СПОСОБ ИЗОЛЯЦИИ ТРУБ Российский патент 2000 года по МПК B29C44/20 F16L59/14 

Изобретение относится к технологии изоляции труб, в частности к способу изоляции труб.

Известен способ изоляции труб путем нанесения на трубу по меньшей мере одного изоляционного слоя, выполненного из полиуретанового жесткого пенопласта, и по меньшей мере одного покровного слоя, причем покровный слой содержит массивный полиуретан (см. международную заявку N PCT/EP92/01183. МКИ F 16 L 59/14, B 29 C 67/22, B 29 K 75/00, опубликованную 10.12.1992 года, N WO 92/21910). Известный способ можно использовать также для изготовления многослойной системы труб, при которой в качестве второго покровного слоя применяют пластмассовую наружную трубу. При этом труба, на которую наносят изоляционный слой, выполнена из стали или пластмассы.

Недостаток известного способа заключается в том, что стальные трубы, снабженные изоляционными слоями, выполненными из обычных полиуретановых жестких пенопластов, не пригодны для использования в теплофикационных сетях с непрерывным режимом эксплуатации при температурах выше 140^oC.

Задачей изобретения является создание способа изоляции труб, обеспечивающего получение труб, пригодных для непрерывной эксплуатации при температурах до 200^oC.

Эта задача в способе изоляции труб путем нанесения на стальную трубу изоляционного слоя, содержащего по меньшей мере один слой полиуретанового жесткого пенопласта, и нанесения покровного слоя решается тем, что изоляционный слой дополнительно содержит по меньшей мере один слой из полиизоциануратного пластмассового материала, находящийся между стальной трубой и слоем из полиуретанового жесткого пенопласта.

Состоящий из полиизоциануратного пластмассового материала слой в следующем также называется "внутренний слой".

Кажущаяся плотность внутреннего слоя, который предпочтительно наносят на трубу либо путем распыления на вращающуюся трубу, либо путем вспенивания в форме, как правило, составляет 200 - 1100 кг/м³, предпочтительно 300 - 500 кг/м³. Следующий слой из полиуретанового жесткого пенопласта можно изготавливать обычным способом вспенивания в форме, или предпочтительно также путем разливки или распыления на вращающиеся трубы. Кажущаяся плотность этого слоя обычно составляет 80 - 100 кг/м³. Полиизоциануратный пластмассовый материал внутреннего слоя отличается очень высокой термостойкостью и прилипания к стальной трубе.

Хорошая тепловая изоляция в первую очередь обеспечивается полиуретановым жестким пенопластом.

Толщина внутреннего слоя должна быть достаточной для снижения температуры до максимум 140^o. Таким образом полиуретановый жесткий пенопласт подвергается воздействию лишь применимых температур. В результате испытания на срез такой многослойной системы при температурах до 200^oC получили удивительно высокие значения, которых полиуретановыми системами, изготовленными способом вспенивания в форме, не достигают. Технология разливки или распыления материала на вращающиеся трубы позволяет обработку таких систем высокой кажущейся плотности, стойких к воздействию высоких температур.

По настоящему изобретению предпочитают:
- полиизоциануратный пластмассовый материал, полученный путем взаимодействия
а1) ароматического полиизоцианата или
а2) преполимера с концевыми изоцианатными группами, содержание которых составляет 5 - 20 вес.%, полученного в результате взаимодействия
1. 4,4'-дифенилметандиизоцианата, который может иметься в смеси с 2,4- и 2,2-изомерами и с 0 - 30 вес.% высокофункциональных изоцианатных соединений, с
2. простым полиэфиром с 2 - 4 гидроксильными группами, молярная масса которого составляет 1000 - 6000, с
б) полиольным компонентом, содержащим
1. простой полиэфир с 2 - 4 реакционноспособными относительно изоцианатов атомами водорода, молярная масса которого составляет 1000 - 7000,
2. 0 - 0,5 вес.% воды,
3. 0 - 5 вес.% алифатического/ароматического или циклоалифатического полиамина и/или полиимина молярной массы 32 - 1000 в качестве сшивающих агентов,
4. 2 - 10 вес.% катализатора тримеризации, и при необходимости
5. вспомогательные вещества и добавки,
- применение в качестве ароматического полиизоцианата смеси дифенилметандиизоцианата и полифенилполиизоцианатов [сырого МДИ (МДИ - метилендиизоцианат)],
- проведение взаимодействия компонентов а1) или а2) с б) при изоцианатном показателе 300 - 2000,
- нанесение полиизоциануратного слоя осуществляют при помощи смесительных головок и литьевых сопел, причем поступают так, что либо смесительные головки перемещают параллельно оси вращения трубы с сохранением определенного расстояния между ними, либо трубу перемещают с определенной подачей в аксиальном направлении под неподвижно установленными смесительными головками.

