Адгезионная композиция
Владельцы патента RU 2305120:
Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина (RU)
Изобретение относится к адгезионным композициям на основе сополимеров этилена, используемых в качестве адгезивов при нанесении полимерного защитного покрытия на металлическую поверхность методами экструзии или соэкструзии, намоткой термоусаживающейся многослойной адгезионной ленты. Технической задачей изобретения является сохранение высоких значений адгезионных прочностности и стойкости к катодному отслаиванию при снижении температуры нагрева металла до 100-130°С в конструкции двухслойного покрытия, а также обеспечение высоких значений адгезионной прочности к грунтовочному эпоксидному слою в трехслойной конструкции покрытия. Поставленная задача решается за счет того, что композиция содержит сополимер этилена с винилацетатом, силикатный наполнитель и модифицирующую добавку - смолу марки OSR-100. 3 табл.
Предложение относится к адгезионным композициям на основе сополимеров этилена, используемым в качестве адгезивов при нанесении полимерного защитного покрытия на металлические поверхности как методом экструзии или соэкструзии, так и методом намотки термоусаживающейся многослойной адгезионной ленты, например, на трубы для магистральных нефте- и газопроводов, как с внутренним защитным покрытием, так и без покрытия, на запорную арматуру, различные емкости, работающие как в условиях подземной эксплуатации, так и на открытом воздухе.
В качестве защитного покрытия усиленного типа по ГОСТ Р51164-98 для труб, эксплуатирующихся в сложных условиях, используются двух- и трехслойная конструкции покрытий. Конструкция двухслойного покрытия: первый слой - термоплавкий полимерный подслой, например адгезионная композиция на основе сополимеров этилена, второй слой - защитный слой на основе экструдированного полиолефина, например полиэтилена. Конструкция трехслойного покрытия: первый слой - грунтовка на основе термореактивных смол, например эпоксидных, второй - термоплавкий полимерный подслой, например адгезионная композиция на основе сополимеров этилена, третий - защитный слой на основе экструдированного полиолефина, например полиэтилена.
В двухслойной конструкции покрытия адгезионная композиция должна иметь высокую адгезионную прочность как с металлом защищаемого изделия, так и с полиэтиленовым слоем. В трехслойной конструкции покрытия адгезионная композиция должна иметь высокую адгезионную прочность как с полиэтиленовым, так и с эпоксидным слоем. А система покрытия в целом должна обеспечивать высокую изолирующую способность, характеризуемую низким значением площади катодного отслаивания при удовлетворительных физико-механических характеристиках.
Известны адгезионные композиции, используемые для увеличения адгезионной прочности полимерных покрытий, включающие модифицирующие добавки: минеральные наполнители, имеющие развитую удельную поверхность, органические вещества или полимеры, например тальк, карбоновые кислоты и их соли, каучуки, синтетические воски (Берлин А.А., Басин Б.Е. Основа адгезии полимеров. - М.: Химия, 1969.; Зимон А.Д. Адгезия пленок и покрытий. - М.: Химия, 1977). При нанесении двухслойной конструкции покрытия требуется высокая температура нагрева металла для достижения высоких значений адгезионной прочности. В трехслойной конструкции покрытия адгезионная прочность с грунтовочным эпоксидным слоем либо отсутствует, либо недостаточно высокая.
Наиболее близкой по технической сущности является адгезионная композиция, включающая сополимер этилена с винилацетатом, наполнитель и модифицирующую добавку (а.с. №1568507, МКИ С08L 23/06, 75/04, С08К 3/34, С09D 5/08, опубл. 10.11.96 г.). В качестве модифицирующей добавки композиция содержит силикатный наполнитель и полиизоцианат, увеличивающие стойкость к катодному отслаиванию. Данная композиция имеет высокую адгезионную прочность и стойкость к катодному отслаиванию покрытия в двухслойной конструкции покрытия. Недостатками ее являются высокая температура нагрева металла (180-200°С), необходимая для формирования покрытия с высокой адгезионной прочностью и стойкостью к катодному отслаиванию, а также то, что она не имеет адгезии к эпоксидному слою, следовательно, не отвечает требованиям, предъявляемым к трехслойным покрытиям.
