Отверждаемая по месту футеровка трубы с барьерным слоем, препятствующим миграции стирола
Изобретение относится к отверждаемым футеровкам для канала или трубы, например для ремонта поврежденных труб, таких как подземные канализационные или газовые трубы, и способу футеровки. Футеровка включает трехслойное покрытие из термопластичного полиуретана (ТПУ) на волокнистом мате из нетканого материала. Покрытие из ТПУ содержит барьерный слой, препятствующий миграции стирола из футеровки в среду, применяемую для прижатия футеровки к поврежденной трубе и активации термореактивной смолы. Термореактивная смола превращает футеровку из гибкой в жесткую при отверждении футеровки по месту внутри трубы. Изобретение обеспечивает футеровке высокую устойчивость к пропусканию стирола, благодаря чему стирол не загрязняет воду или пар. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 табл.,5 пр.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к футеровкам труб или различных других каналов. В частности, настоящее изобретение относится к футеровкам (облицовкам) подземных канализационных труб, применяемых для ремонта поврежденных, корродированных или протекающих магистральных канализационных труб, боковых отводов канализационных труб и газовых труб. Настоящее изобретение относится к отверждаемым по месту футеровкам, содержащим барьерный слой, устойчивый к миграции стирола. То есть футеровку отверждают внутри ремонтируемой трубы. Настоящее изобретение также относится к отверждаемым по месту футеровкам, в которых применяют ткань, пропитанную полиэфирной термореактивной смолой на основе стирола, причем термореактивную смолу отверждают при помощи нагревания.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Метод футерования поврежденных или лопнувших труб, например канализационных труб и газовых труб, путем отверждения по месту стал очень успешным способом ремонта подземных труб. Указанный способ исключает необходимость откапывать подземную трубу и позволяет избежать наносимых в результате этого повреждений инфраструктурам на поверхности, таким как асфальтированные улицы и здания. Метод отверждения по месту включает, во-первых, помещение футеровки внутрь трубы, пока футеровка находится в гибком состоянии, затем отверждение футеровки до твердого состояния с одновременным прижатием футеровки ко внутренней поверхности поврежденной трубы. Традиционно в таких способах применяют воздух, пар или воду для оказания давления на футеровку, чтобы придать гибкой футеровке форму внутренней поверхности трубы, и отверждения футеровки до твердого состояния, в то время как она прижата ко внутренней поверхности трубы.
[0003] Известные из уровня техники футеровки изготавливались с использованием текстильного материала с одной стороны футеровки и однослойной полимерной пленки с другой стороны. При этом ткань пропитана неотвержденным термореактивным материалом, таким как полиэфирная смола на основе стирола или эпоксидная смола. Отверждение, представляющее собой процесс перехода термореактивного материала в жесткое состояние, проводят после размещения футеровки внутри трубы. Футеровку можно разместить внутри ремонтируемой трубы методом втаскивания, описанным в патенте США №4009063, или методом инверсии (выворачивания наружу), описанным в патенте США №4064211; оба указанных патента включены в настоящее описание посредством ссылок. Полимерная пленка, нанесенная на ткань, должна быть устойчива к используемому термореактивному материалу, а также способна выдерживать нагревание, применяемое для отверждения термореактивного материала. Для нанесения полимерного покрытия на текстильный материал применяли различные термопластики и эластомеры, причем часто применяли полиуретан. Термопластичный полиуретан особенно подходит благодаря своей износоустойчивости, сопротивлению разрыву и эластичным свойствам.
[0004] Одной из проблем, возникающих при применении полиэфира на основе стирола в качестве термореактивной смолы, является миграция стирола из смолы и через слой термопластичного полимера, нанесенный на слой впитывающего смолу материала. Стирол проникает в полость отверждаемой по месту трубы и загрязняет среду, такую как вода или пар, применяемую для создания давления на футеровку трубы. При удалении среды из трубы среду необходимо подвергать специальной обработке, поскольку она загрязнена стиролом, вместо того чтобы просто отводить среду в муниципальную канализационную систему. Другую проблему может представлять собой запах стирола, с которым также приходится иметь дело.
