包含环状仲胺的组合物以及涂布饮用管道的方法

申请号 CN201280015151.3 申请日 2012-02-21 公开(公告)号 CN103443221B 公开(公告)日 2016-08-24
申请人 3M创新有限公司; 发明人 瑞安·B·普林斯; 克林顿·L·琼斯; 斯图尔特·E·福雷斯; 亚历山大·J·库格尔; 科里·S·阿佩尔; 马里奥·A·佩雷斯; 达纳·R·里德;
摘要 本 发明 描述了包含脂族环状仲胺的双组分涂料组合物以及涂布(如, 饮用 水 )管道的表面的方法。
权利要求

1.一种在管道的表面上形成涂层的方法,所述方法包括以下步骤:
a)提供涂料组合物,所述涂料组合物包含
含有至少一种聚异氰酸酯的第一部分,和
含有至少20重量%的脂族环状仲二胺的第二部分,所述脂族环状仲二胺包含不具有酯基的仲胺取代基,并且所述脂族环状仲二胺具有以下通式(I)或通式(II):
其中己基环中心的符号“S”表明环状基团为饱和的,R1和R2独立地为具有1至10个原子的烷基,并且R3、R4、R5和R6独立地为氢或具有1至5个碳原子的烷基;
其中R7和R8独立地为具有1至10个碳原子的直链或支链烷基、或者是以–CN基封端的亚烷基,并且R9、R10和R11独立地为氢或包含1至5个碳原子的烷基;
并且总组合物包含15体积%至29.7体积%的无机粒状填料;
b)合并所述第一部分和所述第二部分以形成液体混合物;
c)将所述液体混合物施加至所述管道的内表面;以及
d)使所述混合物凝固而形成固化涂层。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述液体混合物以1至15mm范围内的厚度施加。
3.根据权利要求2所述的方法,其中所述液体混合物以至少5mm的厚度一次性施加。
4.根据权利要求1所述的方法,其中R1和R2独立地为包含至少2个碳原子的烷基。
5.根据权利要求1所述的方法,其中R3和R4为甲基或氢。
6.根据权利要求1所述的方法,其中R5和R6为氢。
7.根据权利要求1所述的方法,其中R7和R8独立地为包含至少3个碳原子的烷基。
8.根据权利要求1所述的方法,其中R9、R10和R11独立地为氢、甲基或异丙基。
9.根据权利要求1所述的方法,其中所述管道为饮用管道,并且所述固化涂层与所述饮用水接触
10.根据权利要求1所述的方法,其中所述第二部分以所述第二部分的25重量%至45重量%范围内的量含有所述脂族环状仲二胺中的一种或多种。
11.根据权利要求1所述的方法,其中所述第二部分还含有脂族非环状仲二胺。
12.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一和第二部分不含芳族化合物。
13.根据权利要求1所述的方法,其中所述第二部分不含羟基官能化组分。
14.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一部分含有基本上不含异氰酸酯单体的脂族聚异氰酸酯的混合物。
15.根据权利要求14所述的方法,其中所述脂族聚异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯的衍生物
16.根据权利要求14所述的方法,其中所述脂族聚异氰酸酯为异佛尔二异氰酸酯的衍生物。
17.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一部分与所述第二部分以异氰酸酯相对于胺为1.25至1.35当量的比例混合。
18.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一部分与所述第二部分以1:1的体积比混合。
19.根据权利要求1所述的方法,其中所述固化涂层的拉伸强度在25至45MPa的范围内。
20.根据权利要求1所述的方法,其中所述固化涂层的玻璃化转变温度在50℃至110℃的范围内。
21.根据权利要求1所述的方法,其中所述固化涂层的拉伸伸长率在1%至30%的范围内。
22.根据权利要求1所述的方法,其中所述固化涂层的弯曲模量在2000至4500MPa的范围内。
23.根据权利要求1所述的方法,其中所述固化涂层的弯曲强度在35至60MPa的范围内。
