МОНОСЛОЙНОЕ КОМПОЗИЦИОННОЕ ТЕРМОПЛАСТИЧНОЕ ПОКРЫТИЕ Российский патент 2015 года по МПК C09D123/04 C09D123/16 C08L23/04 C08L23/16 

Изобретение относится к химии и полимерным композиционным материалам.

Из уровня техники известно трехслойное покрытие, применяемое для защиты внешней поверхности стальных труб, предназначенных для строительства и газопроводов, магистральных нефтепроводов, нефтепродуктопроводов подземной и подводной прокладки, для строительства защитных кожухов переходов нефтепроводов и нефтепродуктопроводов через естественные и искусственные преграды.

Система состоит из:

- слоя порошкового эпоксидного праймера (толщина 60-200 мкм). Примерами используемых эпоксидных праймеров могут быть Eurokote 712РР, Karumel EX4413-L300, Scotchkote (http://www.ecpl.ru/articles/coat.pdf),

- адгезионного слоя, вступающего в реакцию с эпоксидным праймером (толщина 200-400 мкм). Примерами используемых адгезивов могут быть Метален АПЭ-1, Borcoat МЕ0420, YUHWA HIDEN А015Е, Orevac 18342N (http://www.optomvse.ru/building/m/242481_138_truby_pnd_.html, а также http://innoprod.startbase.ru/products/23646/),

- наружного полиэтиленового слоя толщиной 1,5-3,0 мм. Примерами используемых материалов могут быть Метален ПЭ-1, YUHWA HIDEN Р601 (http://www.optomvse.ru/building/m/242481_138_truby_pnd_.html, а также http://innoprod.startbase.ru/products/23646/).

Наиболее близким к заявленному является описанное в патенте РФ 2392291 защитное покрытие на основе полимерного компонента, предназначенное для защиты металлических поверхностей для агрессивных сред.

В отличие от известных, заявленное изобретение, условно названное Метален ПЭ-21, заменяет собой адгезионный слой и верхний полимерный слой. Таким образом, структура будет иметь два слоя на стальной трубе вместо трех: слой порошкового эпоксидного праймера и слой полиэтиленового слоя Метален ПЭ-21, обладающего свойствами адгезива. Монослойное покрытие Метален ПЭ-21 - это использование одного слоя сверху эпоксидного праймера вместо двух.

Технический результат заявленного монослойного покрытия - использование монослойного покрытия вместо трехслойной системы позволит покрывать трубы только одним материалом без использования адгезива за счет того, что Метален ПЭ-21 - универсальный материал, который имеет высокую технологичность, характеризующийся свойствами адгезива и верхнего защитного покрытия одновременно. При этом замена трехслойной системы покрытия труб на монослойную систему позволит снизить расходы материала (при трехслойной системе необходима общая толщина защитного слоя 3-6 мм, а при монослойном покрытии 2-4 мм и того экономия 30% исходного материала) и увеличить производительность при нанесении (из-за минимальной усадки материала, возможно увеличить линейную скорость нанесения материала на трубу до 20 м/мин).

Технический результат достигается тем, что монослойное композиционное термопластичное покрытие, содержащее, по меньшей мере, один гомо- или сополимер этилена (компонент А) с плотностью 0,940-0,980 г/см³ с содержанием его в конечном продукте 50-90 мас. ч.;

по меньшей мере, один гомо- или сополимер пропилена (компонент В), такой как блок-сополимер полипропилена, полипропилен, смесь полипропилена и этиленпропиленового монодиена (EPDM) или этиленпропиленового каучука с плотностью 0,860-0,920 г/см³ с содержанием его в конечном продукте 10-30 мас.ч.;

гомо- или сополимер привитого этилена, на который привит малеиновый ангидрид (компонент C), таким образом, что на 98 мас. %. этилена приходится 2 мас.%. малеинового ангидрида, для обеспечения в конечной композиции малеинового ангидрида 0,1-0,5 мас. ч,

краситель - 40-50% концентрат углеродной сажи в количестве 5-8 мас. ч.

комплекс стабилизаторов таких как пентаэритрол тетракис-3-(3,5-дитретбутил-4-гидроксифенил)пропионат; 2,6-ди-трет-бутил-пара-крезол; трис(2,4-ди-трет-бутилфенил)фосфит; дистерил тиодипропионат с их содержанием в конечном продукте 0,1-0,8 мас.ч.

Компонент C привит функциональным мономером таким как карбоновая кислота или ее производное как малеиновая кислота.

Педпочтительно компонент A является полиэтиленом высокой плотности (HDPE) или смесью полиэтиленов высокой плотности, компонент B содержит пропилена не менее 10 мас.ч. и является смесью нескольких полимеров либо содержит EPDM, а компонент C привит малеиновым ангидридом.

Предпочтительно компонент A является альфа-олефином с 2-30 атомами углерода.

