ИЗОЛЯЦИОННАЯ БИТУМНО-ПОЛИМЕРНАЯ МАСТИКА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК F16L58/12 C08L95/00 

Изобретение относится к материалам, применяемым для изоляции труб и трубных систем, и может быть использовано при строительстве и ремонте трубопроводов различного назначения, в том числе подземных нефтепроводов, нефтепродуктопроводов и газопроводов в летний и зимний периоды времени.

Известны мастики для защиты от коррозии, содержащие битум, цемент, песок и гранулированный материал (см. патент США 4196922, МПК F 16 L 58/12, 08.04.1980).

Из этого же патента известен способ изготовления мастики, заключающийся в том, что смешивают битум и наполнитель.

Данная 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°С, частности для защиты подводных трубопроводов. Таким образом, область использования подобного рода мастики ограничена.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является битумно-полимерная мастика для защиты от коррозии, которая содержит в своем составе битум, термоэластопласт и наполнитель (см., заявку Великобритании 1538267, МПК F 16 L 58/12,17.01.1979).

Из этой же заявки Великобритании 1538267 известен способ изготовления мастики, включающий смешивание компонентов, из которых состоит мастика.

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 также при отрицательных температурах окружающей среды. Что касается способа изготовления мастики, то он достаточно трудоемок.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение качества противокоррозионной защиты подземных трубопроводов и увеличение безаварийного срока службы подземных нефтегазопроводов.

Указанная задача решается за счет того, что в части устройства как объекта изобретения изоляционная битумно-полимерная мастика для противокоррозионных защитных покрытий подземных трубопроводов включает смесь битумов, термоэластопласт, пластификатор и наполнитель, при этом в качестве битумов использована смесь битумов БНД-60/90 и БНИ-4 или БН -70/30, в качестве термоэластопласта использован дивинилстирольный термоэластопласт, а в состав мастики дополнительно введены модификатор, нефтеполимерная смола и адгезионная добавка, при этом мастика имеет следующий состав компонентов, 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 и модификатор 1-6.

В части способа как объекта изобретения указанная задача решается за счет того, что способ изготовления битумно-полимерной мастики включает смешивание битумов, термоэластопласта, пластификатора и наполнителя, при этом смешивание компонентов мастики производят следующим образом: вначале приготовляют смесь из дорожного и изоляционного битумов или строительного битума, затем путем нагрева до температуры 160-170°С обезвоживают эту смесь, подают смесь битумов в смеситель и добавляют в последний пластификатор, полученную смесь перемешивают при температуре 165-175°С в течение 2,5-3,5 ч до полного растворения пластификатора, далее добавляют наполнитель, например резиновую крошку, и перемешивают полученную смесь 25-35 мин, после чего продолжают перемешивание и добавляют нефтеполимерную смолу, модификатор, адгезионную добавку и термоэластопласт.

Как показали проведенные исследования, предлагаемая изоляционная битумно-полимерная мастика выгодно отличается от традиционно применяемых для формирования покрытий битумных мастик повышенной адгезией к стали и полимерным материалам в интервале температур от плюс 40°С до минус 20°С и сохраняет способность выдерживать механические сдвиговые, ударные и другие воздействия (деформации) при отрицательных температурах (до минус 20°С).

Применение предлагаемой изоляционной мастики снижает вероятность аварийных ситуаций на нефтепроводах, влекущих за собой ухудшение экологической обстановки в зоне их прокладки.

В качестве битумов используют битум дорожный вязкий БНД-60/90 по ГОСТ 22245-90, битум строительный БН-70/30 по ГОСТ 6617-76, битум изоляционный БНИ-4 по ГОСТ 9812-74.

В качестве дивинилстирольного термоэластопласта используют ДСТ 30Р-01 группа 1 по ТУ 38.40327-98, Изм. №1.

В качестве модификатора - каучук ПБН ТУ 38103641-98.

В качестве наполнителя используют дробленую резиновую крошку РД-05 по ТУ 38-108-03597, а пластификатором является индустриальное масло И-40А по ГОСТ 20799-88.

В качестве прочностной добавки применяется смола нефтеполимерная лакокрасочная по ТУ 38.10916-79.

В качестве адгезионной добавки применяется поверхностно-активное вещество на основе полибутадиена низкомолекулярного малеинизированного.

При проведении исследования покрытие на основе изоляционной битумно-полимерной мастики наносили механизированным или ручным способом путем полива расплавленной мастикой, предварительно очищенной и покрытой битумным праймером (раствор битума БНИ-4 в бензине в соотношении 1:2 по весу) поверхности трубы (трубопровода). Для достижения требуемой толщины мастичный слой армировали либо стеклохолстом, либо нетканым полимерным полотном. Поверх армированного мастичного слоя наносили по спирали оберточный слой из полимерной ленты, например, поливинилхлоридной (ПВХ) или полиэтиленовой (ПЭ).

Для увеличения силы сцепления компонентов мастики между собой в мастику добавляют нефтеполимерную смолу. Добавка смолы позволяет увеличить прочностные характеристики мастики (устойчивость к удару, сдвигу и вдавливанию).

Как видно из таблицы, покрытие из предлагаемой битумно-полимерной мастики имеет более высокую адгезию к стали и к полимерным липким лентам. Кроме того, покрытие, полученное путем нанесения заявляемой битумно-полимерной мастики на стальную трубу по битумному праймеру, имеет более высокую прочность по сравнению с известной изоляционной битумно-полимерной мастикой, при этом прочность покрытия при ударе при температуре минус 15°С составляет 2,0 Дж.