24.根据权利要求1所述的方法,其中所述固化涂层的肖氏D硬度为75至90。
25.根据权利要求1所述的方法,其中用喷雾设备加热并施加所述液体混合物。
26.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一和第二部分各自具有在5,000厘泊至60,
000厘泊范围内的粘度,所述粘度是在施加所述液体混合物的温度下采用20rpm的转子速度测得的。
27.根据权利要求26所述的方法,其中施加所述液体混合物的温度在15℃至50℃的范围内。
28.根据权利要求1所述的方法,其中在提供所述涂料组合物时所述管道被埋在地下。
29.根据权利要求1所述的方法,其中所述涂料组合物的膜凝固时间为30秒至180秒。
30.一种反应性双组分涂料组合物,其包含:
含有至少一种脂族聚异氰酸酯的第一部分,所述脂族聚异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯的衍生物并且基本上不含异氰酸酯单体;
含有至少一种具有以下通式的脂族环状仲二胺的第二部分,
其中己基环中心的符号“S”表明环状基团为饱和的,R1和R2独立地为具有1至10个碳原子的直链或支链烷基,并且R3、R4、R5和R6独立地为氢或具有1至5个碳原子的烷基;并且总组合物包含15体积%至29.7体积%的无机粒状填料。
31.根据权利要求30所述的反应性双组分涂料组合物,其中R1和R2独立地为包含至少2个碳原子的烷基。
32.根据权利要求30所述的反应性双组分涂料组合物,其中R3和R4为甲基或氢。
33.根据权利要求30所述的反应性双组分涂料组合物,其中所述第二部分以所述第二部分的25重量%至45重量%范围内的量含有所述脂族环状仲二胺中的一种或多种。
34.根据权利要求30所述的反应性双组分涂料组合物,其中所述第二部分还含有脂族非环状仲二胺。
35.根据权利要求30所述的反应性双组分涂料组合物,其中所述第一和第二部分不含芳族化合物。
36.根据权利要求30所述的反应性双组分涂料组合物,其中所述第二部分不含羟基官能化组分。
37.根据权利要求30所述的反应性双组分涂料组合物,其中所述第一部分含有基本上不含异氰酸酯单体的脂族聚异氰酸酯的混合物。
38.根据权利要求37所述的反应性双组分涂料组合物,其中所述混合物包含异佛尔酮二异氰酸酯的衍生物。
39.根据权利要求30所述的反应性双组分涂料组合物,其中所述第一部分与所述第二部分以异氰酸酯相对于胺为1.25至1.35当量的比例混合。
40.根据权利要求30所述的反应性双组分涂料组合物,其中所述第一部分与所述第二部分以1:1的体积比混合。
41.根据权利要求30所述的反应性双组分涂料组合物,其固化后的拉伸强度在25至
45MPa的范围内。
42.根据权利要求30所述的反应性双组分涂料组合物,其固化后的玻璃化转变温度
50℃至110℃的范围内。
43.根据权利要求30所述的反应性双组分涂料组合物,其固化后的拉伸伸长率在1%至
30%的范围内。
44.根据权利要求30所述的反应性双组分涂料组合物,其固化后的弯曲模量在2000至
4500MPa的范围内。
45.根据权利要求30所述的反应性双组分涂料组合物,其固化后的弯曲强度在35至
60MPa的范围内。
46.根据权利要求30所述的反应性双组分涂料组合物,其固化后的肖氏D硬度为75至
90。

说明书全文

包含环状仲胺的组合物以及涂布饮用管道的方法

背景技术

[0001] 用于饮用水管道的结构改造的非开挖方法包括管中管法、爆管法和聚乙烯薄壁内衬法。如美国专利No.7,189,429中所述,这些方法的缺点在于其不能处理管道中的多发性弯曲以及不得不断开至用户处所的侧面连接管并随后在实行改造过程后重新安置的事实。
[0002] 美国专利No.7,189,429描述了在饮用水管道的内表面形成涂层的方法,该方法包括以下步骤:a)提供液态的双组分(two-part)涂料体系;b)将第一部分和第二部分混合在一起以形成混合物,以及c)将混合物作为涂层施加至所述表面,以便以高固化速率形成表现具有高强度和柔韧性的一体化内衬。优选通过受热无气喷雾设备施加所述体系的两个部分。这类设备例如可以包括离心式纺丝头或自混合喷雾枪组件。
