Протикорозійний матеріал на основі швидкотвердної бітумно-латексної емульсії

Реферат: Винахід належить до протикорозійного захисту об'єктів нафтогазового комплексу, а саме нафтогазопроводів та металоконструкцій. Задачею винаходу є розробка протикорозійного матеріалу на основі швидкотвердної бітумнолатексної емульсії. Протикорозійний матеріал складається із двох компонентів: швидкотвердної бітумно-латексної емульсії та ініціатора утворення покриття, швидкотвердна бітумно-латексна емульсія містить аніонну бітумну емульсію, приготовану на основі бітуму, воду, аніонний емульгатор, гідроксид натрію та латекс стирол-бутадієнового синтетичного каучуку. Співвідношення компонентів у аніонній бітумній емульсії наступне, мас. %: бітум - 60; емульгатор - 1,1; NaOH-1; вода - решта. Співвідношення компонентів у швидкотвердній бітумно-латексній емульсії наступне, мас. %: аніонна бітумна емульсія - 93-95; латекс стиролбутадієнового синтетичного каучуку - 5-7. Ініціатором утворення покриття є 5 % водний розчин калію сірчанокислого кислого. Співвідношення швидкотвердної бітумно-латексної емульсії та з ініціатора утворення покритя складає 2:1. UA 108929 C2 (12) UA 108929 C2 UA 108929 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Винахід належить до протикорозійного захисту об'єктів нафтогазового комплексу, а саме нафтогазопроводів. Задачею пропонованого винаходу є створення протикорозійного матеріалу на основі водної бітумно-полімерної композиції для ізоляції нафтогазопроводів, в будівництві для гідроізоляції будівельних конструкцій, виготовленні або ремонті м'яких покрівель, для захисту металоконструкцій від корозії, в дорожньому будівництві. Бітумні емульсії широко використовуються як в'яжучий матеріал в різних галузях промисловості. Вони добре себе зарекомендували при будівництві та ремонті, а й у тому, і в іншому випадку для збільшення механічної міцності і водостійкості її застосовують спільно з латексом або іншими матеріалами. Відомий цілий ряд модифікованих бітумних емульсій, в які вводять різні добавки, так як похідні монокарбонових кислот, біоліпідні екстракти, епоксидовані жирні кислоти, натрієві солі карбоксиметилцелюлози і фосфорної кислоти, натуральний латекс і рідкий каучук, гомополімер акриламіду і т.д. (А.с. СРСР N 1162841, 1985; Пат. НДР N 226293 , Кл. С 08 L 95/ 00 , 1985; Пат. США 4548966, Кл. С 08 L 3/14, 1985; Пат. США, N 4772647, Кл. С 08 L 95/ 00, 1988). Ці добавки значно покращують експлуатаційні властивості покриттів, одержуваних на основі даних емульсій. Однак інші параметри подібних покриттів при цьому нерідко погіршуються. Додаванням до бітумної емульсії рідкого каучуку та інертного наповнювача приводить до отримання більш еластичних покриттів. Однак як недолік даної композиції слід відзначити її низьку стійкість при зберіганні, труднощі приготування і слабке зчеплення з підкладкою. Найбільш близькою по технічній суті до заявлюваного винаходу є бітумна емульсія [1], що включає бітум, катіонний емульгатор і кислоту або аніонний емульгатор, луг і воду, що відрізняється тим, що вона додатково містить відходи процесу піролізу вуглеводневої сировини 3 - важку піролізну смолу щільністю 1060-1080 кг/м з вмістом сірки 4,5-5, 5 мас. %, вмістом важких ароматичних сполук 54-55 мас. %, при таких співвідношеннях компонентів, мас. %: бітум 20-70 катіонний або аніонний емульгатор 0,1-5 кислота або луг 0,5-3 важка піролізна смола 0,4-8 вода решта. Однак нанесення емульсії на вертикальні поверхні, на поверхню труб і трубопроводів