UA100412U - Епоксидна ґрунтовка для багатошарового полімерного покриття металевих труб - Google Patents

Abstract

Епоксидна ґрунтовка для багатошарового полімерного покриття металевих труб, що не містить органічного розчинника та включає епоксидну смолу з отверджувачем, пластифікатор, модифікатор, наповнювач, інгібітор. Як модифікатор містить модифікований аеросил, як інгібітор корозії містить інгібітор "РЕНА-Нафтохім-8" та додатково містить порошкоподібний співполімер етилену з вінілацетатом.

Description

Корисна модель належить до галузі антикорозійних полімерних покриттів металевих труб, конкретно до епоксидної грунтовки для багатошарового полімерного покриття, що включає грунтувальний шар на основі термореактивної смоли (епоксидної композиції), проміжний клейовий шар (адгезив) на основі термопласта та захисний шар на онові поліолефінів.

Запропоноване покриття призначене для захисту від корозії зони зварних стиків труб діаметром 230-1420 мм з заводською поліолефіновою ізоляцією, що використовуються при будівництві та ремонті підземних (підводних) нафто- та газопроводів, а також інших трубопроводів з температурою експлуатації від мінус 50 "С до-80 "С згідно з ДСТУ 4219-2004, ГОСТ Р 51164-99 та ГОСТ Р 52568-2006 (1-3).

Антикорозійні полімерні покриття металевих труб середнього та великого діаметра повинні мати підвищені захисні та експлуатаційні властивості протягом тривалого терміну експлуатаці (35-40 років). Вони повинні мати підвищену механічну міцність, підвищену стійкість до старіння та до дії зовнішніх факторів, невелику водо- паро- та газопроникність, та хороші діелектричні властивості. Особливо важливими властивостями антикорозійних полімерних покриттів труб повинна бути сталість адгезійної міцності покриття в процесі довготривалої експлуатації в обводнених грунтах та за підвищеної температури. Найбільш надійним на сьогоднішній день вважається тришарове заводське покриття металевих труб, в якому на поверхню металу послідовно наносять грунтовку на основі епоксидної смоли, клей гарячого твердження або термопластичний адгезив та зовнішній поліолефіновий шар. Тришарові покриття такого типу описані, наприклад, в європейській заявці ЕР-А 57823 |4|, в патенті Великобританії СВ 1542333

ІБ), в патентних заявках Німеччини ОБ-А 2222911 І6Ї, ОБ-А 2257135 Г7Ї, ОБ-А 1965802 |В), ОБ-А 2944809 |9)Ї та ОБ-А 3230955 (10), значною мірою задовольняють вимогам до антикорозійних покриттів трубопроводів.

Найбільш слабкою ланкою при всіх видах полімерного антикорозійного покриття трубопроводів залишається зона зварних стиків труб. Як правило, для ізоляції зони зварних стиків труб в трасових умовах застосовуються термоусаджувальні муфти або манжети.

Конструктивно термоусаджувальна муфта - це двошаровий плівковий матеріал, що складається з основного шару біомеханічного захисту на основі радіаційнозшитого поліетилену та з нижнього, легкоплавкого, адгезійного шару на основі співполімерів етилену з вінілацетатом або

Зо (мет-)акриловою кислотою. Термоусаджувальна муфта наноситься на попередньо загрунтовану епоксидною грунтовкою (праймером) зону зварного стику труб, включаючи краї заводського або трасового покриття і усаджується за допомогою газового пальника, забезпечуючи суцільність ізоляції. Проте, ізоляція зварних стиків труб з заводським покриттям на основі екструдованих поліолефінів, а також сумісність такого покриття з іншими видами покриттів є технологічною проблемою. Причина в низькій поверхневій енергії та відсутності реакційноздатних груп на поверхні поліолефінів. Практично зведено до нуля утворення фізичної та хімічної адгезійної взаємодії з поліепоксидними грунтовками, які застосовуються при ізоляції зони зварних стиків труб в трасових умовах.

