Verfahren zur Beschichtung von Metallrohren und Verwendung der Rohre

Beschreibung

[0001] Es ist bekannt, Metallrohre mit einem direkt aus dem Extruder kommenden Band aus Polyäthylen zu beschichten. Die Temperatur der Rohre beträgt hierbei etwa 180°C. Die verwendeten Polyäthylentypen haben Schmelzindices (190°C/2,16 kg) von 0,4 bis 0,7 g/10 min. Für den Aufbau von Schichten von etwa 3,5 mm Dicke werden hierbei etwa 4 Minuten benötigt.

[0002] Andererseits ist die Beschichtung von Metallrohren mit Polyäthylenpulver bekannt, das z. B. durch Aufrieseln, Aufschleudern oder Anwerfen auf das auf 300 bis 360°C vorgewärmte Rohr aufgebracht wird. Die bei diesem Verfahren verwendeten Polyäthylentypen haben Schmelzindices (190°C/ 2,16 kg) von 1,2 bis 1,7 g/10 min. Der Schmelzindex muß hierbei höher sein als beim erstgenannten Verfahren, weil hier ein leichteres Schmelzen wesentlich ist. In Abhängigkeit vom Rohrdurchmesser beträgt die Beschichtungszeit bei Pulverbeschichtungsverfahren im allgemeinen etwa 5 Minuten. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß verhältnismäßig hohe Vorwärmtemperaturen und damit ein hoher Energieaufwand erforderlich sind, um das Polyäthylen zum Schmelzen zu bringen, weil aus Gründen eines ausreichenden Korrosionsschutzes der Schmelzindex nicht zu niedrig sein soll.

[0003] Eine weitere Veröffentlichung beschreibt ein Verbundrchr aus einer auf ein Stahlrohr aufgeschweißten Polyäthylenpulverschicht und einer mit dieser verschweißten Polyäthylenschicht, die z. B. in Form einer aus einem Extruder austretenden Polyäthylenfolie auf die heiße aufgesinterte Polyäthylenpulverschicht aufgewickelt wurde. Beim Aufbringen der ersten Polyäthylenschicht wird das Stahlrohr z. B. auf 150°C vorgewärmt. Bei dieser Temperatur ist es jedoch nicht möglich, eine glatte zusammenhängende Schicht in einer gewünschten erforderlichen Mindestschichtdicke von 1,5 bis 4 mm herzustellen.

[0004] Nach einem anderen bekannten Verfahren bringt man eine Polyäthylenschicht auf ein Stahlrohr auf, wobei zuerst eine 0,05 mm dicke erste Schicht eines Haftvermittlers bei einer etwa 100°C über der Erstarrungstemperatur des Haftvermittlers liegenden Rohrtemperatur und dann die zweite Schicht des Haftvermittlers bei einer 20 bis 50°C über der Erstarrungstemperatur liegenden Rohrtemperatur, z. B. bei l40°C,aufgebracht wird. Dabei kann der Haftvermittler der ersten Schicht in Pulverform oder durch Umwickeln mit einer Folie aufgebracht werden. Das Aufbringen in zweiter Schicht kann durch Vorextrudieren in Form eines Doppelschlauches oder einer doppelten Wickelfolie erfolgen. Auch hierbei reicht die Temperatur von 140°C nicht für die gemäß vorliegender Erfindung gewünschten Zwecke, daß heißt für die erforderliche Mindestschichtdicke aus.

[0005] Ferner offenbart eine andere Druckschrift das überziehen einer Stahlrohroberfläche mit einem Polyäthylen mit hohem Schmelzindex, z. B. 1 bis 1,5 g/10 min (ASTM-D 12 38-53 T). Auf den Überzug wird eine zweite Schicht mit einem Polyäthylen mit niedrigem Schmelzindex, z. B. 0,2 bis 0,5 g/ 10 min aufgebracht. Beide Schichten werden in Form eines Polyäthylenpulvers aufgebracht. Wenn zwei Schichten in Form von Pulver übereinander aufgetragen werden, so läßt die Oberfläche hinsichtlich ihrer Homogenität und ihrer Glätte zuweilen zu wünschen übrig.

