz,
zu verwenden und darauf das teermodifizierte Polyurethan aufzuschäumen.
Das Gewichtsverhältnis von kompaktem zu verschäumtem
teermodifiziertem Polyurethan beträgt vorzugsweise etwa 1:1, wobei für die Verschäumung so
viel Wasser eingebracht wird, daß das Volumenverhältnis von kompakter Schicht zu Schaumschicht etwa 1 :3
bis etwa 1 :8 beträgt.
Die Verwendung von Wasser als den die Verschäumung des Polyurethans allein verursachenden Zusatz ist
im wesentlichen dadurch bedingt, daß die bei der Blockverschäumung sonst übliche Mitverwendung niedrigsiedender
Treibmittel bei der hier vorzunehmenden flächigen Verschäumung in relativ niedriger Schichtdikke
auf Stahl wegen Ableitung der Reaktionswärme nicht wirksam wird. Die Verwendung niedrigsiedender
Treibmittel verbietet sich auch noch aus einem anderen Grund. Um zur Verbesserung der mechanischen
Eigenschaften des Hartschaums sowie um aus wirtschaftlichen Gründen einen hohen Füllstoffanteil in das
Beschichtungsmaterial einbringen zu können, erfolgt zur Herabsetzung der Viskosität die Verarbeitung bei
möglichst hoher Temperatur. Wasser als die Verschäumung verursachender Zusatz läßt jedoch im Gegensatz
zu niedrigsiedenden Treibmitteln ein Umpumpen, Dosieren und Mischen innerhalb der Verarbeitungsapparatur
bei Temperaturen bis zu etwa 90° C zu.
Zur Ausbildung einer optimalen Schaumstruktur ist es erforderlich, daß das Wasser in feinster und gleichmäßiger
Verteilung in den Reaktionsansatz eingebracht wird. Eine besonders einfache Weise der aufzuschäumenden
Zubereitung, Wasser in der vorbeschriebenen Art zuzusetzen, besteht darin, daß man den natürlichen
Wassergehalt von Rezepturbestandteüen, insbesondere den natürlichen Wassergehalt der Füllstoffe, ausnutzt
und auf den Zusatz von Trockenmitteln verzichtet. Dieser Arbeitsweise sind jedoch enge Grenzen gesetzt.
Zu feuchte Füllstoffe z. B. lassen sich nur schwer gleichmäßig in einem Reaktionsansatz verteilen, der
sich durch seinen hohen Teergehalt außerdem noch besonders hydrophob verhält. Hinzu kommen gewisse
Verdampfungsverluste bei der Herstellung des Materials, da diese Herstellung zur Herabsetzung der
Viskosität in Anbetracht des hohen Füllstoffanteils ebenfalls bei etwa 90° C erfolgt. Außerdem ergeben sich
in Abhängigkeit mit der Luftfeuchtigkeit erhebliche Schwankungen im Feuchtigkeitsahgebot der Rezepturbestandteile.
Es wurde nun gefunden, daß das Wasser in der erforderlichen feinsten und gleichmäßigen Verteilung
auch in Form einer Teeremulsion vom WO-Typ in den Reaktionsansatz eingebracht werden kann, insbesondere
dann, wenn der Polyätheranteil den Anteil an Teeremulsion nicht übersteigt. Die Herstellung einer
solchen im Reaktionsansatz der Polyolkomponente bedingt stabilen WO-Emulsion kann mit Hilfe von bO
Betonit als Emulgierhilfsmittel erfolgen, wobei zweckmäßig eine etwa 30%ige wäßrige Betonitschlämme
verwendet wird.
Zum Einbringen des für die CO2-abspaltende
Reaktion mit der Isocyanatkomponente erforderlichen (,5
Wassers in die Polyätherkomponente wird man zweckmäßigerweise so vorgehen, daß man den
natürlichen Feuchtigkeitsgrad der Rezepturbestandteile bestimmt und das zur Erzielung des gewünschten
Verschäumungsgrades benötigte Wasser unter Berücksichtigung des natürlichen Wassergehaltes und des
Verdampfungsverlustes bei Herstellung der Mischung in Form der zuvor beschriebenen Emulsion zusetzt.
Anstelle von Teer können auch andere bituminöse Rohstoffe verwendet werden, die ebenso wie Teer
einige funktioneile Gruppen enthalten.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn auf den gebildeten Hartschaum noch eine dünne geschlossene
Schicht des mit Teer modifizierten, Füllstoffe enthaltenden Polyurethans aufgebracht wird.