Проблема підвищення сумісності поліолефінів з поліепоксидами, як правило, вирішується композиційно, добавками до їх складів реакційноздатних сполук або інгредієнтів з близькими значеннями параметрів розчинності.

Відомий засіб для тришарового заводського покриття металевих труб на основі порошкової епоксидної смоли з фенольними зшиваючими агентами, термопластичного адгезиву та покривного поліолефінового шару (11). В описаному засобі порошкова грунтовка містить епоксидовані новолачні смоли з молекулярною масою 600-850 та вмістом епоксидних груп 3,4- 2,8 мас. 95, фенольні зшиваючі агенти, каталізатори твердіння епоксидно-фенольної смоли (фосфонієві солі кислот, імідазоли та їх похідні, четвертичні амонієві солі, аміни) та наповнювач - модифіковану гліцидиловими групами кремнієву кислоту. На порошкову грунтовку наносять термопластичний адгезив - співполімери етилену з метакриловою кислотою та ефірами метакрилової кислоти. Поліолефіновий покривний шар - поліетилен. Відоме покриття виготовляють послідовним нанесенням на очищену і нагріту до 170-220 С сталеву трубу грунтувального епоксидного шару, термопластичного адгезиву та поліолефінового покривного шару.

Виготовлене покриття характеризується високою механічною міцністю та високими діелектричними властивостями. Адгезійна міцність покриття до сталевої поверхні складає більше 40 Н/см.

Недоліком відомої грунтовки та покриття на її основі є швидке зниження міжшарової адгезії після тривалої експозиції покриття в гарячій воді. Так, після витримки зразків з покриттям протягом 1000 годин (б тижнів) у воді при 180 "С, адгезійна міцність знижується в 2-3 рази і бо складає 15-25 Н/см. Стійкість покриття до катодного відшарування після витримки протягом 30 днів при 23 "С в 0,5 молярному розчині повареної солі та потенціалі поляризації 1,2 вольта, складає 1-4 мм, а після витримки протягом 14 днів при 65 "С відшарування зростає в 2-3 рази та складає 4-5 мм. Відома грунтовка є порошковий матеріал, який наноситься на гарячу (170- 220 7С) трубу виключно в заводських умовах. Для ізоляції зони зварних стиків труб відома епоксидна грунтовка не застосовується.

Відома термоусаджувальна манжета "ж515-65" виробництва 05 "Сапива" (Канада) з епоксидним праймером "5" (12). Відомий праймер, що складається з епоксидної основи (компонент А) та твердника амінного типу (компонент Б), наноситься на підготовлену у відповідності 3 вимогами ІМ 8501, підігріту до 90-100 "С металеву поверхню зони зварного стику труб, а також на краї заводського поліолефінового покриття. Зверху наноситься термоусаджувальна манжета "45-65", яка усаджується газополум'яним або термоелектричним методом. Відомий праймер та покриття на його основі характеризується високими значеннями адгезійної міцності до сталі та до поліолефіну і застосовується для ізоляції зони зварних стиків труб великого діаметру з заводською поліолефіновою ізоляцією.

Недоліком відомого покриття є значне зниження адгезійної міцності (водостійкості) та стійкості до катодного відшарування в процесі довготривалої дії води за підвищеної температури Так, після витримки зразків з покриттям протягом 1000 годин у воді при 60 "С, адгезійна міцність до поверхні сталі знижується з 90 Н/см до 35 Н/см, а адгезійна міцність до поверхні поліетилену знижується відповідно з 100 Н/см до 30 Н/см. Склад епоксидного праймеру не наводиться.

Найбільш близьким аналогом є термоусаджувальна муфта "ТЕРМА-Р" (13), виробництва

ТОВ "Терма" (Росія) з епоксидним праймером "МБ" (14), яка призначена для ізоляції зони зварних стиків труб в трасових умовах. Епоксидний праймер "МБ" складається з епоксидної основи (компонент А) та амінного твердника (компонент Б). Праймер "МБ" застосовується спільно з термоусаджувальною муфтою "ТЕРМА-Р" при ізоляції зони зварних стиків труб середнього та великого діаметру з заводською поліолефінофою ізоляцією. Відоме покриття характеризується високою адгезійною міцністю до сталі та до поліолефіну заводського покриття.