По настоящему изобретению предпочитают:
- получение полиуретанового жесткого пенопласта путем взаимодействия
а) ароматического полиизоцианата с
б) полиольным компонентом, в среднем с по меньшей мере 3 реакционноспособными относительно изоцианатов атомами водорода, содержащим
1. простой полиэфир с по меньшей мере 2 гидроксильными группами, молярная масса которого составляет 300 - 700,
2. вспенивающий агент и при необходимости
3. соединение с по меньшей мере 3 гидроксильными группами, молярная масса которого составляет 62 - 299, в качестве удлинителя цепи или сшивающего агента, и при необходимости
4. вспомогательные вещества и добавки,
- применение в качестве ароматического полиизоцианата смеси дифенилметандиизоцианата и полифенил-полиметилен-полиизоцианатов (сырого МДИ),
- применение воды в качестве вспенивающего агента,
- применение алканов в качестве вспенивающих агентов.

Используемый для получения полиизоциануратного пластмассового материала катализатор предпочтительно представляет собой ацетат калия или ацетат натрия, которые могут быть растворены в этиленгликоле или диэтиленгликоле.

Изоцианатный показатель полиизоциануратного пластмассового материала предпочтительно составляет 350 - 900.

Используемые в качестве сшивающих агентов полиамины и/или полиимины полярной массы 32 - 1000 предпочтительно представляют собой:
а) бифункциональные амины и имины:
этилендиамин, пропилендиамин, бутилендиамин, пентаметилендиамин, гексаметилендиамин и их высшие гомологи, 1,4-диаминоциклогексан, изофорондиамин, бис-(4-аминоциклогексил)-метан, пиперазин, бис-(2-аминоэтил)-пиперазин, бис-(3-аминопропил)-пиперазин, 2-аминоэтилпиреразин, 3-аминопропилпиперазин, N,N-диметилэтилендиамин,
б) высокофункциональные амины и имины:
диэтилентриамин, триэтилентетрамин, тетраэтиленпентамин, пентаэтиленгексамин и дальнейшие высшие гомологи, такие как, например, трипропилентетрамин, тетрапропиленпентамин, пентапропиленгексамин.

Для получения полиуретановых жестких пенопластов применяют следующие исходные вещества:
Полиизоцианаты, описанные, например, В. Зифкен в источнике Justus Liebigs Annalen der Chemie, 562, стр. 75 - 136, например, соединения формулы
Q(NCO)_n,
где n = 2 - 4, предпочтительно 2, и
Q - ароматический углеводород с 6 - 15, предпочтительно 6 - 13 атомами углерода,
например, такие полиизоцианаты, которые описаны на стр. 10, 11 выложенной заявки DE N 2832253.

Как правило, особенно предпочтительными являются технически легко доступные полиизоцианаты, например 2,4- и 2,6-толуилендиизоцианат, а также любые смеси этих изомеров, смеси дифенилметандиизоцианатов и полифенил-полиметиленполиизоцианатов, которые получают путем конденсации анилина с формальдегидом и последующего фосгенирования ("сырой МДИ") и полиизоцианаты, содержащие карбодиимидные группы, уретановые группы, аллофанатные группы, изоциануратные группы, мочевинные группы или биуретные группы ("модифицированные полиизоцианаты").

Полиизоцианаты подвергают взаимодействию с нижеописанным полиольным компонентом.

Этот компонент содержит (в количестве 50 - 90 вес.%) (короткоцепной), имеющий две гидроксильные группы, простой полиэфир молярной массы 300 - 700, который получают путем присоединения пропиленоксида и/или этиленоксида к стартеру, такому как, например, сорбит, этиленгликоль, триметилолпропан, глицерин, пентаэритрит и/или сахар. Предпочтительно он имеет гидроксильное число 300 - 600.

В полиольном компоненте также содержится (известный) вспенивающий агент, предпочтительно вода (как правило, в количестве 0,5 - 10 вес.%).

В качестве вспенивающего агента кроме предпочтительно применяемой воды, которая, как известно, в результате реакции с изоцианатами приводит к выделению двуокиси углерода, используют также легколетучие органические вещества, как, например, пергалогенированные и частично галогенированные углеводороды, кипящие при давлении 1013 мбар в температурных пределах от -50^oC до -75^oC, предпочтительно от +10^oC до +25^oC, как, например, трихлорфторметан, 1,1-дихлор-2,2,2-трифторэтан, 1,1-дихлор-1-фторэтан, дихлорфторметан, 1-хлор-1,1-дифторэтан, 1,1,1,2-тетрафторэтан, а также алифатические или циклоалифатические углеводороды с 3 - 6 атомами углерода, такие, как, например, пропан, бутан, пентан, изопентан, циклопентан и циклогексан.