[0006] Es war daher ein Verfahren mit geringerem Energie- und Zeitaufwand erwünscht, das Produkte mit gleich guten Eigenschaften wie die bekannten Verfahren liefert.

[0007] Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Beschichtung von Metallrohren durch Aufbringen von Polyäthylenpulver auf vorgewärmte Rohre, wobei man zunächst ein Polyäthylen mit einem Schmelzindex von über 1 g/10 min auf ein erwärmtes Metallrohr aufbringt und darauf ein Polyäthylen mit niedrigem Schmelzindex aufbringt, das dadurch gekennzeichnet ist, _daß man zuerst ein Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 1,2 bis 70, vorzugsweise 15 bis 70, insbesondere 17 bis 25 g/10 min (190°C/2,16 kg) auf das Metallrohr, das eine Temperatur von mindestens 200°C hat, aufbringt, darauf den Überzug auf eine Temperatur von etwa 110 bis 170°C, vorzugsweise 110 bis 150, insbesondere bis 120°C abkühlen läßt und daß man darauf in dritter Stufe einen freitragenden Film aus Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 0,1 bis 7 g/10 min bei dieser Temperatur aufbringt, so daß der Gesamtüberzug eine Mindestschichtdicke zwischen 1,5 und 4 mm hat.

[0008] Eine weitere mögliche Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß man zunächst ein Polyäthylenpulver mit einem Schmelzindex von etwa 1,2 bis 1,7 g/10 min oder ein unmittelbar aus einem Extruder austretendes Band aus Polyäthylen. mit einem Schmelzindex von maximal 1,7 g/10 min (190°C /2,16 kg) auf ein Metallrohr, das im Fall der Pulverbeschichtung eine Temperatur von mindestens 300°C und im Fall der Beschichtung vom Extruder maximal 250°C hat, aufbringt, darauf den Überzug auf eine Temperatur von etwa 110 bis 170, vorzugsweise 110 bis 150°C abkühlen läßt und darauf in dritter Stufe einen freitragenden, lichtstabilisierten, _hellfarbig_en Film aus Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 0,4 bis 1,1 g/10 min bei dieser Temperatur aufbringt.

[0009] Als Lichtstabilisatoren für den hellfarbenen Polyäthylenfilm sind beispielsweise Verbindungen vom Benzotriazoltyp geeignet.

[0010] Die Mindestschichtdicke von 1,5 bis 4 mm ist für einen ausreichenden Korrosionsschutz erforderlich. In manchen Fällen kann die Schichdicke auch mehr als 4 mm betragen.

[0011] Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß es gegenüber den bekannten Verfahren überraschenderweise eine hohe Energieersparnis und trotzdem eine erheblich höhere Arbeitsgeschwindigkeit bei wenigstens gleich guten Produkteigenschaften mit sich bringt. Außerdem bewirkt die hellfarbige Deckschicht einen guten Schutz der Rohre gegen zu starke Erwärmung bei längerer Lagerung im Freien unter starker Wärmeeinwirkung, zum Beispiel durch Sonneneinstrahlung oder durch Verlegung in stark erwärmten Bodenschichten. Die Beschichtung vom Extruder gestaltet sich ebenfalls sehr einfach und zeitsparend ohne zusätzlichen apparativen Aufwand. Das aus dem Extruder austretende Band hat vorteilhaft einen Schmelzindex von mindestens 0,4 g/10 min.