Недоліком відомого праймеру та покриття на його основі є значне зниження адгезійної

Зо міцності та стійкості до катодного відшарування після експозиції зразків з покриттям у гарячій воді. Склад праймеру не наводиться.

Загальним недоліком вказаних вище покриттів є низька стійкість до довготривалої дії води за підвищеної температури. Відшарування термоусаджувальної муфти від поверхні трубопроводу проходить, як правило, по межі поділу епоксидний праймер - термоплавкий шар (адгезив) термоусаджувальної муфти.

Як прототип вибрана антикорозійна грунтовка під термоусаджувальну муфту, що включає бутадієн-стирольний каучук, п-трет-бутилфенол-формальдегідну смолу, співполімер етилену, амінометилбні похідні нонілфенолів, пірокатехін, оксид магнію, технічний вуглець та сольвент нафтовий. Відома грунтовка спільно з термоусаджувальною муфтою "Темп" забезпечує високі захисні та експлуатаційні властивості покриття зони зварних стиків труб (151.

Недоліком відомої грунтовки є низька адгезійна міцність до поліетилену за підвищеної температури. Крім того, відома клейова грунтовка виготовлена із застосуванням значної кількості (до 7595) органічного розчинника. Після нанесення грунтовки на поверхню трубопроводу вона просушується. В результаті більша частина розчинника летить в атмосферу, що недоцільно з точки зору енергозбереження та збереження довкілля. З цієї причини відома грунтовка має обмежене застосування.

В основу корисної моделі поставлена задача розробки грунтовки для забезпечення адгезійної міцності епоксидної грунтовки, що не містить органічного розчинника, до поверхонь металу та термоусаджувальної муфти, забезпечення міжшарової адгезії, забезпечення водостійкості та стійкості покриття до катодного відшарування за підвищеної температури.

Поставлена задача вирішується тим, що багатошаровим покриттям з епоксидною грунтовкою, що не містить органічного розчинника та включає епоксидну смолу з отверджувачем, пластифікатор, модифікатор, наповнювач, інгібітор. Як модифікатор містить модифікований аеросил, як інгібітор корозії містить інгібітор ""ЕНА-Нафтохім-8" та додатково містить порошкоподібний співполімер етилену з вінілацетатом за наступним співвідношення інгредієнтів (95 ваг.): епоксидна смола 65,5-78,0 поліамінний твердник 11,5-18,5 пластифікатор 4,0-5,5 модифікатор 1,5-3,0 наповнювач 3,5-4,8 інгібітор корозії 1,2-2,5 співполімер етилену З 15-45 вінілацетатом в

Характерною особливістю запропонованої грунтовки є присутність в її складі порошкоподібного співполімеру етилену з вінілацетатом.

Неочікуваною обставиною виявилося те, що в складі покриття на основі запропонованої епоксидної грунтовки добавки дисперсного порошку співполімеру етилену з вінілацетатом дозволяють підвищити еластичність грунтовки та стійкість до розтріскування. Крім того, добавки вказаного порошкового співполімеру етилену дозволяють підвищити адгезійну міцність та водостійкість покриття на межі поділу епоксидна грунтовка-термоплавкий шар (адгезив) термоусаджувальної муфти, який містить як основний інгредієнт співполімери етилену з вінілацетатом. Добавка порошкоподібного співполімеру етилену дозволяє також регулювати в'язкість грунтовки в процесі її нанесення на поверхню металу. Таким чином, застосуванням порошкоподібного співполімеру етилену забезпечується реалізація потенціальних можливостей епоксидної грунтовки з досягненням максимального рівня міжшарової адгезії.

Іншою новизною та особливістю грунтувальної композиції, що заявляється, є застосування в її складі інгібітора корозії "РЕНА-Нафтохім-8". Новим виявилося те, що застосування вказаного інгібітора дозволяє не тільки підвищити стійкість покриття до катодного відшарування та зниження швидкості підплівкової корозії але й досягти гомогенності композиції в процесі змішування епоксидної смоли з амінним отверджувачем.