[0003] 美国专利No.6,730,353描述了一种饮用水管道用涂料。双组分涂料体系包含含有任选与一种或多种胺反应性树脂和/或非反应性树脂共混的一种或多种脂族聚异氰酸酯的第一部分,和含有任选与一种或多种低聚聚胺共混的一种或多种芳族聚胺的第二部分,使得该两个部分在混在一起并施加至管道的内表面时形成适用于与饮用水接触的快速凝固的不透性涂层。
[0004] WO2010/120617描述了用双组分涂料组合物在(例如饮用水)管道的(例如内)表面上形成涂层的方法,所述双组分涂料组合物包含含有至少一种聚异氰酸酯的第一部分和含有至少一种天冬酸酯的第二部分。还描述了反应性双组分涂料组合物,该组合物包含含有至少一种聚异氰酸酯的第一部分;以及含有至少一种天冬氨酸酯和至少一种在25℃下为固体的芳族胺的第二部分。发明内容
[0005] 本发明描述了双组分涂料组合物以及涂布(例如饮用水)管道表面的方法,所述双组分涂料组合物包含脂族环状仲胺。
[0006] 在一个实施例中,该方法包括以下步骤:a)提供涂料组合物,该涂料组合物包含含有至少一种聚异氰酸酯的第一部分和含有至少20重量%的脂族环状仲胺的第二部分,所述脂族环状仲胺包含不含酯基的仲胺取代基;b)合并所述第一部分和所述第二部分以形成液体混合物;c)以至少5mm的厚度将该液体混合物一次性施加至管道的内表面;以及d)使该混合物凝固,从而形成固化的连续内衬。通常以在约1至15mm范围内的厚度施加所述液体混合物。
[0007] 在另一个实施例中,该方法包括以下步骤:a)提供涂料组合物;b)合并所述第一部分和所述第二部分以形成液体混合物;c)以至少5mm的厚度将该液体混合物一次性施加至管道的内表面;以及d)使混合物凝固,从而形成固化的连续内衬。
[0008] 在一些有利的实施例中,脂族环状仲二胺包含通过桥联基团连接的两个己基环。在其他实施例中,脂族环状仲二胺包含单个己基环。
[0009] 在另一个实施例中,描述了反应性双组分涂料组合物,该组合物包含:含有至少一种脂族聚异氰酸酯的第一部分,所述脂族聚异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯的衍生物并且基本上不含异氰酸酯单体;和含有至少一种具有以下通式的脂族环状仲二胺的第二部分,[0010]
[0011] 其中R1和R2独立地为具有1至10个原子的直链或支链烷基,并且R3、R4、R5和R6独立地为氢或具有1至5个碳原子的烷基。
[0012] 适用于涂布饮用水管道的内表面的涂料组合物通常由一种或多种基本不含异氰酸酯单体的脂族聚异氰酸酯聚合物(例如六亚甲基二异氰酸酯的衍生物)制得。据信本文所述的双组分组合物符合NSF/ANSI标准61-2008的要求。

具体实施方式

[0013] 本发明提供一种双组分涂料体系,其可以施加至管道内表面从而以高固化速率形成适用于与饮用水接触的不透性内衬。由于本发明体系的快速凝固特性和对水分的不敏感性,本发明体系特别可用作现有饮用水管道翻新用的“原位”施加的内衬。
[0014] 所述双组分涂料组合物的第一部分通常包含至少一种聚异氰酸酯,而第二部分包含至少一种聚胺。在施加和固化之后,涂料组合物包含这种第一和第二部分的反应产物。反应的涂层包含脲基团(-NR-C(O)-NR-)。含有脲基团的聚合物常常被称作聚脲。当双组分涂料组合物包含其他异氰酸酯反应性组分或胺反应性组分时,反应的涂层也可包含其他基团。
[0015] 双组分涂料的第一部分包含一种或多种聚异氰酸酯。“聚异氰酸酯”是指任何在单个分子中具有两个或更多个反应性异氰酸酯(--NCO)基团的有机化合物,例如二异氰酸酯、三异氰酸酯、四异氰酸酯等,以及它们的混合物。有用的是可采用环状和/或直链聚异氰酸酯分子。异氰酸酯组分的聚异氰酸酯优选是脂族的。
[0016] 合适的脂族聚异氰酸酯包括以下物质的衍生物:六亚甲基-1,6-二异氰酸酯、2,2,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔二异氰酸酯和4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯。或者,可以采用脂族聚异氰酸酯的反应产物或预聚物。