Как показали проведенные исследования, применение предлагаемой мастики позволяет достигать адгезии к стали более 0,6 МПа при 20°С и сохранять ее при температурах до минус 15°С на уровне не ниже 0,2 МПа. Благодаря тому что изоляционная битумно-полимерная мастика сохраняет адгезию и пластичность при отрицательных температурах окружающего воздуха, сформированное из нее покрытие обладает высокой механической прочностью, не растрескивается и не скалывается при укладке трубопровода в грунт в зимний период времени.

Предлагаемую изоляционную мастику получают следующим образом.

В определенной указанной выше пропорции приготавливают смесь из дорожного и изоляционного или строительного битумов и путем нагрева до температуры 160-170°С обезвоживают эту смесь.

Смесь битумов подается в смеситель, в который добавляется пластификатор, и все это перемешивается при температуре 165-175°С, предпочтительно 170°С, в течение 2,5-3,5 ч, предпочтительно 3 ч, до полного растворения пластификатора.

На следующем этапе в перемешиваемую смесь добавляется наполнитель -резиновая крошка, и перемешивание продолжается около 0,5 ч.

На последнем этапе в перемешиваемую смесь добавляются остальные компоненты, т.е. смола нефтеполимерная лакокрасочная, модификатор - жидкий каучук, адгезионная добавка - полибутадиен низкомолекулярный малеинизированный и термоэластопласт - дивинилстирольный термоэластопласт.

Общее время приготовления составляет 4,5 - 5 ч.

В ходе проведенных исследований были получены ряд композиций с наиболее оптимальными соотношениями компонентов в предлагаемой мастике, из которых были сформированы покрытия на трубах. Содержание компонентов в приведенных примерах указано в мас.%.

Пример 1. Битум БНД 60/90 72%, битум БНИ-4 10%, дивинилстирольный термоэластопласт 4,0%, пластификатор 2,0%, наполнитель 6,0%, нефтеполимерная смола 2,0%, адгезионная добавка 1,0%, модификатор 3,0%.

Пример 2. Битум БНД 60/90 10%, битум БН 70/30 78,5%, дивинилстирольный термоэластопласт 2,5%, пластификатор 2,0%, наполнитель 1%, нефтеполимерная смола 3,0%, адгезионная добавка 1,0%, модификатор 2,0%.

Описываемая в изобретении битумно-полимерная мастика обладает универсальным характером в части применения ее как для формирования изоляционных покрытий непосредственно на трубопроводе (или на трубе), так и для создания полуфабрикатов (заготовок для покрытий), в частности, для изготовления полимерно-битумных ленточных материалов.

Мастика предназначена для противокоррозионных защитных покрытий подземных трубопроводов. Мастика включает смесь битумов, термоэластопласт, пластификатор и наполнитель, при этом в качестве битумов использована смесь битумов БНД-60/90 и БНИ-4 или БН-70/30, в качестве термоэластопласта использован дивинилстирольный термоэластопласт, а в состав мастики дополнительно введены модификатор, нефтеполимерная смола и адгезионная добавка, при этом мастика имеет следующий состав компонентов, 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. Способ изготовления мастики включает смешивание битумов, термоэластопласта, пластификатора и наполнителя, смешивание компонентов мастики производят следующим образом: вначале приготовляют смесь из дорожного и изоляционного битумов или строительного битума, затем путем нагрева до температуры 160-170°С обезвоживают эту смесь, подают смесь битумов в смеситель и добавляют в последний пластификатор, полученную смесь перемешивают при температуре 165-175°С в течение 2,5-3,5 ч до полного растворения пластификатора, далее добавляют наполнитель, например резиновую крошку, и перемешивают полученную смесь 25-35 мин, после чего продолжают перемешивание и добавляют нефтеполимерную смолу, модификатор, адгезионную добавку и термоэластопласт. Технический результат - повышение надежности покрытия. 1 табл.

1. Изоляционная битумно-полимерная мастика для противокоррозионных защитных покрытий подземных трубопроводов, включающая смесь битумов, термоэластопласт, пластификатор и наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве битумов использована смесь битумов БНД-60/90 и БНИ-4 или БН -70/30, в качестве термоэластопласта использован дивинилстирольный термоэластопласт, а в состав мастики дополнительно введены модификатор, нефтеполимерная смола и адгезионная добавка, при этом мастика имеет следующий состав компонентов, 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 1-6.2. Способ изготовления мастики по п.1, включающий смешивание битумов, термоэластопласта, пластификатора и наполнителя, отличающийся тем, что смешивание компонентов мастики производят следующим образом: вначале приготовляют смесь из дорожного и изоляционного битумов или строительного битума, затем путем нагрева до температуры 160-170°С обезвоживают эту смесь, подают смесь битумов в смеситель и добавляют в последний пластификатор, полученную смесь перемешивают при температуре 165-175°С в течение 2,5-3,5 ч до полного растворения пластификатора, далее добавляют наполнитель, например резиновую крошку, и перемешивают полученную смесь 25-35 мин, после чего продолжают перемешивание и добавляют нефтеполимерную смолу, модификатор, адгезионную добавку и термоэластопласт.