[0005] Было бы желательно иметь термопластичный слой, который значительно уменьшал бы миграцию (высвобождение) стирола в среду, применяемую для создания давления на футеровку трубы, и позволял бы перерабатывать среду на обычных очистных сооружениях. Благодаря такой разработке можно было бы уменьшить затраты на установку и улучшить состояние окружающей среды.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] Отверждаемая по месту футеровка канала или трубы содержит барьерный слой для значительного уменьшения миграции стирола через футеровку. Указанная футеровка содержит по меньшей мере один слой абсорбирующего материала, способного к впитыванию смолы (далее называемого впитывающим смолу материалом (resin absorbent material), предпочтительно нетканого впитывающего смолу материала. Футеровка также содержит термореактивную смолу, предпочтительно стирольную полиэфирную смолу, которой пропитан слой впитывающего смолу материала. Футеровка содержит термопластичное покрытие, закрепленное на слое впитывающего смолу материала. Покрытие содержит термопластичный барьерный слой, который предпочтительно представляет собой термопластичный полиуретановый полимер высокой твердости, или полимер этиленвинилового спирта. Покрытие предпочтительно представляет собой трехслойное покрытие, содержащее (а) первый термопластичный слой в контакте со слоем материала, поглощающего смолу; (b) второй термопластичный барьерный слой в контакте с первым термопластичным слоем и третьим термопластичным слоем; и (с) третий термопластичный слой в контакте с барьерным слоем. Первый и третий слои покрытия могут быть изготовлены из термопластичного полимера, выбранного из группы, состоящей из термопластичного полиуретана (ТПУ), сополиамида (СПА) и сополиэфира (СПЭФ).
[0007] Согласно наиболее предпочтительному варианту реализации слой впитывающего смолу материала представляет собой нетканое полиэфирное полотно, термореактивная смола представляет собой стирольную полиэфирную смолу, а покрытие представляет собой трехслойное покрытие, содержащее термопластичный полиэфирный полиуретановый полимер (ТПУ) в качестве первого и третьего слоев и барьерный слой (второй слой) из ТПУ высокой твердости либо из полимера этиленвинилового спирта (ПЭВС) между первым и третьим слоями.
[0008] В частности, согласно одному аспекту настоящего изобретения предложена отверждаемая по месту футеровка для канала или трубы, содержащая:
(a) по меньшей мере один слой способного к впитыванию смолы материала;
(b) термореактивную смолу, которой пропитан указанный слой материала, способного к впитыванию смолы; и
(c) трехслойное покрытие по меньшей мере на одной стороне указанного слоя материала, способного к впитыванию смолы, причем указанное покрытие включает:
(i) первый термопластичный слой, находящийся в контакте с указанным слоем материала, способного к впитыванию смолы;
(ii) второй термопластичный барьерный слой, расположенный между первым и третьим термопластичными слоями, причем указанный термопластичный барьерный слой представляет собой термопластичный полиуретановый барьерный слой, причем указанный термопластичный полиуретан имеет твердость выше 60 по Шору по шкале D или выше 80 по Шору по шкале D, определенную согласно стандарту ASTM D2240; и
(iii) третий термопластичный слой.
[0009] Согласно одному варианту реализации указанный первый слой и указанный третий слой являются одинаковыми или разными и выбраны из группы, состоящей из термопластичного полиуретанового полимера, сополиамидных полимеров (СПА) и сополиэфирных полимеров (СПЭФ).
[0010] Согласно одному варианту реализации указанный первый слой и указанный третий слой представляют собой полиэфирный термопластичный полиуретан, имеющий твердость по Шору по шкале А от 85А до 98А, определенную согласно стандарту ASTM D2240.
[0011] Согласно одному варианту реализации указанный барьерный слой имеет толщину от 0,5 мил (12 микрометров) до 3,0 мил (75 микрометров).
[0012] Согласно одному варианту реализации каждый из указанных первого слоя и третьего слоя указанного трехслойного покрытия имеет толщину от 50 микрометров до 1000 микрометров.
[0013] Согласно одному варианту реализации каждый из указанных первого слоя и третьего слоя указанного трехслойного покрытия имеет толщину от 100 микрометров до 500 микрометров.
[0014] Согласно одному варианту реализации указанный барьерный слой из термопластичного полиуретана получен путем взаимодействия удлинителя цепи с диизоцианатом в отсутствие полиола.