Кроме того, полиольный компонент может также содержать (в количестве 0 - 30 вес. %) имеющий трет-аминовые группы полиэфир молярной массы 200 - 700, получаемый путем присоединения этиленоксида и/или пропиленоксида, например, к триэтаноламину, диизопропаноламину или этилендиамину. Предпочтительно он имеет гидроксильное число 250 - 700.

В полиольном компоненте могут также содержаться соединения с по меньшей мере 3 гидроксильными группами молярной массы 32 - 299, которые служат удлинителями цепи или сшивающими агентами.

Возможно также применение вспомогательных веществ и добавок, таких как, например, эмульгаторы и пеностабилизаторы. В качестве эмульгаторов предпочтительно используют вещества на основе алкоксилированных жирных кислот и высших спиртов.

В качестве пеностабилизаторов используют прежде всего полиэфирные силоксаны, в частности водонерастворимые силоксаны. Эти соединения обычно имеют такую структуру, что сополимер этиленоксида и пропиленоксида связан с полидиметилсилоксановым остатком. Водорастворимые пеностабилизаторы описаны, например, в патентах США N 2834748, 2917480 и 3629308.

Кроме того, в полиольном компоненте могут также содержаться ингибиторы реакции, как, например, вещества с кислой реакцией, как, например, соляная кислота или галоидангидриды органических кислот, известные регуляторы ячеек, такие как, например, парафины или спирты жирного ряда или диметилполисилоксаны, а также пигменты или красители, кроме того, противостарители и обеспечивающие атмосферостойкость средства, пластификаторы и вещества с фунгистатической и бактериостатической активностью, а также наполнители, такие как, например, сульфат бария, кизельгур, сажа и флотированный мел.

Дальнейшие представители возможно используемых поверхностно-активных веществ, пеностабилизаторов, регуляторов ячеек, ингибиторов реакции, стабилизаторов, огнезащитных веществ, пластификаторов, красителей, наполнителей, веществ с фунгистатической и бактериостатической активностью, а также подробные информации об их применении и действии приведены в справочнике Kunststoff-Handbuch, том VII, под ред. фивег унд Хехтлен, издательство Карль Ханзер Ферлаг. Мюнхен 1966, например, на стр. 103 - 113.

По настоящему изобретению в полиольном компоненте могут также содержаться известные из химии полиуретанов катализаторы, такие как трет. амины и/или металлоорганические соединения.

Предлагаемый способ можно проводить, например, следующим образом:
В зависимости от диаметра размещенную в соответствующем устройстве стальную трубу приводят во вращение с соблюдением определенного числа оборотов. В зависимости от требуемой толщины изоляционного слоя реакционную смесь наливают посредством щелевого сопла при определенной подаче смесительной головки. В зависимости от расхода выпускаемой смеси используют сопла различной геометрии, предпочтительно щелевые сопла. Если вращающуюся трубу перемещают в направлении продольной оси, то смесительные головки должны быть неподвижно установлены на заданном расстоянии. Покровный слой, который наносят на изоляционный слой, может представлять собой, например, пластмассовая наружная труба.

Пример выполнения:
диаметр трубы: 63 мм;
число оборотов трубы: 95 об/мин;
выпуск для стойкой при высокой температуре изоляции: 1500 г/мин;
подача смесительной головки: 100 см/мин;
толщина изоляционного слоя: 20 мм.

Состав полиизоциануратного синтетического материала:
100 вес. частей простого полиэфира с гидроксильным числом 56 и молярной массой 3000, представляющего собой продукт присоединения пропиленоксида к триметилолпропану;
0,2 вес. части воды;
1,0 вес. часть пеностабилизатора Б 8421 (фирмы Гольдшмидт, DE);
4,0 вес. части ацетата калия (25% в этиленгликоле);
200 вес. частей сырого МДИ (содержание изоцианата: 31,8 вес.%).

Изоцианатный показатель ≈ 900
Кажущаяся плотность составляет 500 кг/м³.

