изоляционная композиция и способ ее получения

Формула изобретения

1. Изоляционная композиция, содержащая битум, абсорбент и окислитель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит полисилоксановую жидкость, а в качестве окислителя насыщенный раствор сульфата железа (III) или концентрированную серную кислоту, и/или ортофосфорную, и/или азотную, при следующем содержании компонентов, мас.%:

битум	77-95
абсорбент	2-15
полисилоксановая жидкость	0,001-0,01
окислитель	остальное.

2. Изоляционная композиция по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит неионогенное ПАВ в количестве 1-3 мас.%.

3. Способ получения изоляционной композиции, включающий смешивание битума и абсорбента при нагревании до получения однородной смеси, прикапывание окислителя, дальнейшее нагревание и выдерживание при температуре, необходимой для стабилизации, отличающийся тем, что до прикапывания окислителя в процессе смешивания битума и абсорбента добавляют полисилоксановую жидкость, прикапывание начинают при температуре 130°С, при этом в качестве окислителя используют насыщенный раствор сульфат железа (III) или концентрированную ортофосфорную, и/или азотную, и/или серную кислоту, процесс ведут при соотношении компонентов по п.1.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что до прикапывания окислителя в процессе смешивания битума, абсорбента и полисилоксановой жидкости добавляют неионогенное ПАВ в количестве 1-3 мас.%.

Описание изобретения к патенту

Группа изобретений относится к области химии и нефтехимического производства и может быть использована для магистральных трубопроводов в качестве антикоррозионной защиты, в дорожном строительстве в качестве битумного вяжущего, для аккумуляторной промышленности в качестве адгезионной мастики, в машиностроении для соединения элементов воздушных фильтров и в гражданском строительстве как преобразователь ржавчины.

Известен способ получения асфальтосмолистого олигомера (Асмол-1) при переработке асфальта деасфальтизации гудрона пропаном, смешиваемого с кубовыми остатками производства изопрена стадии регенерации диметилформамида и технической серной кислотой (см. авт. св. № 1696454, МПК С10С 3/02, опубл. 07.12.1991 г.).

Процесс проводят при температуре 120-130°С в течение 120-180 мин. Полученный продукт предназначен для использования в качестве антикоррозионного материала и имеет следующий состав; мас.%:

Асфальт деасфальтизации гудрона пропаном	10-45
Кубовый остаток регенерации диметилформамида	5-15
Серная кислота	остальное

Недостатками данного изобретения являются отсутствие на российском рынке исходных продуктов, низкие эксплуатационные свойства получаемого антикоррозионного материала и ограниченная область применения.

Известен способ получения асфальтосмолистых олигомеров (Асмол-2) при смешении асфальта деасфальтизации гудрона пропаном (АПД) с кубовыми остатками производства изопрена стадии регенерации диметилформамида (КОРД) и серной кислотой (см. заявку на изобретение RU 94002502, МПК С10С 3/02, опубл. 10.05.1996 г.).

Способ включает подачу в реактор битума (АПД) при 90°С и КОРДа, перемешивание в течение 0,5 часа. Прикапывание серной кислоты, не превышая температуру 120-128°С в течение 3 часов. Затем поднимают температуру до 150°С и перемешивают в течение 4 часов. Далее температуру поднимают до 160°С и перемешивают в течение 4 часов для стабилизации продукта. После окончания реакции полученный продукт охлаждают до 120°С и сливают.

Полученный продукт предназначен для использования в антикоррозионных покрытиях для изоляции магистральных трубопроводов и защиты от коррозии нефтяных резервуаров и имеет состав, мас.%:

Битум или асфальт деасфальтизации гудрона пропаном	85-75
Тяжелая смола (КОРД)	10-15
Серная кислота	5-10

Недостатками данного изобретения являются отсутствие на рынке некоторых исходных продуктов (в частности, АПД и КОРДа), энергоемкость и длительность операций, а также низкий выход продукта.

Известен способ получения противокоррозионной мастики, используемой для защиты стальных поверхностей, изоляции и ремонта подземных трубопроводов различного назначения, подземных резервуаров, гидроизоляции бетонных и каменных поверхностей, а также в качестве связующего в дорожном строительстве. Процесс заключается в получении асфальтосмолистого олигомера и введения полимерных добавок - технического масла, бутилкаучука и термоэластопласта. Противокоррозионную мастику получают, проводя процесс в едином технологическом цикле. Процесс включает загрузку битума при температуре 130°С. Затем прикалывают техническую серную кислоту 1,5-2 ч при температуре 130°С. Далее проводят стабилизацию продукта при 150°С 4 ч. Затем вводят добавки - масло техническое, бутилкаучук, термоэластопласт - при температуре 140°С. При этом компоненты постоянно перемешивают после каждой операции цикла от 60 до 180 мин. В результате происходит улучшение физико-химических характеристик получаемой антикоррозионной мастики за счет совершенствования ее состава и оптимизации технологии получения (см. патент RU 2407773, МПК С10С 3/02, опубл. 27.12. 2010).

