DE2405588C3 - Verfahren zum Außenbeschichten von Metallrohren mit einer duromeren Masse auf der Basis eines mit Teer modifizierten Polyurethans - Google Patents

Description

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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 < >o schmilzt dann auf der Rohroberfläehe und bildet einen zusammenhängenden Überzug. Die hierfür notwendigen Anlagen zur Beschichtung sind relativ aufwendig, außerdem ist die Haftung derartiger Polyolefinumhüllungen problematisch.

Ein wesentlicher Fortschritt wurde dadurch erreicht, daß man die Rohre mit kalt aushärtenden, duromeren Materialien, insbesondere auf Basis von Polyurethanen, beschichtet hat. Hierzu werden die Urethan bildenden Rohstoffe, nämlich mehrfunktionelle Isocyanate und mehrfunktionelle Hydroxyverbindungen, 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 zu verbessern, hat man diese Polyurethane auch bereits mit Teer modifiziert. Hierdurch erreicht man eine Flexibilisierung sowie Haftverbesserung der Umhüllung unter gleichzeitiger Verbilligung des Oberzugsmaterials. Diesen teermodifizierten Polyurethanen kann man auch Füllstoffe zusetzen, um sowohl mechanische Eigenschaften als auch den Preis der Oberzüge 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 DE-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 DE-AS 12 55 542 und in den DE-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

dümmerem Material in einer Schichtdicke von 0,5 bis 1 mm ausreicht.

Im Prinzip ist es auch möglich, ein anderes Grundmaterial, z.B. ein teermodifiziertes Epoxidharz, zu verwenden und darauf das tet'rmodifizierte 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 verbietei 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 Verschätmung 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 »nd 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 Rezepturbestandteilen, 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 90⁰C erfolgt. Außerdem ergeben sich in Abhängigkeit mit der Luftfeuchtigkeit erhebliche Schwankungen im FeuchtigkeitsaYigebot 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 Betonst 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 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 dßn

ίο 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 hydroxylgruppenhaltige Reaktionspartner für das Isocyanat verwendet man zweckmäßig Polyäther auf Basis von Polyoxypropylen und/oder Polyoxyäthylen, wobei den Polyoxyalkyienen auf Polyoxypropylenbasis der Vorzug gegeben wird. Ein Teil der Polyäther kann durch andere hydroxylgruppenhaltige Verbindungen, wie z. B. Ricinusöi, 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 dieochaumstruktur 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

so 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 20,0 Gew.-%

Anthracenölteer mit einem
Erweichungspunkt nach
Kraemer-Sarnow von25°C 15,0Gew.-%

Zeolith auf der Basis von
Erdalkali-Alumino-Silikat,50%ig,

in Ricinusöl angepastet 4,7 Gew.-%

Dibutylzinndilaurat 0,2 Gew.-%

Triäthylendiamin 0,1 Gew.-%

Pyrogene Kieselsäure 1,0 Gew.-%

Schwerspat 44,0 Gew.-%

Diphenylmethan-Diisocyanat 15,0 Gew.-%

Deckschicht

Bentonit-Teer-WO-Emulsion mit einem Wassergehalt von 5% auf Basis Anthracenökeer mit einem Erweichungspunkt nach

K r a e m e r - S a r η υ w von 25° C 15,0 Gew.-%

Ricinusöl 5,0 Gew.-%

Polyäther auf Basis

Polyoxypropylen 15,0 Gew.-%

Polyoxyalkylen-Polysiloxan-

Blockmischpolymerisat 1,5 Gew.-%

Dimethylpiperidin ^i!,5 Gew.-%

Steinmehl 43,0 Gew.-%

Diphenylmethan-Diisocyanat 20,0 Gew.-%

tungsfrei 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:

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.

Beispiel

Die durch Strahlen entrosteten Stahlrohre werden mit ihren jeweils zum späteren Verschweißen beschich- V =

G- IQOOQ
D ■ .-i d

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.

Unter Zugrundelegung einer Förderleistung der Zweikomponenten-Sprühanlage v-i 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 90°C 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 I Woche können die Rohre verlegt werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Außenbeschichten 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 verschäumtem 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