[0017] 第一部分通常包含至少一种脂族聚异氰酸酯。此类脂族聚异氰酸酯通常包含六亚甲基-1,6-二异氰酸酯(HDI)的一种或多种衍生物。在一些实施例中,脂族聚异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯的衍生物。脂族聚异氰酸酯可以包含脲二酮、缩二脲和/或HDI的异氰脲酸酯。
[0018] 在一些实施例中,第一部分包含至少一种无溶剂的脂族聚异氰酸酯,其基本上不含异氰酸酯(HDI)单体,即根据DIN EN ISO10283测定,少于0.5%并且更优选不多于0.3%。有多种无溶剂的脂族聚异氰酸酯可供使用。一种类型的HDI脲二酮聚异氰酸酯可以商品名“Desmodur N3400”得自美国宾夕法尼亚州匹兹堡拜材料科学有限责任公司(拜耳)(Bayer Material Science LLC,Pittsburg,PA(Bayer))。另一种据报道在23℃下粘度为约1200mPas的HDI聚异氰酸酯为可以商品名“Desmodur N3600”得自拜耳公司(Bayer)的三聚物。此类聚异氰酸酯通常具有20-25%的异氰酸酯含量。另一种据报道在23℃下粘度为
2500mPas的基于HDI的聚异氰酸酯为可以商品名“Desmodur XP2599”得自拜耳公司的含醚基的脂族预聚物树脂。还有一种基于HDI的脂族聚异氰酸酯树脂可以商品名“Desmodur N3800”得自拜耳公司。该材料的NCO含量为11%并且在23℃下的粘度为6,000mPa.s。还有一种基于HDI和异佛尔酮二异氰酸酯的脂族聚异氰酸酯树脂可以商品名“Desmodur NZ1”得自拜耳公司。该材料的NCO含量为20%并且在23℃下的粘度为3,000mPa.s。
[0019] 第一部分可以包含在23℃下粘度为至少2,000或2,500mPa.s的第一脂族聚异氰酸酯预聚物(例如“Desmodur XP2599”)与在23℃下粘度不大于1,500mPa.s的较低粘度聚异氰酸酯(例如“Desmodur N3600”)相组合的混合物。该较低粘度脂族聚异氰酸酯预聚物通常以约1:1或2:1至4:1范围内的重量比存在,且约3:1的比率为优选的。
[0020] 在另一个实施例中,第一部分包含在23℃下粘度为至少2,000或2,500mPa.s的第一脂族聚异氰酸酯预聚物(例如“Desmodur XP2599”)与在23℃下粘度为至少3,000mPa.s的较高粘度聚异氰酸酯(例如“DesmodurNZ1”)相组合的混合物。该较高粘度聚异氰酸酯通常以约2:1至1:2范围内的重量比存在,且约2:1的比率为优选的。
[0021] 在另一个实施例中,第一部分包含在23℃下粘度为至少3,000mPa.s的第一脂族聚异氰酸酯预聚物(例如“Desmodur NZ1”)与在23℃下粘度为至少5,000或6,000mPa.s的较高粘度聚异氰酸酯(例如“DesmodurN3800”)相组合的混合物。该脂族异氰酸酯通常以约2:1至1:2范围内的重量比存在,且约1:1的比率为优选的。
[0022] 在另一个实施例中,第一部分包含脂族聚异氰酸酯的三组分混合物。三种组分中的每一者可以以第一部分的约20至50重量%范围内的量存在。该三组分混合物可以包含至少一种三聚物(例如“Desmodur N3600”)和至少一种含醚基的脂族预聚物树脂(例如“Desmodur XP2599”)。
[0023] 在一些实施例中,第一部分基本上不含其他“胺反应性树脂”,即含有能够与伯胺或仲胺反应的官能团的树脂。例如,第一部分通常不含芳族胺反应性树脂。第一部分还可以不含环官能化合物和含有能够与聚胺进行“迈克尔加成”的不饱和碳-碳键的化合物,(例如单体或低聚聚丙烯酸酯)。第一部分可任选含有非反应性树脂,或者组合物可以不含非反应性树脂。
[0024] 双组分涂料的第二部分含有一种或多种聚胺。如本文所用的,聚胺是指具有至少两个胺基的化合物,各个胺基含有至少一个选自伯胺或仲胺的活性氢(N-H基团)。在一些实施例中,第二组分包含一种或多种仲胺或者仅由一种或多种仲胺组成。
[0025] 如本文所述,在优选的涂料组合物中,胺组分包含至少一种脂族环状仲二胺。与天冬氨酸酯不同,仲胺取代基不含酯基。