[0012] Zweckmäßig hat das Polyäthylen bei der Pulverbeschichtung in erster Stufe eine Teilchengröße von 1 bis 600 um, vorzugsweise 100 bis 400 µm. Der freitragende Polylithylenfilm wird mit Vorteil in Form eines Polyäthylenbandes, z. B. aus Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 0,1 bis 1,2 g/10 min, aufgebracht. Das Aufbringen kann auf ein rotierendes Rohr erfolgen. Das bringt den Vorteil mit sich, daß das Band automatisch gewickelt werden kann. Die Bandbreite kann beliebig variiert, werden. Sie beträgt z. B. mindestens 20 mm, zweckmäßig 10 bis 1500 mm. Im allgemeinen wird von einer Bandbreite bis etwa 1 m Gebrauch gemacht. Beim Auftragen ist darauf zu achten, daß sich die einzelnen Windungen überlappen bzw. daß gleichzeitig eine gegenseitige Verbindung der einzelnen Windungen erfolgt, um einen einwandfreien Korrosionsschutz zu erzielen. Die Schichtdicke der Bänder beträgt gewöhnlich 100 bis 400 um, vorzugsweise 100 bis 200 um. Vorzugsweise sind die hellfarbigen Bänder weiß. Je nach Wunsch kann jedoch auch eine andere Farbe gewählt werden, z. B. die Warnfarbe Gelb, aber auch Hellorange, Hellblau, Hellgrün oder dergleichen. Gegebenenfalls können die hellfarbenen Bänder auch zur Kennzeichnung der Rohre dienen.

[0013] Die Geschwindigkeit der Beschichtung kann in weiten Grenzen variieren. Sie ist von der gewünschten Schichtdicke und vom Rohrdurchmesser abhängig. Beispielsweise beträgt der äußere Rohrdurchmesser von 50 bis 2000 mm. Für die Beschichtung von 12 m Länge eines solchen Rohres mit einem Durchmesser von 1500 mm und einem Überzug von 3,5 mm Schichtdicke werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren z. B. etwa 15 bis 45, meistens etwa 30 Minuten benötigt. Für die Beschichtung eines Rohres von 400 mm Durchmesser mit einer Schichtdicke von 1,5 mm (dies ist die Mindestdicke für ausreichenden Korrosionsschutz) sind für eine 12 m lange Beschichtung im allgemeinen etwa 8 bis 20, meistens etwa 15 Minuten erforderlich.

[0014] Um die haftung der in erster Stufe aufgebrachten Schicht auf der Rohrunterlage noch zu verbessern, ist es zuweilen zweckmäßig, dem Polyäthylenpulver noch ein Zusatzharz in Form eines Polymerisats, z. B. Polyvinylacetat, Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisat, Äthylen-Acrylsäure-und/oder-Acrylester- _Copolymerisat,gegebenenfalls mit weiteren Comonomeren, oder andere Polymerisate, vorteilhaft in einem Anteil von 5 bis 15, worzugsweise 5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Polyäthylenpulver beizumischen. Nach einer anderen AusfUhrungsform der Erfindung ist es auch möglich, diese Polymerisate vor dem Aufbringen des Polyäthylenpulvers auf das Rohr aufzutragen. Diese Beschichtung kann nach den üblic' ;n Beschichtungsverfahren, durch Sprühen, vorzugsweise jedoch durch Pulverbeschichtung erfolgen. Dieselben Zusatzharze können auch in dem polyäthylenband in einem Anteil von 2 bis 5 Gew.-%, bezogen auf Polyäthylen, enthalten sein.

[0015] Die Anforderungen bezüglich Mindestschichtdicke, Porenfreiheit, Schälfestigkeit, Schlagbeständigkeit, Eindruckwiderstand, Reißdehnung, spezifischer Umhüllungswiderstand, Wärme-und Lichtalterung gemäß den Vorschriften von DIN 30 670 werden durch die erfindungsgemäß hergestellten Überzüge voll erfüllt.

[0016] Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichteten Rohre finden vielseitige Verwendung. Wegen ihres Oberflächenschutzes sind sie vor allem für verlegte Rohre, z. B. in Rohrleitungen für die Förderung von Erdöl, aber auch von anderen gasförmigen, flüssigen oder höherviskosen Stoffen, beispielsweise Erdgas, Wasser, Klärschlamm, Beton, Abwässern, Aufschlämmungen oder dergleichen geeignet.