Die Schaumbildung kann in an sich bekannter Weise durch übliche Aminkatalysatoren, wie z. B. Dimethylpiperidin
oder Dimethyläthanolamin, beschleunigt werden.
Als Isocyanate kommen die für diesen Zweck bekannten mehrfunktionellen Isocyanate, wie z. B.
Diphenylmethandiisocyanat, in Betracht.
Als hydroxylgruppenhaltig= Reaktionspartner für das Isocyanat verwendet man zweckmäßig Polyäther auf
Basis von Polyoxypropylen und/oder Polyoxyälhylen, wobei den Pciyoxyalkylenen auf Polyoxypropylenbasis
der Vorzug gegeben wird. Ein Teil der Polyäther kann durch andere hydroxylgruppenhaltige Verbindungen,
wie z. B. Ricinusöl, ersetzt werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das zur Verschäumung
notwendige Wasser dem Teer in Form einer WO-Emulsion zugesetzt wird und sich oberhalb eines bestimmten
Polyäthergehaltes Unverträglichkeitserscheinungen mit der Emulsion (Brechen der Emulsion) zeigen.
Die Menge des zugesetzten Wassers richtet sich nach dem gewünschten Aufschäumgrad und liegt etwa in
einem Bereich von ca. 0,5 bis ca. 1,5 Gew.-%, bezogen auf den Reaktionsansatz. Durch Zusatz von etwa jeweils
der gleichen Menge eines polyäthermodifizierten Siloxans kann die Porengröße der Hartschaumschicht
im Interesse einer möglichst hohen Kerbschlagfestigkeit reduziert und ein hoher Anteil an geschlossenen
Poren erzielt werden. Schließlich wird die Schaumstruktur während des Aufschäumvorganges stabilisiert. Die
haftungsvermindende Nebenwirkung des Siloxanzusatzes wirkt sich bei der erfindungsgemäßen Aufbringung
des Schaums auf die guthaftende Grundschicht nicht nachteilig aus.
Es ist zweckmäßig, dem mit Teer modifizierten Polyurethan Füllstoffe zuzusetzen.
Als Füllstoff verwendet man die bekannten inerten feinteiligen Pulver, wie etwa Steinmehl, Schwerspat
oder ähnliche. Im Gegensatz zur Grundschicht ist bei der aufzuschäumenden Deckschicht die Verwendung
versteifender, sogenannter thixotrop wirkender Füllstoffe oder gar Thixotropie erzeugender Zusätze zu
vermeiden, um die Ausbildung der Schaumstruktur bei diesem für einen Schaum extrem hohen Füllstoffgehalt
nicht zusätzlich zu erschweren. Bei der vorgesehenen Schichtdicke ist in Anbetracht des bis zum Reaktionsende
rotierenden Untergrundes ein Abrutschen der Beschichtung nicht zu befürchten.
Typische Beispiele für die Grundschicht und die aufgeschäumte Deckschicht sind:
Grundschicht
Polyäther auf Basis
Polyoxypropylen 2O,OGew.-°/o
Anthracenölteer mit einem
Erweichungspunkt nach
Kraemer-Sarnow von 25° C 15,0 Gew.-%
Zeolith auf der Basis von
Erdalkali-Alumino-Silikat,50°/oig,
Erdalkali-Alumino-Silikat,50°/oig,
in Ricinusöi angepastet 4,7 Gew.-%
Dibutylzinndilaurat 0,2 Gew.-%
Triäthylendiamin 0,1 Gew.-%
Pyrogene Kieselsäure 1,0Gew.-%
Schwerspat 44,0 Gew.-%
Diphenylmethan-Diisocyanat 15,0 Gew.-%
Deckschicht ι ο
Bentonit-Teer-WO-Emuli ,on mit
einem Wassergehalt von 5% auf
Basis Anthracenölteer mit einem
Erweichungspunkt nach
Kraemer-Sa rno w von25°C 15,0Gew.-%
Ricinusöi 5,0 Gew.-%
Polyäther auf Basis
Polyoxypropylen 15,0Gew.-%
Polyoxyalkylen-Polysiloxan-
Blockmischpolymerisat 1,5 Gew.-%
Dimethylpiperidin 0,5 Gew.-%
Steinmehl 43,0 Gew.-%
Diphenylmethan-Diisocyanat 20,0 Gew.-%
Die erfindungsgemäß ummantelten Rohre zeigen in besonders ausgeprägtem Maße mechanische Widerstandsfähigkeit
der Beschichtung bei gleichzeitig hervorragender Korrosionsbeständigkeit.
