Битумно-полимерная мастика и способ ее изготовления

Изобретение относится к композиционным строительным материалам, применяемых для изоляции при строительстве и ремонте подземных нефтепроводов, нефтепродуктопроводов и газопроводов в летний и зимний периоды времени. Описывается битумно-полимерная мастика, содержащая: изоляционный битум БНИ-4 - 51,0%, строительный битум БН-70/30 - 40,7%, дивинилстирольный термоэластопласт ДСТ-30Р-01 - 2,5%, пластификатор - нефтяное масло ПН-6Ш - 3,5%, стеариновую кислоту Т-18 - 0,8% и эмульсирующее поверхностно-активное вспомогательное вещество ОП-10 - 1,5%, и способ ее получения. Техническим результатом является повышение пластичности мастики с обеспечением показателя температуры хрупкости до -28°. С при сохранении высокой степени адгезии мастики как к стали и грунтовке, так и к полимерной ленте, обеспечение применения мастики как для производства изоляционных ленточных материалов так и для формирования изоляционных покрытий непосредственно на трубопроводах. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

 

Заявляемая группа изобретений относится к области композиционных строительных материалов, а более конкретно к производству изоляционных материалов, применяемых при строительстве и ремонте подземных нефтепроводов, нефтепродуктопроводов и газопроводов в летний и зимний периоды времени.

Известны различные битумно-полимерные композиции, предназначенные для разнообразных применений при строительстве и ремонте промышленных и гражданских сооружений (см., например, патенты РФ на изобретения №№ 2141494, 2258721, 2258722 и др.). Однако применение таких композиций для изготовления изоляционных материалов для трубопроводов в силу ряда их особенностей невозможно.

Наиболее близким решением к заявляемому решению по технической сущности и достигаемому эффекту от его использования является известная битумно-полимерная мастика по патенту РФ № 2241897, F16L 58/12, C08L 95/00, 2004. Такая мастика содержит смесь битумов БНД-60/90 и БНИ-4 или БН-70/30, дивинилстирольный термоэластопласт ДСТ-30Р-01, пластификатор, наполнитель, модификатор, нефтеполимерную смолу и адгезионную добавку, например полибутадиен низкомолекулярный малеинизированный.

При этом мастика имеет следующий состав компонентов, мас.%:

Битум БНД-60/90	8,5...90,0
Битум БНИ-4	1,0...20,0
(или битум БН-70/30	1,0...90,0)
Дивинилстирольный
термоэластопласт
ДСТ-30Р-01	1,5...5,0
Пластификатор	1,0...5,0
Наполнитель -	1,0...8,0
нефтеполимерная смола	2,0...8,0
Адгезионная добавка	0,3...1,5
Модификатор	1,0...6,0

Такая битумно-полимерная мастика, хотя и обладает довольно высокой адгеэией к металлу, однако имеет относительно невысокую пластичность, что существенно ограничивает область ее использования для антикоррозионной защиты трубопроводов.

Задачей, на решение которой направлены заявляемое изобретение, является повышение качества антикоррозионной защиты трубопроводов и увеличение их безаварийной службы путем повышения эксплуатационных свойств изоляционных материалов.

Данная задача решается с помощью технического результата от использования заявляемого изобретения, заключающегося в повышении пластичности изоляционной битумно-полимерной мастики с обеспечением показателя температуры хрупкости до -28°С при сохранении высокой степени адгезии мастики как к стали и грунтовке, так и к полимерной ленте.

Указанный результат достигается тем, что в известной битумно-полимерной мастике, содержащей изоляционный битум БНИ-4 (ГОСТ 9812-74) и строительный битум БН-70/30 (ГОСТ 6617-76), дивинилстирольный термоэластопласт ДСТ-30Р-01 (ТУ 3040327-98) и пластификатор,

во-первых, в качестве пластификатора используется нефтяное масло ПН-6Ш (ТУ 38.1011217-89),

во-вторых, в нее дополнительно введены целевые добавки: стеариновая кислота Т-18 и эмульсирующее поверхностно-активное вспомогательное вещество ОП-10,

в-третьих, мастика имеет следующий состав компонентов, мас.%:

Изоляционный
битум БНИ-4	51,0
Строительный
битум БН-70/30	40,7
Дивинилстирольный термоэластопласт
ДСТ-30Р-01	2,5
Пластификатор -
нефтяное масло ПН-6Ш	3,5
Целевые добавки:
стеариновая кислота Т-18	0,8
эмульсирующее поверхностно-активное вспомогательное
вещество ОП-10	1,5
	100%

Особый состав и особое соотношение компонентов позволяют существенно повысить эффективность использования битумно-полимерной мастики путем повышения ее пластичности.