Состав получаемой мастики, мас.%:

Битум	71-80
Тяжелая смола	2-3
Кислота серная техническая	4-6
Масло техническое	9-11
Бутилкаучук	1-2
Термоэластопласт	4-6

Недостатками данного способа являются: высокая энергоемкость технологического процесса и длительность процесса; низкий выход продукта. Введение полимерных добавок в асфальтосмолистые соединения хоть и улучшают некоторые технические характеристики продукта, такие как температура размягчения, хрупкости, эластичность, но, в то же время, ухудшают другие, такие как адгезия, пенетрация. Кроме того, увеличивают время изготовления и себестоимость продукции.

Наиболее близким к заявляемому по составу и способу изготовления является способ получения асмола путем взаимодействия битума или асфальта деасфальтизации гудрона пропаном с абсорбентом, получаемым в производстве бутадиена, изопрена, изобутилена в присутствии серной кислоты (см. патент RU 2443751, МПК С10С 3/02, опубл. 27.02.2012). Получаемый продукт может быть использован для защиты магистральных трубопроводов от почвенной и электрохимической коррозии.

Состав, мас.%:

Битум или АПД	75-85
Абсорбент	8-22
Серная кислота	остальное

Способ осуществляют в 3 стадии. На первой стадии перемешивают битум или АПД с абсорбентом при температуре 100-115°С, после чего в реакционную смесь прикалывают серную кислоту в течение 5-6 часов до достижения температуры смеси 120-130°С.

На второй стадии полученную смесь перемешивают в течение 2-2,5 часов, затем повышают температуру смеси до 135-140°С, после чего перемешивают ее в течение 4-5 часов. На третьей стадии температуру смеси повышают до 145-155°С и при достижении этой температуры смесь перемешивают в течение 4-6 часов с образованием целевого продукта.

Недостатками данного способа являются длительность процесса, высокая энергоемкость, низкий выход продукта, высокая себестоимость продукции по сравнению с конкурентными аналогами, ограниченная область применения.

Задачей группы изобретений является совершенствование состава изоляционной композиции, расширение области ее применения и улучшение технологических параметров способа ее получения, приводящих к повышению выхода продукта, снижению времени протекания и энергозатратности процесса, повышение конкурентоспособности продукта за счет снижения его себестоимости.

Технический результат заключается в исключении вскипания реакционной смеси и соответственно выбраковывания целевого продукта, что повышает выход продукта в 1,5-2 раза.

Поставленная задача решается тем, что изоляционная композиция, содержащая битум, абсорбент и окислитель, согласно решению дополнительно содержит полисилоксановую жидкость, а в качестве окислителя - насыщенный раствор сульфата железа (III) или концентрированную серную кислоту и/или ортофосфорную, и/или азотную, при следующем содержании компонентов, мас.%:

битум	77-95
абсорбент	2-15
полисилоксановую жидкость	0,001-0,01
окислитель	остальное

Изоляционная композиция может дополнительно содержать неионогенное ПАВ в количестве 1-3 мас.%.

Поставленная задача решается также тем, что в способе получения изоляционной композиции, включающем смешивание битума и абсорбента при нагревании до получения однородной смеси, прикапывание окислителя, дальнейшее нагревание и выдерживание при температуре, необходимой для стабилизации, согласно решению до прикапывания окислителя в процессе смешивания битума и абсорбента добавляют полисилоксановую жидкость, прикапывание начинают при температуре 130°С, при этом в качестве окислителя используют насыщенный раствор сульфата железа (III) или концентрированную ортофосфорную, и/или азотную и/или серную кислоту, процесс ведут при следующем соотношении компонентов, мас.%:

битум	77-95
абсорбент	2-15
полисилоксановая жидкость	0,001-0,01
окислитель	остальное

До прикапывания окислителя в процессе смешивания битума, абсорбента и полисилоксановой жидкости может быть добавлено неионогенное ПАВ в количестве 1-3 мас.%.

Предлагаемый способ получения изоляционной композиции осуществляют следующим способом.