Ein besonderer Vorteil des Verfahrens ist seine Wirtschaftlichkeit. Die Beibehaltung der üblichen
Materialien und Verarbeitungsapparaturen sowie das unmittelbar hintereinander in der üblichen und gleichen
Weise erfolgende Aufbringen der beiden Schichten, ohne besonderen zeitlichen oder sonstigen Mehraufwand
und ohne besondere zusätzliche Ausbildung des Bedienungspersonals, unterstreichen dies in hohem
Maße.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch das nachfolgende Beispiel noch näher erläutert.
Die durch Strahlen entrosteten Stahlrohre werden mit ihren jeweils zum späteren Verschweißen beschichtungsfrei
bleibenden Endflächen auf eine Rollenvorrichtung gebracht. An den mit einer Umfangsgeschwindigkeit
von ca. 30 m/min rotierenden Rohren fährt der Sprühkopf der Zweikomponenten-Anlage in einer
Schlittenführung mit einem Vorschub vorbei, der sich wie folgt errechnet:
V =
G- 10000
Es bedeuten:
V = Vorschubgeschwindigkeit in cm pro Minute,
G= Literleistung der Anlage pro Minute,
D — Außendurchmesser des Rohres in cm,
d = gewünschte Schichtdicke in mm pro Lauf.
G= Literleistung der Anlage pro Minute,
D — Außendurchmesser des Rohres in cm,
d = gewünschte Schichtdicke in mm pro Lauf.
Unter Zugrundelegung einer Förderleistung der Zweikomponenten-Sprühanlage von ca. 5 l/min wird
der Vorschub so eingestellt, daß das Stahlrohr bei einem Hin- und Rücklauf in einer Schichtdicke von 0,7 mm mit
Grundmasse bedeckt ist. Um das Beschichtungsmaterial wegen des hohen Füllstoffanteils in einen pump- und
versprühbaren Konsistenzbereich zu bringen sowie im Interesse einer maximalen Förderleistung sind in den
Förderleitungen Durchlauferhitzer zwischengeschaltet, die eine Erwärmung des Materials innerhalb der Anlage
bis auf eine Temperatur von etwa 900C ermöglichen.
Der Sprühkopf wird nun gespült und läuft anschließend ohne Materialförderung an das andere Rohrende.
Während dieser Zeit wird der Vorschub auf die halbe Geschwindigkeit reduziert und die Materialförderung
auf die schaumbildende Komponente umgeschaltet. In einem einfachen Rücklauf wird nun ebenfalls in etwa
0,7 mm Schichtdicke die Deckschicht aufgebracht, die um etwa das 5fache, also auf ca. 3,5 mm, aufschäumt. Das
Aufschäumen ist bereits nach etwa 10 Minuten beendet und gleichzeitig die Beschichtungsoberfläche klebfrei.
Solange läßt man das Rohr nachrotieren. Zum Aushärten kommen die Rohre dann, an den freien
Enden mit Abstandsklötzen gesichert, auf das Lager. Nach 24 Stunden ist die Beschichtung stapelsicher, und
nach 1 Woche können die Rohre verlegt werden.
Claims (5)
1. Verfahren zum AuSenbeschichten von Metallrohren mit einer duromeren Masse auf Basis eines
mit Teer modifizierten Polyurethans, welche zusätzlich mineralische Füllstoffe enthalten kann, dadurch
gekennzeichnet, daß zunächst ein Teil des mit Teer modifizierten Polyurethans in an
sich bekannter Weise auf die Außenfläche des Rohres aufgebracht und der restliche Teil durch
Einbringen einer geringen Menge Wasser zu den Urethan bildenden Rohstoffen in Form eines
Hartschaumes aufgetragen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von kompaktem
zu verschäumlem teermodifiziertem Polyurethan etwa 1 :1 ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser in Form feuchter Füllstoffe
eingebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser ganz oder teilweise dem
Teer unter Ausbildung einer WO-Emulsion einemulgiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den gebildeten Hartschaum noch
eine dünne geschlossene Schicht des mit Teer modifizierten und Füllstoffe enthaltenden Polyurethans
aufgebracht wird. JO
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DE2405588A DE2405588C3 (de) | 1974-02-06 | 1974-02-06 | Verfahren zum Außenbeschichten von Metallrohren mit einer duromeren Masse auf der Basis eines mit Teer modifizierten Polyurethans |
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