Выявленный экспериментальным путем новый состав компонентов мастики с их особым соотношением потребовал создания нового способа изготовления битумно-полимерной мастики.

Известны различные способы изготовления изоляционных мастик.

Наиболее близким к заявляемому спсобу является известный способ изготовления битумно-полимерной мастики по патенту РФ № 2241897, F16L 58/12, C08L 95/00, 2004, заключающийся в смешивании компонентов мастики таким образом, что 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 часов до полного растворения пластификатора, далее добавляют наполнитель, например, резиновую крошку, и перемешивают полученную смесь 25...35 минут, после чего продолжают перемешивание и добавляют нефтеполимерную смолу, модификатор, адгезионную добавку и термоэластопласт.

Такой способ, хотя и позволяет изготавливать битумно-полимерную мастику, однако, как показала практика, в ряде применений пластические свойства такой мастики недостаточны для обеспечения высокой надежности изоляционного покрытия трубопроводов, работающих в экстремальных условиях.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение качества антикоррозионной защиты трубопроводов и увеличение их безаварийной службы путем повышения эксплуатационных свойств изоляционных материалов.

Данная задача решается с помощью технического результата от использования заявляемого изобретения, заключающегося в обеспечении возможности высокопроизводительного изготовления изоляционной битумно-полимерной мастики с повышенной степенью пластичности с обеспечением показателя температуры хрупкости до -28°С при сохранении высокой степени адгезии мастики как к стали и грунтовке, так и к полимерной ленте.

Предлагаемый способ изготовления битумно-полимерной мастики включает в себя две основные стадии:

I. ПРИГОТОВЛЕНИЕ БИТУМНО-ПОЛИМЕРНОГО КОНЦЕНТРАТА,

в процессе иготовления которого изоляционный битум БНИ-4 модифицируется 25%-ным раствором дивинилстирольного термоэластопласта ДСТ-30Р-01 в толуоле в присутствии диспергатора - стеариновой кислоты Т-18 при температуре 180 +/-5°С в течение трех часов для изменения структуры строения битума (сшивки).

II. ПРИГОТОВЛЕНИЕ МАСТИКИ,

в процессе которого путем механического смешивания в смесителе при температуре 140...160°С в течение трех часов производят соединение битумно-полимерного концентрата со строительным битумом БН-70/30, с эмульсирующим поверхностно-активным вспомогательным веществом ОП-10 и пластификатором - нефтяным маслом ПН-6Ш с одновременной отгонкой толуола из мастики через конденсатор-холодильник.

В результате проведенных экспериментов была получена следующая основная рецептура битумно-полимерной мастики с наиболее оптимальными сочетаниями компонентов (Содержание компонентов в приведенном примере указано в мас.%).

Пример.

Для изготовления битумно-полимерной мастики по наиболее оптимальному варианту рецептуры используют: изоляционный битум БНИ-4 (ГОСТ 9812-74) - 51,0%, строительный битум БН-70/30 (ГОСТ 6617-76) - 40,7%, дивинилстирольный термоэластопласт ДСТ-30Р-01 (ТУ 3040327-98) и эмульсирующее поверхностно-активное вспомогательное вещество ОП-10 (ГОСТ 8433-81) - 1,5%.

В процессе отработки мастики и способа ее изготвления проводились различные испытания.

В частности, на базе химического производства № 2 ОАО "Оргсинтез" в присутствии представителей OOO "Институт ВНИИСТ" был произведен выпуск опытно-промышленной партии битумно-полимерной изоляционной мастики "Биткор-Р".

Для приготовления раствора термоэластопласта применялся аппарат периодического действия с мешалкой турбинного типа при температуре 50...55°С в течение 5 часов.

Битумно-полимерный концентрат готовили в горизонтальном цилиндрическом аппарате с лопастной мешалкой.

Во время загрузки раствора термоэластопласта в аппарат вспенивания реакционной массы не наблюдалось.

В процессе изготовления мастики изоляционный битум БНИ-4 модифицировался 25%-ным раствором дивинилстирольного термоэластопласта ДСТ-30Р-01 в толуоле в присутствии диспергатора - стеариновой кислоты Т-18 при температуре 180 +/-5°С в течение трех часов.