та отримання товстошарових покриттів ускладнене через недостатню швидкість розпаду емульсії, стікання нанесеного шару покриття і утворення потьоків та напливів. Задачею даного винаходу є отримання швидкорозпадної бітумно-латексної емульсії, зниження її вартості, підвищення експлуатаційних властивостей покриттів. Суть запропонованого винаходу полягає в тому, що протикорозійний матеріал відрізняється тим, що складається із двох компонентів: швидкотвердної бітумно-латексної емульсії та ініціатора утворення покриву. Швидкотвердна бітумно-латексна емульсія містить аніонну бітумну емульсію, приготовану на основі бітуму, води, аніонного емульгатора, гідроксиду натрію, та латекс стирол-бутадієнового синтетичного каучуку. Співвідношення компонентів у аніонній бітумній емульсії наступне, мас. %: бітум 60 емульгатор 1,5 NaOH 1 вода решта. Співвідношення компонентів у швидкотвердній бітумно-латексній емульсії наступне, мас. %: аніонна бітумна емульсія 93-95 латекс стирол-бутадієнового синтетичного каучуку 5-7. Ініціатором утворення покриття є 5 % водний розчин калію сірчанокислого кислого. Латекс стирол-бутадієнового синтетичного каучуку - водна дисперсія стирол-бутадієнового полімеру, малов'язка рідина білого кольору, розроблена спеціально для модифікації бітумних емульсій. При модифікації швидкотвердної бітумно-латексної емульсії (бітуму) за допомогою стирол-бутадієнового латексу (SBR) утворюється полімерна матриця, що представляє собою тривимірну сітку, утворену завдяки групуванню полістирольних блоків в полістирольні домени. Усередині цієї еластомерної сітки у вигляді найдрібнішої дисперсії розподіляється бітум. Технічним результатом є спрощення процесу нанесення бітумної ізоляції та значна економія енергозатрат - більше 40 % і менші капіталовкладення при проведенні ізоляційних робіт. Цей ефект досягається завдяки тому, що забезпечується хороша якість ізоляції без нагрівання бітуму. Окрім того дана технологія екологічно чиста, оскільки відсутні шкідливі викиди від 1 UA 108929 C2 5 10 15 20 розчинників в атмосферу і повністю вибухобезпечна коли мова йде про обробку та транспортування бітумно-полімерної суміші. Також бітумно-полімерні композиції володіють наступним рядом переваг: 1. Температура застосування емульсії не більше 85 °С, а це безпечність праці, постійна готовність до застосування і як наслідок підвищена продуктивність праці. 2. Можливість застосування на вологих поверхнях і матеріалах - зменшення залежності від погодних умов і подовження сезону робіт. При змішуванні 2 частин швидкотвердної бітумно-латексної емульсії з 1 частиною ініціатора утворення покриву відбувається руйнування оболонки емульгатора і мілкі частинки полімеру злипаються в більші угрупування і, потрапляючи на поверхню, утворюють мембрану, в порожнинах якої розташовуються крапельки бітуму. Час утворення протикорозійного матеріалу 1-2 с. Після відділення технологічної води матеріал набирає властивостей антикорозійного покриву. Протикорозійний матеріал наноситься товщиною 1-5 мм і має усі резистивні фізичні та хімічні властивості. Готові вироби демонструють чудові властивості в показниках еластичності та адгезії до металу. Характеристика вихідних матеріалів 1. Бітум Використовувався бітум нафтовий дорожній Nynas 100/150. У таблиці 1 представлені його фізико-механічні показники. За показниками властивостей вихідний бітум задовольняє вимогам ДСТУ 4044-2001. Таблиця 1 № п/п 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 25 Назва показника Значення показника