Технической задачей являются сохранение высоких значений адгезионной прочности и стойкости к катодному отслаиванию при снижении температуры нагрева металла (100-130°С) в конструкции двухслойного покрытия, а также обеспечение высоких значений адгезионной прочности к грунтовочному эпоксидному слою в трехслойной конструкции покрытия.
Указанные задачи решаются адгезионной композицией, содержащей сополимер этилена с винилацетатом, силикатный наполнитель и модифицирующую добавку.
Новым является то, что в качестве модифицирующей добавки она содержит смолу марки OSR-100 (5AFETY DATA SHEET (2001/58/EC) от 16.02.2004) при следующем массовом соотношении компонентов, %:
| силикатный наполнитель | 3,0-25,0 |
| смола OSR-100 | 3,0-12,0 |
| сополимер этилена с винилацетатом | остальное. |
Из доступных источников патентной и научно-технической литературы не выявлена заявленная совокупность отличительных признаков, выполняющих аналогичную задачу, поэтому можно сделать вывод о соответствии критерию "новизна" и "изобретательский уровень".
Предлагаемая модифицирующая добавка является модифицированной ароматичной смолой с содержанием ароматичных звеньев от 60-100% и представляет собой светло-желтую твердую хрупкую массу типа канифоли с температурой плавления 110-120°С.
Лабораторными и опытно-промышленными испытаниями установлено, что покрытие, сформированное с применением предлагаемой адгезионной композиции, обладает высокой адгезионной прочностью и стойкостью к катодному отслаиванию в двухслойной конструкции покрытия при температуре нагрева, например, стальной трубы 100-130°С, а также высокой адгезионной прочностью к эпоксидному слою в трехслойной конструкции покрытия. (Стойкость к катодному отслаиванию в трехслойном покрытии определяет эпоксидный слой, поэтому этот показатель в данной конструкции не рассматривается.)
Для приготовления адгезионной композиции используют следующие материалы:
в качестве сополимера этилена с винилацетатом (сэвилен) используют сэвилен марки 11306-075 по ТУ 6-05-1636-78 (количество винилацетатных звеньев - 10-14%), или марки 11607-040 по ТУ 301-05-56-90 (количество винилацетатных звеньев - 17-25%), или марки "Миравитен D 33ЕА", или их смеси;
в качестве силикатного наполнителя используют талькомагнезит по ТУ 21-028197-001-92, или молотую слюду по ТУ 21-25-271-83, или каолин по ГОСТ 19608-84;
в качестве модифицирующей добавки используют смолу марки OSR-100 (производство США).
Адгезионную композицию для лабораторных испытаний готовят в лабораторном обогреваемом смесителе или вальцах. Адгезионную композицию для опытно-промышленных испытаний готовят методом непрерывной экструзии в двухшнековом смесителе с нагревом до 150°С. Дозирование компонентов в зону загрузки осуществляется непрерывно шнековым дозатором. Расплав адгезионной композиции непрерывно выдавливается в виде жгутов, которые затем охлаждаются в водяной ванне и режутся на гранулы размером от 2 до 4 мм. Рецептуры приготовленных составов приведены в табл.1.
| Таблица 1 | ||||||||
| Состав образцов адгезионной композиции | ||||||||
| № образца | Массовая доля компонентов, % | |||||||
| Силикатный наполнитель | Смола OSR-100 | Сэвилен | ||||||
| молотая слюда | талько-магнезит | каолин | кол-во винил-ацетатных звеньев,% | |||||
| 12 | 21 | |||||||
| 1 | 3 | 1 | 96 | |||||
| 2 | 3 | 3 | 78 | |||||
| 3 | 3 | 7 | 75 | |||||
| 4 | 3 | 12 | 94 | |||||
| 5 | 3 | 15 | 74 | |||||
| 6 | 10 | 1 | 72 | |||||
| 7 | 10 | 3 | 68 | |||||
| 8 | 10 | 7 | 90 | |||||
| 9 | 10 | 12 | 85 | |||||
| 10 | 10 | 15 | 82 | |||||
| 11 | 25 | 1 | 89 | |||||
| 12 | 25 | 3 | 63 | |||||
| 13 | 25 | 7 | 60 | |||||
| 14 | 25 | 12 | 87 | |||||
| 15 | 25 | 15 | 83 |
Из полученных образцов адгезионной композиции формируют покрытие и определяют адгезионную прочность по ГОСТ 411-77 под углом 180° со скоростью отслаивания 100 мм/мин и стойкость к катодному отслаиванию (площадь отслаивания) по ГОСТ Р51164-98. Результаты испытаний составов приведены в табл.2 и 3.