Затем в аппарат при работающей мешалке и температуре 140...160°С вводился строительный битум БН-70/30, эмульсирующее поверхностно-активное вещество ОП-10 и пластификатор - нефтяное масло ПН-6Ш в соотвествии с рецептурой, мас.%:

Изоляционный
битум БНИ-4	51,0
Строительный
битум БН-70/30	40,7
Дивинилстирольный
термоэластопласт
ДСТ-30Р-01	2,5
Пластификатор -
нефтяное масло ПН-6Ш	3,5
Целевые добавки:
стеариновая кислота Т-18	0,8
эмульсирующее поверхностно-
активное вспомогательное
вещество ОП-10	1,5
	100%

Варка мастики осуществлялась в течение 3 часов при температуре 140...160°С с одновременной отгонкой толуола из мастики через конденсатор-холодильник.

Контроль по стадиям процесса и анализ качества готового продукта осуществлялся заводской лабораторией, которая оснащена всеми необходимыми приборами для проведения испытаний.

В процессе проведения исследований были получены следующие результаты:

N N п/п	Наименование показателей	Норма по техническим условиям	Результат анализа
1.	Внешний вид, цвет	Однородная, без видимых посторонних включений, черного цвета	Соответствует
2.	Температура размягчения по методу "Кольца и шара", °С, не менее	75	85
3.	Глубина проникновения иглы 0,1 мм, при температуре 25°С, не менее	25	28
4.	Температура хрупкости мастичного слоя, °С, не выше	минус 20	минус 28
5.	Водонасыщение, %, не более	0,2	0,1
6.	Адгезия к стали при сдвиге (прочность при сдвиге) МПа не менее, при температуре:
	плюс 20°С	0,2	0,25
	Минус 15°С	0,25	0,25
7.	Адгезия полимерной ленты в нахлесте при температуре 20°С, н/см, не менее	10	15,7

Слив готовой мастики производился в картонные коробки с антиадгезионным покрытием. Для остывания мастики были отведены специальные площадки.

Предлагаемое изобретение позволяет:

1. Повысить качество антикоррозионной защиты трубопроводов, в том числе нефте- и газопроводов, а также нефтепродуктопроводов и существенно увеличить их безаварийный срок службы путем значительного увеличения пластичности изоляционного материала.

2. Повысить пластичность мастики с обеспечением показателя температуры хрупкости до -28°С при сохранении высокой степени адгезии мастики как к стали и грунтовке, так и к полимерной ленте.

3. Обеспечить применение мастики как для производства изоляционных ленточных материалов, так и для формирования изоляционных покрытий непосредственно на трубопроводах.

1. Битумно-полимерная мастика, содержащая изоляционный битум БНИ-4, строительный битум БН-70/30, дивинилстирольный термоэластопласт и пластификатор, отличающаяся тем, что в качестве пластификатора используется нефтяное масло ПН-6Ш и в нее дополнительно введены целевые добавки: стеариновая кислота Т-18 и эмульсирующее поверхностно-активное вспомогательное вещество ОП-10, при этом мастика имеет следующий состав компонентов, мас.%:

Изоляционный
битум БНИ-4	51,0
Строительный
битум БН-70/30	40,7
Дивинилстирольный
термоэластопласт
ДСТ-30Р-01	2,5
Пластификатор нефтяной масло ПН-6Ш	3,5
Целевые добавки:
стеариновая кислота Т-18	0,8
эмульсирующее
поверхностно-активное вспомогательное вещество ОП-10	1,5

2. Способ изготовления битумно-полимерной мастики, заключающийся в том, что сначала для изменения структуры строения битума (сшивки) приготовляют битумно-полимерный концентрат, в процессе приготовления которого изоляционный битум БНИ-4 модифицируют 25%-ным раствором дивинилстирольного термоэластопласта ДСТ-30Р-01 в толуоле в присутствии диспергатора - стеариновой кислоты Т-18 при температуре 180 +/-5°С в течение трех часов, после чего путем механического смешивания при температуре 140...160°С в течение трех часов производят соединение битумно-полимерного концентрата со строительным битумом БН-70/30 и с эмульсирующим поверхностно-активным вспомогательным веществом ОП-10 и пластификатором нефтяным маслом ПН-6Ш с одновременной отгонкой толуола из мастики через конденсатор-холодильник.