[0017] Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten Rohre zur Verlegung in warmen oder heißen Gebieten, z. B. auch in der Wüste.

Beispiele

[0018] 

1) Ein Eisenrohr (Außendurdimesser 108 mm, Wanddicke 10 mm), wirdauf 220°C vorgewärmt und darauf 2 Minuten mit Poly- _äthylenpulver (Schmelzindex 17 bis 25) mit einer Schichtdicke von 2 mm überzogen. Nach 4 Minuten ist der Überzug ge- . schmolzen und die Rohrtemperatur auf 160°C abgesunken. Beginnend bei dieser Rohrtemperatur wird bei 160°C ein 110 µm dickes, 50 mm breites Polyäthylenband mit einem Schmelzindex von 1,2 mit einer Schichtdicke von 110 um aufgebracht. Dann läßt man entweder durch bloßes Liegenlassen oder unter Durchleiten eines Kühlmediums durch das Rohr auf Raumtem- p_eratur abkühlen. Unmittelbar nach Aufbringen der Folie tritt eine einwandfrei und glatte Verschmelzung von beiden Überzugsschichten ein. Nach 30 Minuten ab Beginn der Pulverbeschichtung ist das Rohr beim Liegenlassen ohne zusätzliche Kühlung auf 60°C abgekühlt.

2) Ein Eisenrohr Außendurchmesser 90 mm, Wandddicke 4,5 mm), wird auf 250°C vorgewärmt und darauf 1 1/2 Minuten mit Polyäthylenpulver (Schmelzindex 17 bis 25) mit einer Schichtdicke von 2 mm überzogen. Nach 3 Minuten ist der Überzug glatt geschmolzen und auf 150°C abgekühlt. Bei dieser Rohrtemperatur wird ein 40 mm breites Polyäthylenband mit einem Schmelzindex von 1,2 und einer Schichtdicke von 110 µm aufgebracht und darauf das Rohr auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Aufbringen des Bandes erfolgt durch Umwickeln des um seine Achse rotierenden Rohrs, wobei die Spule am Rohr entlang bewegt wird. Unmittelbar nach Aufbringen des Bandes tritt eine einwandreie Verschmelzung mit der ersten Polyäthylenschicht ein. Nach 12 Minuten ab Beginn der Rohrbeschichtung ist das Rohr beim Liegenlassen ohne zusätzliche Kühlung auf 60°C abgekühlt.

1 V (Vergleich - Stand der Technik - Vorwärmtemperatur über 300°C -)

[0019] Man geht vom gleichen Rohr aus wie nach Beispiel 1, jedoch mit einer Vorwärmtemperatur von 310°C. Das Rohr wird mit Polyäthylenpulver mit einem Schmelzindex von 1,2 bis 1,7 g/10 min mit einer Schichtdicke von 2 mm überzogen. Nach 10 Minuten ist der Überzug glatt geschmolzen und hat dabei eine Temperatur von 180°C erreicht. Die Abkühlungszeit auf 60°C durch bloßes Liegenlassen beträgt 50 Minuten.

2 V) (Vergleich. - Stand der Technik - Vorwärmtemperatur über 300°C)

[0020] Man geht vom gleichen Rohr aus wie nach Beispiel 2, jedoch mit einer Vorwärmtemperatur von 360°C. Das Rohr wird bei dieser Temperatur mit Polyäthylenpulver mit einem Schmelzindex von 1,2 bis 1,7 1 1/2 Minuten lang mit einer Schichtdicke von 2 mm überzogen. Im Lauf von 4 Minuten ist der Überzug geschmolzen und gleichzeitig auf 310°C abgekühlt. Zum _Glattschmelzen ist jedoch noch eine Nacherwärmung erforderlich. Daher wird nach Ablauf dieser 4 Minuten das Rohr eine Minute lang nacherwärmt. Somit ist der Überzug nach dieser weiteren Minute glatt. Die Abkühlungsdauer auf 60°C ab Beginn der Pulverbeschichtung und ohne zusätzliche Kühlung beträgt 42 Minuten.