Глибина проникнення голки (пенетрація) за температури 25 -4 °С, м·10 (0,1 мм) Температура розм'якшення за кільцем і кулею, °С -2 Розтяжність (дуктильність), за температури 25 °С, м·10 (см) Зміна маси після прогрівання, % Залишкова пенетрація після прогрівання, % Зміна температури розм'якшення після прогрівання, °С Температури крихкості, °С Температура спалаху у відкритому тиглі, °С Розчинність в органічному розчиннику, % Індекс пенетрацї 140 41 75 0,9 56 5,0 15 225 99,4 -1,1 На основі даного бітуму було приготовано аніонну швидкотвердну бітумно-латексну емульсію. Фізико-механічні показники представлені в таблиці 2. За показниками властивостей емульсія задовольняє вимогам ДСТУ Б В.2.7-129:2006. Таблиця 2 № п/п Назва показника 1. Зовнішній вигляд 2. Умовна в'язкість, с, не більше Однорідність (залишок на ситі № 014), не 3. більше 4. Показник концентрації водневих іонів, рН 5. Вміст бітуму з емульгатором, % Стійкість при зберіганні: залишок на ситі № 014, %, не більше: 6. - Після 7 діб - Після 14 діб 2 Вимоги ДСТУ Б В 2.129-2006 Темно-коричнева рідина без згустків бітуму 20 Результати випробувань 0,5 0,01 8,0-12,0 50-70 10,3 60,2 0,8 1,2 0,01 0,01 Відповідає 12,2 UA 108929 C2 2. Латекс стирол-бутадієнового синтетичного каучуку ТОРТЕХ В. Виробник Algol chemicals (Швеція). У таблиці 3 представлені його фізико-механічні показники. Таблиця 3 № Назва показника п/п 1. Показник водневих іонів рН 2. Густина Загальний вміст твердої речовини, %, з них: 3. - Вміст стиролу, % - Вміст бутадієну, % 4. В'язкість по Брукфільду 5 Величина показника 6,2 0,95±2 % 64,0±1,0 24,0±1,0 76,0±1,0 500-2000 З використанням вищевказаних матеріалів було отримано швидкотвердну бітумно-латексну емульсію. За фізико-механічними показниками композиція задовольняє вимогам ДСТУ Б В.2.7129:2006. Властивості швидкотвердної бітумно-латексної емульсії наведено у таблиці 4. Таблиця 4 № п/п Назва показника 7. Зовнішній вигляд 8. Умовна в'язкість, с, не більше Однорідність (залишок на ситі № 014), не 9. більше 10. Показник концентрації водневих іонів, рН 11. Вміст бітуму з емульгатором, % Стійкість при зберіганні: залишок на ситі № 014, %, не більше: 12. - Після 7 діб - Після 14 діб 10 15 20 25 30 Вимоги ДСТУБВ2.-1292006 Темно-коричнева рідина без згустків бітуму 20 Результати випробувань 0,5 0,01 8,0-12,0 50-70 10,3 60,2 0,8 1,2 0,01 0,05 Відповідає 12,2 3. Натрій гідроксид (NaOH) відповідає вимогам ГОСТ 2263-79. 4. Калій сірчанокислий кислий (KHSO4) відповідає вимогам ГОСТ 4223-75. Приклад. Бітумно-латексну емульсію (аніонну) готують на установці для приготування бітумних емульсій з швидкістю обертання ротора 8000-12000 об/хв. Бітум нафтовий у кількості 1,2 кг нагрівають до рідкого текучого стану та подають у ємність для бітуму установки для приготування бітумної емульсії. Готують водний розчин емульгатора: 0,022 кг емульгатора розчиняють у 0,758 кг води, додають 0,020 кг стабілізатора - гідроксиду натрію. Готовий розчин подають у ємність для емульгатора установки. Включають установку і готують бітумну емульсію. Приготування швидкотвердної бітумно-латексної емульсії здійснюють шляхом диспергування стирол-бутадієнового латексу у готовій бітумній емульсії. Готову бітумну емульсію у кількості 2,0 кг завантажують у реактор-змішувач, включають перемішування і подають 0,100-0,150 кг стирол-бітадієнового латексу. Перемішують до однорідного стану. Приготування водного розчину калію сірчанокислого кислого здійснюють шляхом розчинення наважки порошку калію сірчанокислого кислого