[0015] Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложен способ футеровки полости канала или трубы, включающий введение футеровки в указанную полость, причем указанная футеровка содержит:
(a) по меньшей мере один слой материала, способного к впитыванию смолы;
(b) термореактивную смолу, содержащую стирол, которой пропитан указанный слой материала, способного к впитыванию смолы;
(c) трехслойное покрытие по меньшей мере на одной стороне указанного слоя материала, способного к впитыванию смолы, причем указанное покрытие включает:
(i) первый термопластичный слой, находящийся в контакте с указанным слоем материала, способного к впитыванию смолы;
(ii) второй термопластичный барьерный слой, расположенный между первым и третьим термопластичными слоями, причем указанный термопластичный барьерный слой представляет собой термопластичный полиуретановый барьерный слой, причем указанный термопластичный полиуретан имеет твердость выше 60 по Шору по шкале D или выше 80 по Шору по шкале D, определенную согласно стандарту ASTM D2240; и
(iii) третий термопластичный слой, находящийся в контакте с указанным барьерным слоем;
подачу пара или воды внутрь указанной футеровки для прижатия указанной футеровки к внутренней поверхности указанного канала или указанной трубы и для активации отверждения указанной термореактивной смолы
[0016] Согласно одному варианту реализации указанный слой материала, способного к впитыванию смолы, представляет собой иглопробивной полиэфирный нетканый материал.
[0017] Согласно одному варианту реализации указанное трехслойное покрытие имеет толщину от 100 микрометров до 1000 микрометров.
[0018] Согласно одному варианту реализации указанное трехслойное покрытие имеет толщину от 300 микрометров до 500 микрометров.
[0019] Согласно одному варианту реализации указанная термореактивная смола выбрана из группы, состоящей из винилэфирной смолы и полиэфирной смолы.
[0020] Согласно одному варианту реализации указанная труба выбрана из группы, состоящей из магистральной канализационной трубы, бокового отвода канализационной трубы и газовой трубы.
[0021] Согласно одному варианту реализации указанная футеровка включает два слоя материала, способного к впитыванию смолы.
[0022] Согласно одному варианту реализации диаметр указанной трубы составляет по меньшей мере 10 дюймов (25,4 см).
[0023] Согласно одному варианту реализации толщина указанного второго барьерного слоя составляет от 12 микрометров до 75 микрометров.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0008] Отверждаемая по месту футеровка канала или трубы состоит из: (а) по меньшей мере одного слоя впитывающего смолу материала; (b) термоотверждаемой смолы, которой пропитан указанный слой впитывающего смолу материала; и (с) термопластичного покрытия или пленки, содержащих барьерный материал. Предпочтительно термопластичное покрытие представляет собой трехслойную пленку, имеющую первый термопластичный слой в контакте со слоем материала, поглощающего смолу, второй термопластичный барьерный слой и третий термопластичный слой в контакте с барьерным слоем. Второй термопластичный барьерный слой может представлять собой ТПУ высокой твердости или ПЭВС-полимер. Первый и третий слои покрытия могут быть одинаковыми или разными и могут представлять собой ТПУ-, СПА-или СПЭФ-полимеры. Примером сополиамидного полимера (СПА) является полимер, коммерчески доступный под названием Pebax® производства Arkema. Примером сополиэфирного полимера (СПЭФ) является полимер, коммерчески доступный под названием Hytrel® производства DuPont. Согласно наиболее предпочтительному варианту реализации для всех трех слоев покрытия применяют ТПУ-полимеры, причем первый и третий слои представляют собой ТПУ низкой твердости (менее 98 по Шору, по шкале А), а второй барьерный слой представляет собой ТПУ высокой твердости (твердость по Шору 60 или выше по шкале D). Барьерный слой из ТПУ высокой твердости расположен между первым и третьим слоями из ТПУ низкой твердости. Настоящее изобретение будет описано с точки зрения наиболее предпочтительного варианта реализации с применением ТПУ для всех трех слоев покрытия. Покрытие в настоящем описании означает пленку.
ТПУ ДЛЯ ПЕРВОГО И ТРЕТЬЕГО СЛОЕВ ПОКРЫТИЯ
[0009] Термопластичные полиуретановые полимеры (ТПУ), применяемые для первого и третьего слоев согласно настоящему изобретению, получают путем взаимодействия трех реагентов. Первый реагент представляет собой промежуточное соединение с концевыми гидроксильными группами, такое как сложный полиэфир, простой полиэфир, поликарбонат или смеси указанных промежуточных соединений с концевыми гидроксильными группами. Второй реагент представляет собой гликолевый или аминный удлинитель цепи, причем предпочтительным является гликолевый удлинитель цепи. Третий реагент представляет собой изоцианат, предпочтительно диизоцианат. Каждый из указанных трех предпочтительных реагентов рассмотрен ниже.