[0026] 在一个实施例中,第二部分包含具有两个任选被取代的己基的一种或多种脂族环状仲二胺,所述己基通过桥联基团连接。己基环的每一者包含仲胺取代基。
[0027] 脂族环状仲二胺通常具有通式结构:
[0028]
[0029] 其中R1和R2独立地为具有1至10个碳原子的直链或支链烷基。R1和R2通常为相同的烷基。代表性的烷基包括甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基以及多种同分异构的戊基、己基、庚基、辛基、壬基和癸基。己基环中心的符号“S”表明这些环状基团为饱和的。优选的R1和R2含有至少三个碳,并且丁基为尤其有利的,例如仲丁基。
[0030] R3、R4、R5和R6独立地为氢或含有1至5个碳原子的直链或支链烷基。R3和R4通常为相同的烷基。在一些实施例中,R5和R6为氢。此外,在一些实施例中,R3和R4为甲基或氢。
[0031] 将取代基表示为使得烷基氨基可以位于环上相对于CR5R6基团的任何位点。此外,R3和R4取代基可以占据相对于烷基氨基的任何位点。在一些实施例中,烷基氨基位于相对于CR5R6桥的4,4'-位处。此外,R3和R4取代基通常占据3-和3'-位。
[0032] 具有该结构的市售脂族环状仲二胺包括:
[0033]
[0034] 在另一个实施例中,第二部分包含一种或多种脂族环状仲二胺,所述脂族环状仲二胺包含单个己基环。脂族环状仲二胺通常具有通式结构:
[0035]
[0036] 其中R7和R8独立地为具有1至10个碳原子的直链或支链烷基或以–CN基封端的亚烷基。R7和R8通常为相同的基团。代表性的烷基包括如上文针对R1和R2所述的那些。在一个实施例中,R7和R8为具有至少三个碳的烷基,例如异丙基。在另一个实施例中,R7和R8为短链(如C1-C4)亚烷基,例如以–CN基封端的亚乙基。
[0037] R9、R10和R11独立地为氢或具有1至5个碳原子的直链或支链烷基。R9、R10和R11通常为相同的烷基。在一些实施例中,R9、R10和R11为甲基或氢。在一个实施例中,R9、R10和R11为甲基。
[0038] 将取代基表示为使得烷基氨基可以位于环上相对于–NR8基的任何位点。在一些实施例中,烷基氨基与–NR8相隔2或3个位置。优选的烷基胺基团在环己基环上与–NR8基团相隔两个位置。
[0039] 在一些实施例中,通过(1当量)异佛尔酮二胺和(2当量)迈克尔受体基团的反应产物制得脂族环状仲二胺,所述迈克尔受体基团可降低所得仲胺基团的亲核性。代表性的迈克尔受体包括丙烯腈和α,β-不饱和羰基化合物,通常优选丙烯腈。在一些实施例中,末端–CN基与胺基之间的亚烷基具有至少两个碳原子。
[0040] 具有该结构的市售脂族环状仲二胺包括:
[0041]
[0042] 在一些实施例中,一种或多种脂族环状仲二胺为仅有的异氰酸酯反应性组分。第二部分的异氰酸酯反应性组分可包括根据式1的单种物质、根据式2的单种物质、式1与式2的物质的组合以及多种其他组合。因此,组合物不含其他异氰酸酯反应性组分,例如羟基官能组分。第二部分通常包含至少20重量%或25重量%的脂族环状仲二胺,其中第二部分的剩余部分包含主要量的填料和少量的任选添加剂,例如颜料。在一些实施例中,第二部分可包含不大于30重量%、35重量%、40重量%或45重量%的脂族环状仲二胺。
[0043] 当第二部分仅包含一种或多种脂族环状仲二胺时,第一部分不含芳族胺反应性树脂。由于第一部分通常也不含芳族组分,故整个组合物(即第一和第二部分)不含芳族组分。
[0044] 在其他实施例中,将脂族环状仲二胺与一种或多种具有与式1和2不同结构的仲脂族聚胺(包括其他脂环族聚胺)组合。其他仲脂族聚胺可包括例如WO2010/120617中所述的天冬氨酸酯。此外,其他仲脂族聚胺可包括非环状脂族直链或支链聚胺(即,不含环状基团)。
[0045] 在该实施例中,第二部分可包含至多约75重量%的此类其他仲脂族聚胺。
[0046] 市售的脂族非环状仲二胺包括以下这些:
[0047]
[0048] 在有利的实施例中,使用较低浓度的其他脂族仲二胺组分,以免减损由(如,式1和/或2的)脂族环状仲二胺提供的有益特性。因此,当所述组分存在时,其浓度通常不大于第一部分的40重量%或30重量%。