[0021] Wie der Vergleich zwischen den Beispielen gemäß der Erfindung und den Vergleichsbeispielen nach dem Stand der Technik zeigt, ist der Energieaufwand, d. h. die Vorwärmtemperatur und gleichzeitig auch die Abkühlungszeit bei den erfindungsgemäßen Beispielen wesentlich geringer als bei den Vergleichs- _Ibeispielen.

[0022] 3) Es wird gearbeitet wie nach Beispiel 1, jedoch wird anstelle des Polyäthylenpulvers nunmehr ein Pulver in Form eines Gemisches von Polyäthylen mit 10 Gew.-%, bezogen auf Polyäthylen, eines Vinylacetat-Homopolymerisats aufgetragen. Man erhält einen Überzug mit gleich guten Eigenschaften wie nach Beispiel 1 und mit einer einwandfreien glatten Oberfläche.

[0023] 4) Es wird gearbeitet wie nach Beispiel 2, jedoch wird anstelle des Polyäthylenbandes nunmehr ein Band aus einem Gemisch von Polyäthylen und 3,5 Gew.-%, bezogen auf Polyäthylen, eines Vinylacetat-Homopolymerisats verwendet. Man erhält einen glatten und einwandfreien Überzug mit gleich guten Eigenschaften wie nach Beispiel 2.

[0024] 5) Ein Eisenrohr (Außendurchmesser 108 mm, Wanddicke 10 mm), wird auf 310°C vorgewärmt und darauf 2 Minuten mit Polyäthylenpulver (Schmelzindex 1,2 bis 1,7 g/10 min) mit einer Schichtdicke von 2 mm überzogen. Nach 20 Minuten ist der Überzug geschmolzen und die Rohrtemperatur auf 160°C abgesunken. Beginnend bei dieser Rohrtemperatur wird bei 160°C ein 200 um dickes, 50 mm breites Polyäthylenband mit einem Schmelzindex von 0,4 g/10 min in einer Schichtdicke von 200 um aufgebracht. Dann läßt man das Rohr entweder durch bloßes Liegenlassen oder unter Durchleiten eines Kühlmediums auf Raumtemperatur abkühlen. Unmittelbar nach Aufbringen des Bandes tritt eine einwandfreie und glatte Verschmelzung von beiden Uberzugsschichten ein. Nach 40 Minuten ab Beginn der Pulverbeschichtung ist das Rohr beim Liegenlassen ohne zusätzliche Kühlung auf 60°C abgekühlt.

[0025] 6) Ein Eisenrohr (Außendurchmesser 90 mm, Wanddicke 4,5 mm), wird auf 360°C vorgewärmt und darauf 1 1/2 Minuten mit Polyäthylen^pulver (Schmelzindex 1,2 bis 1,7 g/10 min) mit einer Schichtdicke von 2 mm überzogen. Nach höchstens 8 Minuten ist der Überzug glatt geschmolzen und nach 12 Minuten auf 150°C abgekühlt. Bei dieser Rohrtemperatur wird ein 40 mm breites Polyäthylenband mit einem Schmelzindex von 0,4 ^g/10 min in einer Schichtdicke von 200 µm aufgebracht und darauf das Rohr auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Aufbringen des Bandes erfolgt durch Umwickeln des um seine Achse rotierenden Rohrs, wobei die Spule am Rohr entlang bewegt wird. Unmittelbar nach Aufbringen des Bandes tritt eine einwandfreie Verschmelzung mit der ersten Polyäthylenschicht ein. Nach 30 Minuten ab Beginn der Rohrbeschichtung ist das Rohr beim Liegenlassen ohne zusätzliche Kühlung auf 60°C abgekühlt.