[0010] Полиэфирное промежуточное соединение с концевыми гидроксильными группами в общем случае представляет собой линейный сложный полиэфир со среднечисленной молекулярной массой (Мn) от примерно 1000 до примерно 10000, желательно от примерно 2000 до примерно 5000 и предпочтительно от примерно 2000 до примерно 3000. Молекулярную массу определяют путем анализа концевых функциональных групп и относят к среднечисленной молекулярной массе. Полиэфирное промежуточное соединение с концевыми гидроксильными группами предпочтительно имеет низкий показатель кислотного числа, такой как менее 1,5, предпочтительно менее 1,0 и более предпочтительно менее 0,8. Низкое кислотное число полиэфирного промежуточного соединения с концевыми гидроксильными группами предпочтительно для футеровок, контактирующих с влагой, поскольку низкие кислотные числа улучшают устойчивость ТПУ-полимера к гидролизу. Кислотное число определяют согласно стандарту ASTM D-4662; оно представляет собой количество основания, выраженное в миллиграммах гидроксида калия, необходимое для титрования кислотных составляющих в 1,0 грамме образца. Устойчивость к гидролизу также можно улучшить путем добавления к ТПУ гидролитических стабилизаторов, известных специалистам в области получения ТПУ-полимеров. Полиэфирные промежуточные соединения с концевыми гидроксильными группами получают при помощи (1) реакции этерификации с участием одного или нескольких гликолей и одной или нескольких дикарбоновых кислот или ангидридов, или (2) реакции переэтерификации, т.е. реакции одного или нескольких гликолей с эфирами дикарбоновых кислот. Предпочтительными являются мольные соотношения в общем случае с избытком более одного моля гликоля по отношению к кислоте для получения линейных цепей с преобладанием концевых гидроксильньгх групп. Подходящие полиэфирные промежуточные соединения также включают различные лактоны, такие как поликапролактон, обычно получаемый из ε-капролактона и бифункционального инициатора, такого как диэтиленгликоль. Дикарбоновые кислоты желаемого полиэфира могут представлять собой алифатические, циклоалифатические, ароматические кислоты или комбинацию указанных кислот. Подходящие дикарбоновые кислоты, которые можно применять по отдельности или в комбинации, в целом содержат от 4 до 15 атомов углерода и включают: янтарную, глутаровую, адипиновую, пимелиновую, пробковую, азелаиновую, себациновую, додекандиовую, изофталевую, терефталевую, циклогександикарбоновую и тому подобные кислоты. Также можно применять ангидриды указанных выше дикарбоновых кислот, такие как фталевый ангидрид, тетрагидрофталевый ангидрид, и тому подобное. Предпочтительной кислотой является адипиновая кислота. Гликоли, способные вступать в реакцию с образованием желаемого полиэфирного промежуточного соединения, могут быть алифатическими, ароматическими или представлять собой комбинацию указанных соединений, и содержат в общем случае от 2 до 12 атомов углерода, при этом указанные гликоли включают этиленгликоль, диэтиленгликоль, 1,2-пропандиол, 1,3-пропандиол, 1,3-бутандиол, 1,4-бутандиол, 1,5-пентандиол, 1,6-гександиол, 2,2-диметил-1,3-пропандиол, 1,4-циклогександиметанол, декаметиленгликоль, додекаметиленгликоль и тому подобные; предпочтительным гликолем является 1,4-бутандиол. Можно применять смесь двух или нескольких гликолей. В случае футеровки для применения в трубе, где требуется устойчивость к микробам, такой как газовая труба, предпочтительным гликолем является диэтиленгликоль.