Застосування в складі грунтовки модифікованого аеросилу дозволяє підвищити тиксотропність грунтовки та забезпечити рівномірність товщини грунтувального шару в процесі його нанесення на поверхню трубопроводу.

Сукупність всіх інгредієнтів грунтовки дозволяє отримати нову композицію з суттєвим позитивним технічним рівнем та якістю.

Для виготовлення грунтувальної композиції, що заявляється, застосовуються наступні інгредієнти: епоксидна смола ЕД-20 (ДСТУ 20-93) або ЕД-22 виробництва Горлівського хімічного заводу, поліетиленполаамін ПЕПА ТУ РФ 2413-357-00203447-99 або УП-0О633М - моноціанетилентриамін (ТУ 6-05-1863-78) або аддукт бутилметакрилату з диетилентриаміном (ТУ 6-05-241-444-79), пластифікатор дибутилфталат (ДБФ) (ГОСТ 8728-88), двоокис титану (ГОСТ 9808-94), окис цинку (ТУ 6-09-01-760-90), аеросил АМ-175, 300 (ГОСТ 14922-77), дисперсний порошок співполімеру етилену з вінілацетатом марки "МІММАРАбБ 5028 М" з

Зо середнім розміром часток 1-7 мкм, виробник- фірма "МасКег Роїутег БЗувієтв" (Німеччина), інгібітор корозії "РЕНА-Нафтохім-8" за ТУ У 24.6-30084964-003-2001 виробництва НВК "Галичина", м. Дрогобич.

Нижче наведені конкретні приклади виготовлення запропонованої епоксидної грунтовки.

Приклад 1. Для приготування епоксидної основи (компонент А) в міксер або інший змішувач завантажують 9,0 г дибутилфталату, 4,0 г аеросилу, 7,6 г дисперсного порошку співполімеру етилену, 8,0 г двоокису титану та 142 г епоксидної смоли. Суміш перемішують та гомогенізують протягом 5-7 хв. Для приготування амінного отверджувача (компонент Б) беруть 27 г поліетиленполіаміну (ПЕПА), добавляють 2,4 г інгібітора корозії і ретельно перемішують за допомогою шпателя або лопатки. В такому вигляді виготовлені суміші (компоненти А та Б) можуть зберігатися протягом 3-х діб без погіршення властивостей. Перед нанесенням грунтовки на поверхню трубопроводу компоненти А та Б змішують та гомогенізують. За звичайних умов (120 "С) виготовлена грунтовка придатна до застосування (зберігає життєздатність) протягом 60 хвилин.

Приклад 2. Для приготування епоксидної основи (компонент А) в міксер або інший змішувач завантажують 10,0 г дибутилфталату, 6,0 г аеросилу, 8,0 г дисперсного порошку співполімеру етилену, 9,6 г оксиду цинку та 129 г епоксидної смоли. Суміш перемішують та гомогенізують протягом 5-7 хв. Для приготування амінного отверджувача (компонент Б) беруть 19 г поліетиленполіаміну (ПЕПА), 16 г ЦЕДА та 2,4 г інгібітора корозії і ретельно перемішують за допомогою шпателя або лопатки. В такому вигляді виготовлені суміші (компоненти А та Б) можуть зберігатися протягом 3,0 діб без погіршення властивостей. Перед нанесенням грунтовки на поверхню трубопроводу компоненти А та Б змішують та гомогенізують. За звичайних умов (120 "С) виготовлена грунтовка придатна до застосування (зберігає життєздатність) протягом 30-40 хвилин.

Приклади композицій 3-7 виготовлені аналогічно, відрізняються тільки співвідношення інгредієнтів.

Склади грунтовки наведені в табл. 1.