| Таблица 2. | ||||
| Результаты испытаний образцов адгезионной композиции в конструкции двухслойного покрытия | ||||
| № образца | Адгезионная прочность покрытия (кг/см), сформированного при температурах | Площадь катодного отслаивания покрытия (см2), сформированного при температурах | ||
| 100°С | 130°С | 100°С | 130°С | |
| 1 | 3,5-4,2 | 4,5 А | 12,2 | 11,0 |
| 2 | 5,0-5,5 | 6,5 А | 11,2. | 10,5 |
| 3 | 8,0-8,6 | 8,9 А | 9,5 | 9,0 |
| 4 | 9,1-9,5 | 10,0 А | 8,2 | 7,8 |
| 5 | 10,0-11,0 | 15,4 См | 6,0 | 5,0 |
| 6 | 5,0-5,2 | 5,4 A | 10,2 | 9,8 |
| 7 | 5,3-5,7 | 5,9 См | 8,8 | 7,5 |
| 8 | 6,9-7,1 | 7,9 См | 6,5 | 5,0 |
| 9 | 15,5-16,0 | 16,5 См | 5,0 | 4,5 |
| 10 | 17,0-18,0 | 20,2 См | 4,0 | 3,5 |
| 11 | 5,2-5,3 | 5,4 A | 8,8 | 8,1 |
| 12 | 5,4-5,5 | 5,7 См | 7,9 | 7,7 |
| 13 | 7,0-7,3 | 7,8 См | 6,8 | 6,5 |
| 14 | 10,0-11,0 | 11,5 К | 6,2 | 6,0 |
| 15 | 12,0-13,0 | 14,0 К | 5,5 | 5,0 |
| прототип | 3,0-4,0 | 4,0-5,5 | 12,0 | 10,5 |
| Примечание - Характер отрыва: А - адгезионный отрыв, См -смешанный, К - когезионный |
| Таблица 3. | |
| Результаты испытаний образцов композиции в конструкции трехслойного покрытия | |
| № образца | Адгезионная прочность покрытия к грунтовочному слою, кг/см |
| 1 | 2,5 |
| 2 | 2,7 |
| 3 | 3,0 |
| 4 | 4,9 |
| 5 | 5,1 |
| 6 | 2,9 |
| 7 | 3,8 |
| 8 | 6,9 |
| 9 | 9,0 |
| 10 | 11,5 |
| 11 | 3,0 |
| 12 | 3,7 |
| 13 | 7,5 |
| 14 | 10,0 |
| 15 | 10,5 |
| прототип | 0,5-2,0 |
Из результатов, представленных в табл.2 и 3, видно, что предложенная адгезионная композиция в конструкции двухслойного покрытия при температурах нагрева на 50-80°С ниже, чем у прототипа, позволяет увеличить адгезионную прочность в 1,6 раза для адге-зионной композиции с малым содержанием модификатора и в 6 раз для адгезионной композиции с большим содержанием модификатора и стойкость к катодному отслаиванию. Это позволяет в более щадящем режиме наносить наружное покрытие, например на трубы, емкости, имеющие внутреннее покрытие, а также существенно сократить энергозатраты. В конструкции трехслойного покрытия предложенная адгезионная композиция позволяет увеличить адгезионную прочность к грунтовочному эпоксидному слою до 16 кг/см, что позволяет использовать ее в качестве полимерного подслоя в покрытии труб усиленного типа.
Адгезионная композиция, включающая сополимер этилена с винилацетатом, силикатный наполнитель и модифицирующую добавку, отличающаяся тем, что в качестве модифицирующей добавки она содержит смолу марки OSR-100 при следующем массовом соотношении компонентов, %:
| Силикатный наполнитель | 3,0-25,0 |
| Смола марки OSR-100 | 3,0-12,0 |
| Сополимер этилена с винилацетатом | Остальное |