Состав полиуретанового жесткого пенопласта:
50 вес. частей простого полиэфира с гидроксильным числом 450 и молярной массой 350, представляющего собой продукт присоединения пропиленоксида к сахару;
50 вес. частей простого полиэфира с гидроксильным числом 450 и молярной массой 570, представляющего собой продукт присоединения глицерина и пропиленоксида к сорбиту (реакцию начинают со смесью сорбита и глицерина);
5 вес. частей воды;
1 вес. часть пеностабилизатора Б 8423 (фирмы Гольдшмидт, DE);
1,5 вес. части диметилциклогексиламина;
185 вес. частей сырого МДИ (содержание изоцианата: 31,8 вес.%).

Изоцианатный показатель 110.

Жесткий пенопласт получают обычным способом вспенивания в форме, вспенивая пенопласт в полости между стальной трубой со слоем из полиизоциануратного пластмассового материала и полиэтиленовой наружной трубой диаметром 200 мм. Кажущаяся плотность составляет 90 кг/м³.

В таблице сведены данные по тангенциальной прочности при сдвиге многослойной трубы, выполненной по вышеприведенному примеру, по сравнению с многослойной трубой, изоляционный слой которой состоит исключительно из полиуретанового жесткого пенопласта.

Из сравнения сведенных в таблице данных очевидно, что при температурах выше 140^oC прочность при сдвиге многослойной трубы с предлагаемым изоляционным слоем по сравнению с трубой с обычной изоляцией значительно повышена.

Изобретение относится к технологии изоляции труб. В способе на стальную трубу наносят изоляционный слой, который содержит, по крайней мере, один слой полиуретанового жесткого пенопласта и дополнительно содержит, по меньшей мере, один слой полиизоциануратного пластмассового материала. Этот слой находится между стальной трубой и слоем из полиуретанового жесткого пенопласта. На изоляционный слой наносят покровный слой. Трубы, изолированные по данному способу, имеют высокую прочность и пригодны для непрерывной эксплуатации при температурах до 200^oC. 10 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ изоляции труб путем нанесения на стальную трубу изоляционного слоя, содержащего по крайней мере один слой полиуретанового жесткого пенопласта, и нанесения покровного слоя, отличающийся тем, что изоляционный слой дополнительно содержит, по меньшей мере, один слой полиизоциануратного пластмассового материала, находящийся между стальной трубой и слоем из полиуретанового жесткого пенопласта. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полиизоциануратный пластмассовый материал является продуктом взаимодействия ароматического полиизоцианата или содержащего концевые изоцианатные группы преполимера, с содержанием изоцианатных групп, равным 5 - 20 вес.%, полученного в результате взаимодействия 4,4'-дифенилметандиизоцианата, который может иметься в смеси с 2,4- и 2,2-изомерами и с 0 - 30 вес.% высокофункциональных изоцианатных соединений, с простым полиэфиром с 2 - 4 гидроксильными группами, молярная масса которого составляет 1000 - 6000, с полиольным компонентом содержащим простой полиэфир с 2 - 4 реакционноспособными относительно изоцианатов атомами водорода, молярная масса которого составляет 1000 - 7000, и 2 - 10 вес.% катализатора тримеризации. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что полиольный компонент содержит до 0,5 вес.% воды. 4. Способ по п.2, отличающийся тем, что полиольный компонент содержит до 5 вес. % алифатического, ароматического и/или циклоалифатического полиамина и/или полиимина молярной массы 32 - 1000 в качестве сшивающего агента. 5. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве ароматического полиизоцианата используют дифенилметандиизоцианата и полифенилполиметилен-полиизоцианата. 6. Способ по п.2, отличающийся тем, что изоцианатный показатель продукта взаимодействия составляет 300 - 2000. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что полиуретановый жесткий пенопласт является продуктом взаимодействия ароматического полиизоцианата с полиольным компонентом, имеющим в среднем, по меньшей мере, 3 реакционноспособных относительно изоцианатов атома водорода, содержащим простой полиэфир с, по меньшей мере, 2 гидроксильными группами, молярная масса которого составляет 300 - 700, и вспенивающий агент. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что полиольный компонент в качестве удлинителя цепи или сшивающего агента содержит имеющее, по меньшей мере, 3 гидроксильные группы соединение, молярная масса которого составляет 62 - 299. 9. Способ по п.7, отличающийся тем, что в качестве ароматического полиизоцианата используют смесь дифенилметандиизоцианата и полифенилполиметилен-полиизоцианатов. 10. Способ по любому из пп.1 - 9, отличающийся тем, что слой полиизоциануратного пластмассового материала и/или слой полиуретанового жесткого пенопласта наносят путем разливки на вращающиеся трубы. 11. Способ по любому из пп.1 - 9, отличающийся тем, что слой полиизоциануратного пластмассового материала и/или слой полиуретанового жесткого пенопласта наносят путем распыления или путем вспенивания в форме.