Таблиця 1

Склади грунтовки 1 12 | 314 |516 | 7

Аміннийотверджувач.ї///////17777711 ЇЇ 111Ї1

ДЕТА 77777771 1111-1180 ЇЇ - 111-11-11 -

ЩЦЕДА ///77777771111171111 111-11-15 1-1 - 11 -

Інгібіторкорозїї 71112 | 72 | 0 | 15 | 251 15 | 20

Для виготовлення покриття на підготовлену у відповідності з вимогами 0ІМ 8501, підігріту до 60-70 "С металеву поверхню зони зварного стику, а також на краї заводського поліолефінового покриття наносять шар епоксидної грунтовки (витрата 120-150 г/м). Грунтовку витримують протягом 5-10 хвилин "до відлипу". За необхідності, з метою прискорення твердіння грунтовки за низької температури повітря, допускається підігрів грунтувального шару за допомогою газового пальника протягом кількох хвилин. Зверху наносять термоусаджувальну муфту або манжету, яка усаджується газополум'яним або термоелектричним методом.

Одержані склади грунтовок та покриття на їх основі були випробувані на відповідність технічним вимогам згідно з ДСТУ 4219. В якості термоусаджувальної манжети використана манжета "ЦРТ-70" (ТУ У 25.2-35189000-002:2008). Випробування проводились на трубах діаметром 530 мм в заводських умовах, а також на фрагментах труб з покриттям, в лабораторних умовах.

Результати випробувань наведено в табл. 2.

Таблиця 2

Фізико-механічні властивості епоксидної грунтовки та покриття на її основі спільно з термоусаджувальною манжетою "ДЦРТ-70" 1.Адгезіядосталі Н/см|Ї 17111111 6б)40с 77777777 163,5 1 670| 6051695) 725|6901625| 2 щ - | 355 в)бо"с 777777 1500 485) 45515193) 53,0|51,51495| щ - | 170

ЕНН ШИ ШО НИ НОВО МОНО МОНО ОЛЯ КОНЯ КОЛОН поліетилену, Н/см: вбо"с 77777777 141,5 1380) 340405) 43013901 325| щ - | 165

ПОТЕН даю ле ля ле ля! воло. до сталі, Н/см: 6)40С,1000годин. | 71,5 715)| 7001720) 77,3 171,61 705| - | 725 в)80С,1000годин, | 70,0 069,5)| 68,5 |725| 75,5 173,01 710| - | 730 ення віп вх. ще ютітя! жо ях до поліетилену, Н/см: 6)40С,1000годин, | 52,5 51,5) 4501530) 52,9 |50,81 325| - | від ів)80С,1000годин, | 50,0 1490| 43,5 |515)| 51,5)|480|270| - | шар

Продовження таблиці 2 5. Площа відшарування при катодній поляризації, сме, не більше: а)г20"С,ЗОдіб | 12 12| 91 | 111 09 |101 11 | 40 | 13 6б)вос,ЗОдіб | 55 80 | 185153) 40 | 49) 45 | 150 | 90

Наведені в табл. 2 дані свідчать про те, що початкові значення адгезійної міцності запропонованої епоксидної грунтовки до поверхні сталі дещо поступаються значенням прототипу, але переважають аналогічні значення аналога. Проте, за підвищеної температури (ї60 "С), адгезійна міцність запропонованої грунтовки знижується на 30 90, а адгезійна міцність покриття на основі відомого покриття (прототипу) зменшується в 4-5 разів. Аналогічно адгезійна міцність запропонованої грунтовки до поверхні поліетилену заводського покриття при 20 "С на 20-30 90 вища, ніж при 60 "С, а адгезійна міцність відомого покриття зменшується в 2 рази.

Водостійкість адгезії до поверхонь сталі та поверхні поліетиленового покриття визначали після витримки зразків з покриттями у воді протягом 1000 годин за звичайної та підвищеної температури. Як видно з наведених в табл. 2 даних, запропонована грунтовка забезпечує високі значення адгезійної міцності покриття після витримки зразків з покриттям у воді протягом 1000 годин при звичайній та при підвищеній температурі. Водостійкість адгезії до сталі є на рівні аналогічних показників відомої грунтовки. Водостійкість адгезії запропонованої грунтовки до полієтилену після витримки зразків з покриттям у воді зменшується на 5-10 95, а водостійкість відомого покриття зменшується суттєво. За підвищеної температури відбувається повне відшарування відомого покриття від поверхні поліетилену.