[0049] 当存在时,将任选的其他胺组分选择为可溶解于(如,式1和/或2的)液态脂族环状仲二胺中。
[0050] 第一和/或第二部分通常包含填料。填料为常用于增加总体积或扩展颜料性能而不削弱涂料混合物的化学反应性的固态不可溶物质。不同于具有所需的光学特性并且常常相对昂贵的颜料,填料通常不具有这种光学特性并且通常比颜料廉价。许多填料是天然无机矿物,例如滑石、粘土、碳酸高岭土、白垩和石。其他示例性的填料包括陶瓷微球、中空聚合物微球(例如可以商品名“Expancel551DE”得自美国佐治亚州德卢斯阿克苏诺贝尔公司(Akzo Nobel,Duluth,GA)的那些)和中空玻璃微球(例如可以商品名“K37”从美国明尼苏达州圣保罗3M公司(3M Company,St.Paul,Minn.)商购得到的那些)。中空玻璃微球特别有利,原因在于它们表现出优异的热稳定性并且对分散粘度和密度的影响极小。
[0051] 在一些实施例中,填料例如碳酸钙镁或碳酸钙以至少5重量%或10重量%、15重量%或20重量%至约40重量%的浓度用于第一部分中。在一些实施例中,第一和第二部分均包含填料。第二部分可以以甚至高于第一部分的浓度包含填料。第二部分的填料浓度可以在约50重量%至约70重量%的范围内。
[0052] 其他填料可以比碳酸钙更致密或较不致密。总体来说,总组合物通常包含至少约5体积%、10体积%或15体积%至约45体积%的无机粒状填料。
[0053] 第一和/或第二部分可包含本领域已知的多种添加剂,条件是包含的这些添加剂符合NSF/ANSI标准的要求。例如,可以加入颜料、分散和研磨助剂、水净化剂、触变胶、去沫剂等以改善可制造性、施加过程中的特性和/或储存寿命。
[0054] 聚脲反应的化学计量学基于第一部分的异氰酸酯(例如改性的异氰酸酯和过量异氰酸酯)的当量与第二部分的胺的当量的比例。第一和第二部分以至少约1:1的化学计量比进行反应。优选地,异氰酸酯的用量略微过量,使得第一部分与第二部分以异氰酸酯相对于胺为1.25:1.35的当量比例进行混合。第一部分通常与第二部分以约1:1的体积比进行混合。
[0055] 第一和第二部分优选地各自在5℃至25℃范围内的温度下为液体。鉴于管道内受限的空间以及所得的缺乏蒸汽的合适出口,第一和第二部分均基本不含任何挥发性溶剂。也就是说,施加至管道内部的体系的固化不必通过从体系的任一部分干燥或蒸发溶剂。为进一步降低粘度,一个或两个部分均可被加热。另外,涂料组合物的可用储存寿命至少为6个月,更优选至少1年,最优选至少2年。
[0056] 虽然例如以下实例中所示例的各种各样的制剂是可能的,但本文所述涂料组合物特别适用于直径通常≥3英寸(7.6cm)至最多约36英寸(91cm)的配水管,通常希望固化涂层具有足够的韧性(即弯曲强度)和延展性(即通过断裂伸长率表征的柔韧性),从而在部分劣化(例如)管的后续周边断裂时保持连续,使得固化涂层继续提供流动水与管的内表面之间的不透水屏障。下表描述了通过实例中所述的测试方法测定的用于配水管的固化涂料组合物的典型和优选特性。
[0057] 结构涂层的优选性能范围
[0058]
[0059] 本文所述的涂料组合物有利地提供这些所需特性,同时符合NSF/ANSI标准61-2008(即美国标准)并且还据信符合供水(水质量)法规的第31条法规(即英国标准)。
[0060] 通常在未将底漆层施加于表面的情况下,将涂料组合物直接施加至管的内表面。这可采用各种喷涂技术来进行。通常,使用允许组分合并后立即离开设备的喷雾装置来施加胺组分和异氰酸酯组分。在执行本发明的方法时,例如通过柔性软管将体系的第一和第二部分独立地进料至能够被推进穿过待改造的已有管道的喷雾装置。例如,诸如US2006/
0112996中所述的远程控制载体,可以进入管道以将喷雾装置传输穿过管道。所述装置优选地在将体系的两部分施加至管道内部之前将其加热,并且在混合两部分后立即将混合物施加至管道的内表面。两部分的混合物在管道的内表面上固化,以形成(如,一体化)的不透水内衬。这种内衬可以在最初铺设管道时形成,或者在使用一段时间后管道自身开始劣化时形成。要注意的是,能够以至少5mm的厚度一次性施加本文所述的组合物,从而形成固化的连续内衬。