Загруженный в реактор битум в количестве 77-95 мас.% разогревают, добавляют абсорбент в количестве 2-15%, полисилоксановую жидкость типа ПМС-100 (в количестве 0,01-0,001%), неионогенное поверхностно-активное вещество, например ОП-10, и перемешивают смесь в течение 5-10 минут. В нагретую смесь при 130°С прикалывают окислитель (серную кислоту или смесь кислот или добавляют в смесь водный раствор сернокислого железа (III)). Соотношение Fe₂ (SO₄)₃ к воде - 4:1. Время прикапывания - 5-10 минут. После чего в течение 20-25 минут повышают температуру смеси в реакторе до 150°С и проводят стабилизацию продукта в течение 10-15 минут (до достижения полноты реакции). Процесс проводится при постоянном перемешивании со скоростью вращения мешалки 80-100 об/мин. После чего происходит слив готового продукта.

Примеры конкретного исполнения композиции и характеристики полученных продуктов приведены в таблице.

В таблице примеры приведены для вариантов, которые соответствуют составам при следующих диапазонах:

1. Битум 77-95

Абсорбент 2-15

Серная кислота - остальное

2. Битум 77-95

Абсорбент 2-15

ПМС-100 в количестве 0,001-0,01 мас.%.

Серная кислота - остальное

3. Битум 77-95

Абсорбент 2-15

ПМС-100 в количестве 0,001-0,01 мас.%.

Неионогенное ПАВ (ОП-10) 1-3

Серная кислота - остальное

4. Битум 77-95

Абсорбент 2-15

Серная или ортофосфорная или азотная кислота, или используется смесь кислот - остальное (примеры 5 и 8 с ПМС)

5. Битум 77-95

ПМС-100 в количестве 0,001-0,01 мас.%.

Абсорбент 2-15

Насыщенный раствор Fe₂(SO₄) ₃ (сульфат железа (III)) - остальное

При определении технических характеристик использовался ГОСТ Р 51164-98.

1. Составы, приготовленные в соответствии с предлагаемым изобретением (примеры 1, 2 табл.), по своим характеристикам соответствуют ГОСТу Р 51164-98 по основным параметрам (адгезия, пенетрация, растяжимость) и могут быть использованы в качестве мастики для изоляции магистральных трубопроводов.

2. Добавление в композицию незначительного количества ПМС-100 (0,001-0,01 мас.%) позволяет проводить окисление продукта при более высоких по сравнению с прототипом температурах, тем самым увеличивая скорость протекания реакции, предотвращает вскипание реакционной смеси и повышает конечный выход продукта, а также увеличивает твердость покрытия и растяжимость (примеры 6, 7, 9 табл.), что улучшает эксплуатационные свойства мастичной композиции. При добавлении ПМС менее нижнего порога эффекта предотвращения вскипания не наблюдается, так как начинается процесс вскипания реакционной смеси. Добавление ПМС более 0,01 мас.% нецелесообразно по экономическим соображениям. В примерах 1-4 ПМС отсутствовал, поэтому приходилось загружать реактор на 40-60% и прикалывать окислитель при меньших температуре и скорости.

3. Добавление поверхностно-активного вещества в количестве 0,5-3% ОП-10 (примеры 10, 11, 12 табл.) делает смесь более однородной (гомогенной), в смеси с ПМС препятствует пенообразованию и соответственно присутствию в смеси воздушных пузырьков. Введение в реакционную смесь количества ОП-10, превышающее 3% (пример 12 табл.), приводит к ухудшению адгезионных свойств композиции. Оптимальное содержание ПАВ в смеси - 1%.

4. Введение в смесь ортофосфорной кислоты приводит к уменьшению температуры размягчения конечного продукта, что позволяет использовать также композиции для нанесения их на трубопроводы «горячим» способом, а наличие в составе мастики при ее приготовлении ортофосфорной кислоты, известной как преобразователь ржавчины, позволит наносить покрытие на трубы с низкой степенью очистки. Мастичные композиции, в приготовлении которых участвуют ортофосфорная или азотная кислота (примеры 3, 4, 5, 8 табл.), можно использовать также в дорожном строительстве при приготовлении битумных вяжущих, в качестве клеевых мастик, а также в гражданском строительстве.

5. Использование вместо серной кислоты насыщенного раствора сульфата железа (III) (пример 13 табл.) может быть использовано в том случае, если надо исключить влияние кислой среды, даже в незначительном количестве при использовании данного вида мастичной композиции.

6. Добавление ПМС позволило увеличить скорость прикапывания. Скорость прикапывания окислителя в примерах 1-4 составляла на 1 кг смеси 2 г в мин, а в примерах 5-13 - на 1 кг смеси 8-9 г в мин.

Предлагаемый состав и способ его приготовления позволяют увеличить скорость прикапывания в 4-5 раз по сравнению с прототипом, а общую продолжительность синтеза сократить в 2-3 раза. При этом увеличиваются как выход продукта, так и загрузка реактора, которая достигает 90-95%. Обеспечивается более высокая гомогенизация продукта по сравнению с аналогами и прототипом и повышается его качество за счет улучшения физико-химических свойств.