[0011] Подходящие гликолевые удлинители цепи, применяемые в качестве второго реагента для получения ТПУ-полимера, применяемого в первом и третьем слоях, могут быть алифатическими, ароматическими и представлять собой комбинацию указанных соединений, и содержат от 2 до примерно 12 атомов углерода. Предпочтительно гликолевые удлинители цепи представляют собой низшие алифатические или короткоцепочечные гликоли, содержащие от 2 до примерно 10 атомов углерода и включающие, например, этиленгликоль, диэтиленгликоль, пропиленгликоль, дипропиленгликоль, 1,4-бутандиол, 1,6-гександиол, 1,3-бутандиол, 1,5-пентандиол, 1,4-циклогександиметанол, гидрохинон, ди(гидроксиэтиловый) эфир, неопентилгликоль и тому подобные, где предпочтительным является 1,4-бутандиол. Ароматические гликоли, которые можно применять в качестве удлинителей цепи при получении ТПУ, включают бензольный гликоль и ксилольный гликоль. Ксилольный гликоль представляет собой смесь 1,4-ди(гидроксиметил)бензола и 1,2-ди(гидроксиметил)бензола. Бензольный гликоль, в частности, включает гидрохинон, т.е. парадигидроксибензол, также известный как 1,4-дигидроксибензол; резорцин, т.е. метадигидроксибензол, также известный как 1,3-дигидроксибензол; пирокатехин, т.е. ортодигидроксибензол, также известный как 1,2-дигидроксибензол; и комбинации указанных соединений. В качестве удлинителя цепи в ТПУ согласно настоящему изобретению можно применять смесь двух или нескольких гликолей. Предпочтительной является смесь 1,4-бутандиола и 1,6-гександиола.
[0012] Третьим реагентом для получения ТПУ для первого и третьего слоя согласно настоящему изобретению является диизоцианат. Подходящие диизоцианаты включают ароматические диизоцианаты, такие как: 4,4'-метилендифенилизоцианат (МДИ); мета-ксилилендиизоцианат (КДИ), фенилен-1,4-диизоцианат, 1,5-нафталиндиизоцианат, дифенилметан-3,3'-диметокси-4,4'-диизоцианат (ТОДИ) и толуолдиизоцианат (ТДИ); а также алифатические диизоцианаты, такие как изофорондиизоцианат (ИФДИ), 1,4-циклогексилдиизоцианат (ЦГДИ), декан-1,10-диизоцианат, гексаметилендиизоцианат (ГМДИ) и дициклогексилметан-4,4'-диизоцианат. Наиболее предпочтительным диизоцианатом является 4,4'-метилендифенилизоцианат, т.е. МДИ. Можно применять смесь двух или нескольких диизоцианатов. Также вместе с диизоцианатами можно применять малые количества изоцианатов с функциональностью выше 2, такие как триизоцианаты. Больших количеств изоцианатов с функциональностью 3 или более следует избегать, поскольку они будут вызывать поперечную сшивку ТПУ-полимера и, таким образом, влиять на его способность к переработке плавлением.
[0013] Указанные три предпочтительных реагента (полиэфирное промежуточное соединение с гидроксильными концевыми группами, гликолевый удлинитель цепи и диизоцианат) взаимодействуют между собой с образованием ТПУ с высокой молекулярной массой, применяемого в первом и третьем слоях ТПУ-покрытия согласно настоящему изобретению. Для получения ТПУ можно применять любой известный способ взаимодействия указанных трех реагентов. Предпочтительным является так называемый одностадийный способ, при котором все три реагента помещают в реактор-экструдер и проводят реакцию. Эквивалентное массовое количество диизоцианата по отношению к суммарному эквивалентному массовому количеству компонентов, содержащих гидроксил, которыми являются полиэфирное промежуточное соединение с гидроксильными концевыми группами и гликолевый удлинитель цепи, составляет от примерно 0,95 до примерно 1,10, желательно от примерно 0,96 до примерно 1,02 и предпочтительно от примерно 0,97 до примерно 1,005. Температура реакции при применении уретанового катализатора в общем случае составляет от примерно 175°С до примерно 245°С и предпочтительно от 180°С до 220°С.
[0014] В общем случае, для взаимодействия диизоцианата с полиэфирными промежуточными соединениями или удлинителями цепи можно применять любой традиционный катализатор, что хорошо известно в данной области техники и в литературе. Примеры подходящих катализаторов включают различные алкиловые простые эфиры или алкиловые простые тиоэфиры висмута или олова, где алкильная часть содержит от 1 до примерно 20 атомов углерода; конкретные примеры включают октаноат висмута, лаурат висмута и тому подобное. Предпочтительные катализаторы включают различные оловосодержащие катализаторы, такие как октаноат двухвалентного олова, диоктаноат дибутилолова, дилаурат дибутилолова, и тому подобные. Количество указанного катализатора в общем случае мало, такое как от примерно 20 до примерно 200 частей на миллион от общей массы реагентов, образующих полиуретан.