Возможно, что компонент A является сомономером с 1-бутен, 1-пентен или 1-гексен.

Осуществление изобретения.

Предлагаемый продукт получил название Метален ПЭ-21, содержит, по меньшей мере, один гомо- или сополимер этилена (А), обладающий плотностью 0,940-0,980 г/см³ и, по меньшей мере, один гомо- или сополимер пропилена (B), обладающий плотностью 0,860-0,920 г/см³; при этом данная смесь также содержит гомо- или сополимер привитого этилена (C). Согласно изобретению компонент C и A являются одинаковыми полимерами. Предпочтительно компонент A является полиэтиленом высокой плотности (HDPE) или смесью полиэтиленов высокой плотности. Полимер A может представлять собой смесь нескольких полимеров. Показатель текучести расплава (190/2,16) для одного из полиэтиленов A составляет менее 10,0 г/10 мин, предпочтительно 3,0-6,0 г/10 мин. Причем содержание компонента A в конечном продукте должно быть 50-90%.

Компонент B может быть: блок-сополимером полипропилена; полипропилен; смесь полипропилена и этиленпропиленового монодиена (EPDM) или этиленпропиленового каучука. Предпочтительно, полимер B, который может быть смесью нескольких полимеров или содержать EPDM, должен содержать не менее 10% пропилена. Причем содержание компонента A в конечном продукте должно быть 10-30%.

Компонент C привит функциональным мономером. Примером прививаемых мономеров могут являться карбоновые кислоты и их производные, например малеиновая и итаконовая. Наиболее предпочтителен малеиновый ангидрид. Привитие осуществляется путем нагревания прививаемых полимеров при повышенных температурах (150-280°C) в присутствии радикального инициатора, например гидропероксида третбутила, гидропероксида кумола, диизопропилбензолгидропероксида, пероксида ди-трет-бутила, пероксида трет-бутилкумола, пероксида метилэтилкетона. Количество привитого мономера выбирают соответствующим образом для получения в итоговой композиции 0,1-0,5% малеинового ангидрида. Количество привитого малеинового ангидрида определяют с помощью инфракрасной спектроскопии.

Кроме того, Метален ПЭ-21 должен содержать краситель и комплекс стабилизаторов. Примерами красителей являются 40-50% концентраты углеродной сажи. Соответственно содержание красителя должно быть 5-8%. Примерами стабилизаторов системы являются пентаэритрол тетракис-3-(3,5-дитретбутил-4-гидроксифенил)пропионат; 2,6-ди-трет-бутил-пара-крезол; трис(2,4-ди-трет-бутилфенил)фосфит; дистерил тиодипропионат. Их содержание в конечном продукте должно быть 0,1-0,8%.

Температура расплава при производстве Металена ПЭ-21 должна быть 100-250°C.

ПРИМЕР 1.

Состав: монослойное композиционное термопластичное покрытие содержит гомо- полимер этилена (Снолен ЕР 0,26/5 IN, Tipelin 7100М) с плотностью 0,940 г/см³ с содержанием его в конечном продукте 70 мас. ч.; блок-сополимер полипропилена (РР44458, Hostalen РР, PP8300G) с плотностью 0,860 г/см³ с содержанием его в конечном продукте 10 мас. ч.; гомополимер этилена (Снолен ЕР 0,26/51N, Tipelin 7100М, Снолен 13/56S, Sabic 318В), на который привит малеиновый ангидрид (фирмы TAIYUAN Industrial. Привитие осуществляется путем нагревания прививаемых полимеров при повышенных температурах (150-2800^оС) в присутствии радикального инициатора гидропероксид третбутила (в других примерах - гидропероксид кумола, диизопропилбензолгидропероксид, пероксид ди-трет-бутила, пероксид трет-бутилкумола, пероксид метилэтилкетона.) - в конечной композиции малеинового ангидрида 0,2 мас.ч, краситель - 40% концентрат углеродной сажи в количестве 8 мас. ч., комплекс стабилизаторов пентаэритрол тетракис-3-(3,5-дитретбутил-4-гидроксифенил)пропионат и 2,6-ди-трет-бутил-пара-крезол с содержанием в конечном продукте 0,1 мас.ч. Трубы нагревают до температуры 220°C. Наносят любой из известных эпоксидных праймеров, например, известных марок, таких как Eurokote 712РР, Flywheels Nero-9005 и т.п., и на покрытую эпоксидным слоем стальную трубу наносят слой заявленного согласно настоящему изобретению покрытия Метален ПЭ-21. Температура расплава при выходе из экструдера 250°C. Получают двухслойное покрытие для защиты металлических поверхностей, состоящее из слоя порошкового эпоксидного праймера заявленного композиционного термопластичного покрытия. В результате получают следующие дополнительные положительные факторы:

1) снижение нагрузки на двигатель с 550-580 А до 470-490 А, следствием этого является увеличение ресурса работы оборудования; возможность увеличения производительности на высвободившихся мощностях - освобождается экструдер, предназначенный для нанесения адгезива; снижение себестоимости готовой продукции; снижение расходов на электроэнергию; увеличение межремонтных циклов оборудования; 2) упрощение технологической цепочки производства материала; 3) снижение риска технологических ошибок при загрузке сырьевых составляющих; снижение риска получения некондиционного материала на 15-20%; 4) снижение себестоимости транспортных услуг на 20-30%; 5) снижение нагрузки на склад и соответственно снижение себестоимости складской логистики и, как следствие, высвобождение складских площадей).