у водопровідній воді. Нанесення протикорозійного матеріалу. Нанесення протикорозійного матеріалу здійснюється методом безповітряного напилення при одночасній подачі обох компонентів (з двох сопел), змішування яких відбувається у повітрі. При нанесенні матеріалу відстань від сопла розпилювача до оброблюваної поверхні повинна бути такою, щоб конуси розпилювальних факелів зустрічалися і перемішувалися на відстані 5-15 см від оброблюваної поверхні. Відстань від поверхні до сопел розпилювачів повинна бути не більше 80 см при цьому кут нахилу щодо поверхні, що ізолюється, повинен бути близько 90°. Співвідношення витрати швидкотвердної бітумно-латексної емульсії та ініціатора утворення покриву складає два до одного. 3 UA 108929 C2 Час стабілізації протикорозійного матеріалу - 24 год. За цей час відбувається відділення технологічної води і матеріал набуває властивостей протикорозійного покриву. Фізико-механічні показники протикорозійного матеріалу наведені в таблиці 5. Таблиця 5 № п/п 1 2 3 4 5 6 Назва показника Результати випробувань Кількість латексу стирол-бутадієнового каучуку, % Загальна товщина покриття, мм Температура розм'якшення, °С Температура плавлення, °С Діелектрична суцільність, кВ 2 Адгезія до сталі, кг/см 5 7 1,02 46 70 5 2,8 0,63 55 72 5 1,8 5 10 15 20 25 30 35 Джерела інформації: 1. Патент Российской Федерации RU № 2176652 C08L95/00, C08L57/02. 2. Патент НДР № 226293, Кл. С 08 L 95/ 00, 1985. 3. Патент США № 4548966 , Кл. С 08 L 3/14 , 1985. 4. Патент США № 4772647 , Кл. С 08 L 95/ 00, 1988. 5. Мурафа А.В. Макаров Д.Б. Нуриев М.А. - Козин В.Г. Наномодифицированные битумные емульсии строительного назначения* Известия КазГАСУ, 2010, № 2 (14). Строительные материалы и изделия сс. 245-249. 6. Всемирная дорожная ассоциация. Технический комитет «Нежесткие дороги». Модифицированные битумные вяжущие, специальные битумы и битумы с добавками в дорожном строительстве / Пер. с франц.д.т.н В.А. Золотарев, инж. Л.А. Безпалова; Под общей редакцией д.т.н В.А. Золотарева, д.т.н. В.И. Братчуна. - Харьков: изд-тво ХНАДУ, 2003, - 229 с. 7. Механіка руйнування та міцність матеріалів: Довідниковий посібник /Під заг. ред. В.В. Панасюка. Том 11: Міцність і довговічність нафтогазових трубопроводів і резервуарів /Г.М. Никифорчин, С.Г. Поляков, В.А. Черватюк, І.В. Ориняк, З.В. Слободян, Р.М. Джала. Під. ред. Г.М. Никифорчина. - Львів: Сполом, 2009. - 503 с. 8. Зиневич A.M., Козловская А.А. Антикоррозионные покрытия. - М.: Стройиздат, 1989. - 112 с. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Протикорозійний матеріал для ізоляції нафтогазопроводів, який відрізняється тим, що складається із двох компонентів: швидкотвердної бітумно-латексної емульсії та ініціатора утворення покриву, причому швидкотвердна бітумно-латексна емульсія містить аніонну бітумну емульсію, що приготовлена на основі бітуму, води, аніонного емульгатора, гідроксиду натрію, та латекс стирол-бутадієнового синтетичного каучуку, де співвідношення компонентів у аніонній бітумній емульсії наступне, мас. %: бітум 60 аніонний емульгатор 1,5 NaOH 1 вода решта, співвідношення компонентів у швидкотвердній бітумно-латексній емульсії наступне, мас. %: аніонна бітумна емульсія 93-95 латекс стирол-бутадієнового 5-7, синтетичного каучуку ініціатором утворення покриття є 5 %-ий водний розчин калію сірчанокислого кислого, причому співвідношення швидкотвердної бітумно-латексної емульсії та ініціатора утворення покриття складає 2:1. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4