[0061] 可以如本领域所述采用多种喷雾系统。在一些实施例中,采用受热的无气喷雾装置,例如离心式纺丝头。无气喷射混合喷雾系统通常包括以下组件:计量两种组分并将压增加至约1500psi(10.34MPa)以上的配量(proportioning)部分(;优选独立地)升高两种组分的温度以控制粘度的加热部分;以及合并两种组分并允许在即将开始雾化之前进行混合的喷射喷雾枪。在其他实施例中,可使用受热的空气涡旋喷雾装置来施加涂料。
[0062] 在一些实施例中,并且尤其是在通过喷雾施加液体混合物时,第一和第二部分通常各自具有在约5,000厘泊至约60,000厘泊范围内的(布氏)粘度,该粘度是在施加液体混合物时的温度下使用6号转子测得的。施加液体混合物时的温度通常在约15℃至50℃的范围内。
[0063] 两种组分各自的粘度行为对于双组分喷涂工艺而言是重要的。采用喷射混合,两部分的粘度应当在高剪切速率下尽可能地接近以允许充分混合以及甚至固化。多组分静态混合/喷雾系统看起来对于两种组分之间的粘度差更为宽容。表征随剪切速率和温度变化的粘度可以帮助确定涂料在两组分喷雾设备线中的温度和压力的起始点。
[0064] 以下实例进一步说明了本发明的优点和实施例,但是这些实例中所提到的具体材料及其量以及其他条件和细节均不应被解释为对本发明的不当限制。除非特别指出,否则在这些实例中,所有的百分比、比例和比率都以重量计。
[0065] 以下实例中使用这些缩写:s=秒,min=分钟,ppb=十亿分之一,h=小时,L=升,mL=毫升;wt=重量,gpm=加仑/分钟,V=伏特,cP=厘泊,MPa=兆帕,RPM=转/分钟,HP=力。
[0066] 材料
[0067]
[0068]
[0069]
[0070] 树脂共混
[0071] 使用具有真空附件的3HP高速分散罗斯混合器(Ross Mixer)(美国伊利诺伊州圣查尔斯的查尔斯罗斯父子公司(Charles Ross and Son Company,St.Charles,IL))共混树脂配方。将配方组分装入配备有以900RPM旋转的Cowles混合浆叶的混合容器中,历时5分钟。然后对混合容器施加真空并且以1000RPM继续混合5分钟。
[0072] 样品制备
[0073] 制备用于测试的样品部分的一般方法涉及:a)用部分A和部分B化学品填充双组分料筒;b)将料筒加热至35-40℃;c)使用气动式料筒分配器或机械驱动的料筒分配系统,通过3/8英寸的64元件静态混合器分配料筒,该静态分配器由市售的静态混合器元件(例如美国马萨诸塞州伯灵顿布兰迪维因材料有限责任公司(Brandywine Materials,LLC Burlington)供给的那些,如Statomix MC10-32)制成;以及d)将共混的树脂从静态混合器分配进密闭模具、敞口模具或分配进旋转锥中,所述共混的树脂在该旋转锥中被以离心方式施加至管道内部。当将共混的树脂施加至旋转锥中时,旋转锥设置在平移台上,该平移台在管道内部以固定速度移动。确定所施加树脂的体积流速与旋转锥相对于管道内部的平移速度一致,因此可以实现确定的涂层厚度。可通过使用测径规进行内衬涂布后的测量,所述测径规例如得自日本三丰株式会社(Mitutoya Corp.,Japan)的Mitutoyo Absolute IP67。
[0074] 测试方法
[0075] 1.弯曲模量和强度ASTM D790-07
[0076] 使用具有5kN测力传感器的Instron,并连同Bluehill软件记录上述两种值。试样为120mm×10mm×4mm的注模棒(“特氟隆”模具)。支承体跨度为64mm并且夹头速度为1.7mm/min。
[0077] 2.断裂拉伸强度和断裂伸长率ASTM D638-08
[0078] 使用具有固定握把、5kN测力传感器和I型C类伸长计的Instron来测定泊松比。使用Bluehill软件记录上述两种值。试样为注模进“特氟隆”模具中的厚度为3.3±.0.1mm的IV型。测试速度为2英寸/分钟,并且调理为使样品在干燥器中固化7天。
[0079] 3.肖氏D硬度ASTM D2240-05
[0080] 将D型Ergo式模拟硬度测验器(型号409)与锥形压头一起使用。不使用操纵台。相反,根据第9.2节将其手持。不使用附加质量,并且调理为使样品固化7天。在室内条件下进行测试。