ПРИМЕР 2

Состав: монослойное композиционное термопластичное покрытие содержит компонент A, является полиэтиленом высокой плотности (HDPE) 0,960 г/см³ с содержанием его в конечном продукте 60 мас.ч.; компонент B, содержащий пропилена (PP4445S, Hostalen РР, PP8300G) не менее 10 мас. ч. и является смесью нескольких полимеров (PP1362R, Calprene 6120) с плотностью 0,920 г/см³, 30 мас. ч.; компонента C столько (определяется стехиометрией), чтобы было в конечной композиции малеинового ангидрида 0,5 мас.ч, краситель - 50% концентрат углеродной сажи в количестве 5 мас. ч., комплекс стабилизаторов трис(2,4-ди-трет-бутилфенил)фосфит и дистерил тиодипропионат с их содержанием в конечном продукте - 0,8 мас. ч. Компонент C привит малеиновой кислотой.

ПРИМЕР 3

Состав: монослойное композиционное термопластичное покрытие содержит компонент A с плотностью 0,960 г/см³ 80 мас. ч.; смесь полипропилена (PP4445S, Hostalen РР, PP8300G) и этиленпропиленового монодиена (EPDM) (СКЭПТ-70, СКЭПТ-50, Keltan 5470Р) 0,910 г/см³ с содержанием его в конечном продукте 20 мас.ч.; сополимер привитого этилена (Метален F-1018, Lotader 3210), на который привит малеиновый ангидрид (компонент C) таким образом, что на 98 мас.%. этилена приходится 2 мас.%. малеинового ангидрида, для обеспечения в конечной композиции малеинового ангидрида 0,4 мас.ч, краситель - 40% концентрат углеродной сажи в количестве 6 мас.ч., комплекс стабилизаторов, таких как пентаэритрол тетракис-3-(3,5-дитретбутил-4-гидроксифенил)пропионат; трис(2,4-ди-трет-бутилфенил)фосфит и дистерил тиодипропионат с их содержанием в конечном продукте 0,1-0,8 мас.ч.

ПРИМЕР 4

Монослойное композиционное термопластичное покрытие, содержащее компонент А - альфа-олефин с 2 атомами углерода (Снолен ЕР 0,26/5IN, Tipelin 7100М) и компонент B блок-сополимер и этиленпропиленовый каучук (PP4445S, Hostalen РР, PP8300G, СКЭПТ-70, СКЭПТ-50, Keltan 5470Р с плотностью 0,880 г/см³ с содержанием его в конечном продукте 28 мас.ч.; компонент C привит малеиновым ангидридом (малеинового ангидрида 0,38 мас. ч), краситель - 45% концентрат углеродной сажи в количестве 7 мас.ч., комплекс 2,6-ди-трет-бутил-пара-крезол и дистерил тиодипропионат с их содержанием в конечном продукте 0,3 мас.ч.

ПРИМЕР 5

Монослойное композиционное термопластичное покрытие, содержащее компонент A, является сомономером с 1-бутен, 1-пентен или 1-гексен (в разных примерах 6, 7, 8) (Снолен ЕР 0,26/51N, Tipelin 7100М, Снолен 13/56), а компонент В блок-сополимер с этиленпропиленовым каучуком (PP4445S, Hostalen РР, PP8300G, СКЭПТ-70, СКЭПТ-50, Keltan 5470Р) с плотностью 0,880 г/см³ с содержанием его в конечном продукте 28 мас.ч.; компонент С привит малеиновым ангидридом (малеинового ангидрида 0,38 мас. ч), краситель - 45% концентрат углеродной сажи в количестве 7 мас.ч., комплекс 2,6-ди-трет-бутил-пара-крезол и дистерил тиодипропионат с их содержанием в конечном продукте 0,11 мас.ч.

Во всех примерах проводили нанесение таким образом: наружную поверхность труб очищают от жировых загрязнений и подвергают очистке струйно-абразивным способом до степени не менее Sa 2 ½ по ISO 8501-1, шероховатости до 100 мкм по ISO 8503-4. Запыленность поверхности (по количеству частиц пыли) соответствовала эталонным отпечаткам 1-2 по ISO 8502-3. Содержание солей на наружной поверхности 10 мг/м² согласно ISO 8502-9. Очищенную поверхность подвергают визуальному контролю для выявления поверхностных дефектов (задиры, расслоения, плены, острые выступы, наплавленные капли металла) и очищенную поверхность труб подвергают хроматированию.