Визначено стійкість покриття на основі грунтовки до катодного відшарування в процесі витримки в З 95-ному розчині Масі при потенціалі поляризації 1,5 вольта протягом 30 діб за температури 20 "С та 60 "С. Представлені в табл.2 дані свідчать про те, що показники стійкості до катодного відшарування розробленої грунтовки та покриття на її основі за підвищеної температури в півтора-два рази перевищують аналогічні показники клейової грунтовки (прототип) та в 2-3 рази перевищують показники відомої епоксидної грунтовки.

Дані табл. 2 вказують на те, що застосування в запропонованому рішенні домішок таких, як дисперсний порошок співполімеру етилену з вінілацетатом марки "МІММАРАБЗ 5028 М", інгібітор корозії ""ЕНА-Нафтохім-8", модифікатор - модифікований аеросил АМ 175, пластифікатор, мінеральний наповнювач, приводить до значного покращення властивостей захисного покриття у порівнянні з прототипом, а саме:

Зо 1) адгезійна міцність до сталі за підвищеної температури вища в 2-3 рази; 2) адгезійна міцність до поліетилену більша в 2-3 рази, як за звичайної, так і за підвищеної температури;

З) водостійкість адгезії до поліетилену після витримання зразків у воді протягом 1000 годин при 20 "С та при 60 "С зменшується на 5-10 905, а відоме покриття відшаровується повністю; 4) стійкість покриття до катодного відшарування за підвищеної температури більша в півтора-два рази.

Таким чином, за сукупністю корисних ознак, запропонована епоксидна грунтовка та покриття на її основі проявляють якісно нові ознаки, що підтверджує новизну технічного рішення.

Перелік посилань: 1 ДСТУ 4219-2003 Трубопроводи сталеві магістральні. Загальні вимоги до захисту від корозії. 2 ГОСТ Р 51164-99 Трубопроводь стальнье магистральнье. Общие требования к защите от коррозии.

З ГОСТ Р 52568-2006 Трубьі стальнье с защитньми наружньми покрьтиями для магистральньїх газонефтепроводов. Техническиє условия. 4 Заявка ЕР-А 57823. 5 Патент Великобританії СВ 1542333. 6 Заявка Німеччини ОБЕ-А 2222911. 7 Заявка Німеччини ОБ-А 2257135. 8 Заявка Німеччини ОЕ-А 1965802. 9 Заявка Німеччини ОБЕ-А 2944809. 10 Заявка Німеччини ОЕ-А 3230955.

11 Патент РФ Мо 2131308, опубл. 10.06.1999. 12 инструкция по технологии ремонта мест повреждений заводского полизтиленового покрьїтия труб. РД-1390-001-2010. Москва, 2010. 13 ТУ 2245-026-82119587-2008; Манжета термоусаживающаяся "ТЕРМА-Р" (Россия). 14 ТУ 2312-027-82119587-2008, "Праймер МБ", (Россия).

Патент Мо 74618, Україна. МПК СО090 5/12, СО09| 123/04. // Антикорозійна грунтовка //.

Опуб.16.01.2006.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

   Епоксидна грунтовка для багатошарового полімерного покриття металевих труб, що не містить органічного розчинника та включає епоксидну смолу з отверджувачем, пластифікатор, модифікатор, наповнювач, інгібітор, яка відрізняється тим, що як модифікатор містить модифікований аеросил, як інгібітор корозії містить інгібітор ""ЕНА-Нафтохім-8" та додатково містить порошкоподібний співполімер етилену з вінілацетатом за наступного співвідношення інгредієнтів (95 ваг.): епоксидна смола 65,5-78,0 поліамінний отверджувач 11,5-18,5 пластифікатор 4,0-5,5 модифікований аеросил 1,5-3,0 наповнювач 3,5-4,8 інгібітор "РЕНА-Нафтохім -8"..1,2-2,5 співполімер етилену 34 Б-А 5 вінілацетатом М