[0015] Термопластичный полиуретан также можно получить при помощи форполимерного процесса. Согласно форполимерному пути полиэфирные промежуточные соединения с гидроксильными концевыми группами взаимодействуют с в общем случае эквивалентным избытком одного или нескольких диизоцианатов с образованием раствора форполимера, содержащего свободный или непрореагировавший диизоцианат. Реакцию в общем случае проводят при температуре от примерно 80°С до примерно до 220°С, и предпочтительно от примерно 150 С до примерно 200°С, в присутствии подходящего уретанового катализатора. Вслед за этим вводят удлинитель цепи селективного типа, как описано выше, в эквивалентном количестве, обычно равном количеству изоцианатных концевых групп, а также любых свободных или непрореагировавших изоцианатных соединений. Соответственно, полное эквивалентное соотношение суммарного диизоцианата к суммарному эквиваленту полиэфирных соединений с гидроксильными концевыми группами и удлинителя цепи составляет от примерно 0,95 до примерно 1,10, желательно от примерно 0,96 до примерно 1,02, и предпочтительно от примерно 0,97 до примерно 1,005. Эквивалентное соотношение полиэфирных соединений с гидроксильными концевыми группами к удлинителю цепи регулируют для достижения желаемой твердости по Шору. Температура реакции удлинения цепи обычно составляет от примерно 180 С до примерно 250°С, где предпочтительной является температура от примерно 200°С до примерно 240 С. Обычно форполимерный путь можно осуществлять в любом обычном устройстве, причем предпочтительным является экструдер. Таким образом, полиэфирные промежуточные соединения взаимодействуют с эквивалентным избытком диизоцианата в первой части экструдера с образованием раствора форполимера, и на следующем этапе в расположенную далее по ходу технологического процесса часть вводят удлинитель цепи и проводят реакцию с раствором форполимера. Можно применять любой обычный экструдер, причем предпочтительными являются экструдеры, снабженные барьерными шнеками с соотношением длины к диаметру по меньшей мере 20, предпочтительно по меньшей мере 25.
[0016] Подходящие добавки могут применяться в соответствующих количествах и включают замутняющие пигменты, пластификаторы, красители, минеральные наполнители, стабилизаторы, смазывающие вещества, воск, поглотители УФ, технологические добавки и другие добавки по желанию. Подходящие замутняющие пигменты включают диоксид титана, оксид цинка и желтый титанат, при этом подходящие окрашивающие пигменты включают газовую сажу, желтые окисные пигменты, коричневые окисные пигменты, натуральную и жженую сиену или умбру, зеленый оксид хрома, кадмиевые пигменты, хромовые пигменты и другие подходящие оксиды металлов, и органические пигменты. Подходящие наполнители включают диатомовую (суперфлосс) глину, диоксид кремния, тальк, слюду, волластонит, сульфат бария и карбонат кальция. При желании можно применять подходящие стабилизаторы, такие как антиоксиданты, включая фенольные антиоксиданты, при. этом фотостабилизаторы включают органические фосфаты и оловоорганические тиоляты (меркаптиды). Подходящие смазывающие вещества включают стеараты металлов, парафиновые масла и амидные воски. Подходящие поглотители УФ включают 2-(2'-гидроксифенол)бензотриазолы и 2-гидроксибензофеноны. Также можно применять добавки для улучшения устойчивости ТПУ-полимера к гидролизу.
[0017] Среднемассовая молекулярная масса (Mw) полимера ТПУ в общем случае составляет от примерно 60000 до примерно 500000 и предпочтительно от примерно 80000 до примерно 300000 Дальтон. Для применений, в которых для прижатия футеровки к стенке существующей трубы и для отверждения термореактивной смолы применяют пар, ТПУ-полимер предпочтительно имеет высокую термостойкость, на что указывает в испытании методом ДСК температура пика эндотермы плавления при втором нагревании, равная выше примерно 120°С, предпочтительно выше примерно 140°С и наиболее предпочтительно менее примерно 180°С. Такая высокая термостойкость необходима для предотвращения образования отверстий в футеровке в процессе установки и отверждения по месту. Показатели термостойкости измеряли методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) в условиях сканирования от -100°С до 230°С при нагревании/охлаждении/нагревании со скоростью 10°С/мин. Анализ методом ДСК описан в стандарте ASTM D-3418-03. Температуру пика эндотермы плавления при втором нагревании использовали, чтобы учесть влияние каких-либо отклонений в образце.