[0026] ₇) Ein Eisenrohr (Außendurchmesser 500 mm, Wanddicke 6 mm) wird auf 250°C vorgewärmt und mit einem Äthylen-Acrylsäure-Copolymer in Pulverform als Haftgrundierung mit einer Schichtdicke von etwa 100 um beschichtet. Auf diese so überzogenen und noch warmen Rohre wird ein unmittelbar aus einem Extruder austretendes Polyäthylenband mit einem Schmelzindex von 1,2 g/10 min und mit einer Schichtdicke von 250 µm aufgebracht. Diese Wickelvorgang wird so lange fortgesetzt, bis die gewünschte Schichtdicke von 4 mm erreicht ist. Das Abkühlen des Rohres auf etwa 140°C erfolgt durch bloßes Liegenlassen. Bei dieser Temperatur wird ein gelbes Polyäthylenband mit einem Schmelzindex von 0,7 g/10 min, einer Breite von 300 mm und einer Schichtdicke von 200 um aufgebracht. Es tritt eine einwandfrei und glatte Verschmelzung der beiden Polyäthylenüberzugsschichten ein. Nach 30 Minuten ab Beginn der Extruder-Beschichtung ist das Rohr beim Liegenlassen ohne zusätzliche Kühlung auf 60°C abgekühlt.

Ansprüche

1) Verfahren zur Beschichtung von Metallrohren durch Aufbringen von Polyäthylen auf vorgewärmte Rohre, wobei man zunächst ein Polyäthylen mit einem Schmelzindex von über 1 g/10 min auf ein erwärmtes Metallrohr aufbringt und darauf ein Polyäthylen mit niedrigem Schmelzindex aufbringt, dadurch gekennzeichnet, daß man zuerst ein Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 1,2 bis 70 g/10 min (190^oC/2,16 kg) auf das Metallrohr, das eine Temperatur von mindestens 200°C hat, aufbringt, darauf den Überzug auf eine Temperatur von etwa 110 bis 170°C abkühlen läßt und daß man darauf in dritter Stufe einen freitragenden Film von Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 0,1 bis 7 g/10 min bei dieser Temperatur aufbringt, so daß der Gesamtüberzug eine Mindestschichtdicke zwischen 1,5 und 4 mm hat.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 15 bis 70 g/10 min (190°C/2,16 kg) aufbringt.

3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Polyäthylenpulver mit einem Schmelzindex von etwa 1,2 bis 1,7 g/10 min (190°C/2,16 kg) oder ein unmittelbar aus einem Extruder austretendes Band aus Polyäthylen mit einem Schmelzindex von maximal 1,7 g/ 10 min auf ein Metallrohr, das im Fall der Pulverbeschichtung eine Temperatur von mindestens 300°C und im Fall der Beschichtung vom Extruder maximal 250°C hat, aufbringt und daß man in dritter Stufe einen freitragenden, lichtstabilisierten, hellfarbigen Film aus Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 0,4 bis 1,1 g/10 min aufbringt.

4) Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Überzug auf 110 bis 150°C abkühlen läßt.

5) Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus Polyäthylen mit dem niedrigeren Schmelzindex in Form eines Polyäthylenbandes aufgebracht wird.

6) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen des Polyäthylenbandes auf ein rotierendes Rohr erfolgt.

7) Verfahren nach Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus Polyäthylen in Form eines weißen Polyäthylenbandes mit einer Dicke von etwa 100 bis 200 um aufgebracht wird.

8) Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in erster Stufe das Polyäthylenpulver im Gemisch mit einem Vinylacetat-Homo- oder Copolymerisat aufgebracht wird, dessen Anteil vorzugsweise 5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Polyäthylen, beträgt.

9) Verwendung der nach dem Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 8 hergestellten Rohre in Rohrleitungen.

10) Verwendung nach Anspruch 9 für die Förderung von Erdöl.