[0081] 4.玻璃化转变温度(Tg)ASTM D7028-07
[0082] 以2℃/min的加热速率使用Seiko DMS200通过动态机械分析测量复合物。调理为使样品在干燥器中固化7天。
[0083] 5.抗冲击性ASTM D2794-93
[0084] 使用压头直径为0.625英寸、导管为40英寸、重量为2、4和8磅的BYK重型冲击测试仪(BYK Heavy-Duty Impact Tester)。试样的基材为4英寸×4英寸×1/4英寸喷砂处理的冷轧。这是ASTM的变型形式,需要用转化涂料处理过的24号钢板。涂层厚度如表5中所示。调理为使样品在23℃和50%相对湿度下固化7天。采用放大倍率测定失效。不使用硫酸溶液和针孔检测器。
[0085] 6.吸水率ASTM D570-98塑料的吸水率
[0086] 试样为第5.2节的ISO标准样本。使用工序7.1:在23±1℃去离子水中浸渍24小时。调理为使样本在干燥器中固化7天,并且再调理为在干燥器中再固化7天。报告4个样本的平均重量增加和可溶性物质损失。
[0087] 7.耐磨性(mg损失/1000转),ASTM D4060-07,使用CS17轮。
[0088] 8.粘度:使用可从美国马萨诸塞州米德保罗博力飞工程实验室有限公司(Brookfield Engineering Laboratories,Inc.,Middelboro,MA)商购获得的Brookfield DV+II Pro粘度计,以如表3中指出的各种温度、RPM和转子进行测量。
[0089] 9.密度:使用得自美国佐治亚州诺克罗斯麦克仪器公司(Micromeritics Norcross,GA)的Accupyc1330气体比重仪(Accupyc1330gas pycnometer)进行测量。
[0090] 比较例A(CE A):作为“3M Scotchkote快速凝固聚合物内衬169(3M Scotchkote Rapid Setting Polymeric Lining169)”(二乙基甲苯二胺、环氧树脂、六亚甲基二异氰酸酯聚合物)从美国明尼苏达州圣保罗的3M公司商购获得
[0091] 比较例B(CE B):作为“3M Scotchkote快速凝固聚合物内衬169HB(3M Scotchkote Rapid Setting Polymeric Lining169HB)”(二乙基甲苯二胺、环氧树脂、六亚甲基二异氰酸酯聚合物、α-氢-Ω-羟基-聚[氧基(甲基-1,2-乙二基)]与1,6-二异氰酸根合己烷的聚合物)从美国明尼苏达州圣保罗的3M公司商购获得
[0092] 比较例C(CE C):WO2010/120617的实例2中所述的聚脲。
[0093] 实例1-9
[0094] 分别根据表1和2中的配方,如“树脂共混”中所述共混用于部分A和部分B的树脂和添加剂。然后如“样品制备”中所述将部分A和B混合。
[0095] 表1部分A
[0096]
[0097] 表2部分B
[0098]
[0099]
[0100] 表3粘度实例1(转子6)
[0101]
[0102] 表4粘度实例2-7和CE A-C*
[0103]
[0104] *23℃,20RPM,不同的是对于CE A部分B为50RPM;转子6,不同的是对于所有CE为转子5(例外的是CE C部分B为转子6)
[0105] 表5
[0106]
[0107]
[0108] NM=未测量
[0109] 表6
[0110]
[0111] NM=未测定
[0112] 1=为计算填料的体积%,仅将Microdol H600(碳酸钙镁)、Omycarb 5-FL(碳酸钙)和Barytes(硫酸钡,比较例A中使用)的量视为“填料”。
[0113] 2=实例1、CEA、CEC使用NSF/ANSI61-2008,其中样品表面/体积比为61平方英寸/升[0114] 实例10-14
[0115] 实例10-14包括不含填料和非环状仲胺的配方。分别根据表7和8中的配方,如“树脂共混”中所述共混用于部分A和部分B的树脂和添加剂。然后如“样品制备”中所述将部分A和B混合。
[0116] 表7部分A
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