Пример 9. Не проводилось хроматирование поверхности. Трубы нагревают до температуры 200°C. Наносят любой из известных эпоксидных праймеров и на покрытую эпоксидным слоем стальную трубу наносят слой заявленного согласно настоящему изобретению покрытия Метален ПЭ-21. Температура расплава при выходе из экструдера 240^оС. Получают двухслойное покрытие для защиты металлических поверхностей, состоящее из слоя порошкового эпоксидного праймера, например, известных марок, таких как Eurokote 712РР, ЭП 20 Аква, П-ЭП-0130, Flywheels Nero-9005 и т.п., и заявленного композиционного термопластичного покрытия.

Изобретение относится к химии и полимерным композиционным материалам. Монослойное композиционное термопластичное покрытие содержит по меньшей мере один гомо- или сополимер этилена и/или этиленпропиленового каучука (компонент А) с плотностью 0,940-0,980 г/см³; по меньшей мере один гомо- или сополимер пропилена (компонент В), такой как блок-сополимер полипропилена, полипропилен, смесь полипропилена и этиленпропиленового монодиена (EPDM) или этиленпропиленового каучука с плотностью 0,860-0,920 г/см³; гомо- или сополимер привитого этилена, который привит функциональным мономером, таким как карбоновая кислота или ее производное, таким образом, что на 98 мас.% этилена приходится 2 мас.% карбоновой кислоты или ее производного, краситель - 40-50% концентрат углеродной сажи, комплекс стабилизаторов, таких как пентаэритрол тетракис-3-(3,5-дитретбутил-4-гидроксифенил)пропионат; 2,6-ди-трет-бутил-пара-крезол; трис(2,4-ди-трет-бутилфенил)фосфит; дистерил тиодипропионат. Компонент С привит функциональным мономером, таким как карбоновая кислота, или ее производным как малеиновая кислота. Технический результат - использование монослойного покрытия вместо трехслойной системы позволят покрывать трубы только одним материалом без использования адгезива за счет того, что Метален ПЭ-21 - универсальный материал, имеющий высокую технологичность, характеризующийся свойствами адгезива и верхнего защитного покрытия одновременно. При этом замена трехслойной системы покрытия труб на монослойную систему позволит снизить расходы материала и увеличить производительность при нанесении. 4 з.п. ф-лы, 5 пр.

1. Монослойное композиционное термопластичное покрытие, содержащее по меньшей мере один гомо- или сополимер этилена и/или этиленпропиленового каучука (компонент А) с плотностью 0,940-0,980 г/см³ с содержанием его в конечном продукте 50-90 мас.ч.;
по меньшей мере один гомо- или сополимер пропилена (компонент В), такой как блок-сополимер полипропилена, полипропилен, смесь полипропилена и этиленпропиленового монодиена (EPDM) или этиленпропиленового каучука с плотностью 0,860-0,920 г/см³ с содержанием его в конечном продукте 10-30 мас.ч.;
гомо- или сополимер привитого этилена, который привит функциональным мономером ,таким как карбоновая кислота или ее производное, таким образом, что на 98 мас.% этилена приходится 2 мас.% карбоновой кислоты или ее производного, для обеспечения в конечной композиции мономера 0,1-0,5 мас.ч,
краситель - 40-50% концентрат углеродной сажи в количестве 5-8 мас. ч.
комплекс стабилизаторов, таких как пентаэритрол тетракис-3-(3,5-дитретбутил-4-гидроксифенил)пропионат; 2,6-ди-трет-бутил-пара-крезол; трис(2,4-ди-трет-бутилфенил)фосфит; дистерил тиодипропионат с их содержанием в конечном продукте 0,1-0,8 мас.ч.

2. Монослойное покрытие по п. 1, отличающееся тем, что компонент С привит функциональным мономером, таким как карбоновая кислота или ее производное как малеиновая кислота.

3. Монослойное покрытие по п. 1, отличающееся тем, что предпочтительно компонент А является полиэтиленом высокой плотности (HDPE) или смесью полиэтиленов высокой плотности, компонент В содержит пропилена не менее 10 мас.ч. и является смесью нескольких полимеров либо содержит EPDM, а компонент С привит малеиновым ангидридом.

4. Монослойное покрытие по п. 1, отличающееся тем, что предпочтительно компонент А является альфа-олефином с 2-30 атомами углерода.

5. Монослойное покрытие по п. 3, отличающееся тем, что компонентом А является сомономером с 1-бутен, 1-пентен или 1-гексен.