[0018] Наиболее предпочтительные полимеры ТПУ, применяемые в первом и третьем слоях футеровки ТПУ, будут иметь твердость по Шору по шкале А от примерно 85А до примерно 98А, предпочтительно от 85А до 95А, и будут иметь показатель текучести расплава, равный или меньше 80 г/10 мин. @ 210°С и загрузка 3,8 кг, предпочтительно меньше 65 г/10 мин и более предпочтительно менее 50 г/10 мин. Каландрированные сорта ТПУ будут обычно иметь показатель текучести расплава примерно от 45 до 80, в то время как экструзионные сорта будут обычно иметь показатель текучести расплава, равный 40 или меньше. Коммерческие ТПУ-полимеры, отвечающие указанным требованиям, известны как Estane® TPU 58437, 58277, 58447, 54605, 54777, Т5630, Т5620, 58605 и X-1351 и выпускаются Lubrizol Advanced Materials, Inc. Полимеры ТПУ с твердостью по Шору по шкале А выше 98 могут быть слишком жесткими, что затрудняет вставку футеровки в ремонтируемую трубу в некоторых способах применения, в частности при помощи инверсионного способа. Твердость по Шору по шкале А и по шкале D определяли согласно стандарту ASTM D2240.
[0019] Если ТПУ применяют для футеровки газовых труб, предпочтительно применять ТПУ, изготовленный из полиэфирного промежуточного соединения с низким кислотным числом, причем указанное полиэфирное промежуточное соединение получено при взаимодействии адипиновой кислоты с диэтиленгликолем, поскольку считается, что ТПУ указанного типа более стоек к микробам. Стойкость к микробам желательна для газовых труб. Применяемый тип ТПУ можно менять в зависимости от встречающихся при применении условий окружающей среды и температуры, необходимой для процесса отверждения.
[0020] ТПУ также должен иметь хорошую стойкость к растворителям. Растворители можно применять для приваривания растворителем заплаток ТПУ через отверстия, просверливаемые в футеровке, сделанные для содействия поступлению термореактивной смолы в слой, поглощающий смолу. Растворители можно также применять для приваривания растворителем ленты из ТПУ вдоль швов футеровки для получения замкнутой трубы из исходного плоского прямоугольного листа.
Барьерный слой
[0021] Барьерный слой (второй слой), устойчивый к миграции стирола, применяют между первым и третьим слоями, рассмотренными выше. Термореактивная смола, применяемая в футеровке, отверждаемой по месту, обычно представляет собой полиэфирную смолу, которую отверждают с использованием стирола. Если стирол мигрирует через термопластичную часть футеровки, стирол может загрязнять воду или пар, применяемые для надувания футеровки. Если в воде или паре присутствует слишком много стирола, воду необходимо собирать и удалять более дорогостоящими способами, чем слив в городскую водоотводящую систему.
[0022] Было обнаружено, что барьерный слой для стирола можно создать или из очень твердого ТПУ, или из полимера этиленвинилового спирта (ПЭВС). Барьерный слой предпочтительно расположен между первым и третьим слоями. Барьерный слой не имеет столь же хорошей адгезии к материалу, поглощающему смолу, как первый и третий слои, и поэтому он не расположен непосредственно на материале, поглощающем смолу, а расположен между первым и третьим слоями. Если желательно поместить барьерный слой непосредственно поверх материала, поглощающего смолу, между барьерным слоем и материалом, поглощающим смолу, можно нанести подходящие адгезивы.
[0023] Барьерный слой предпочтительно представляет собой очень твердый ТПУ с твердостью по Шору 60 по шкале D или выше, предпочтительно 65 или выше по Шору по шкале D, более предпочтительно 75 или выше по Шору по шкале D и наиболее предпочтительно примерно 85 или выше по Шору по шкале D. Ниже следует более полное описание барьерного слоя для предпочтительного материала ТПУ высокой твердости.
[0024] Жесткий полимер ТПУ высокой твердости получают при взаимодействии полиизоцианата с короткоцепочечным диолом (т.е. удлинителем цепи) и, возможно, менее 15 массовыми процентами полиола (промежуточного соединения с гидроксильными концевыми группами, такого как соединение, применяемое в ТПУ первого и третьего слоев, согласно описанному выше). Предпочтительно жесткий полимер ТПУ содержит менее 5 массовых процентов полиола и более предпочтительно в жестком полимере ТПУ высокой твердости полиол отсутствует. Жесткий полимер ТПУ высокой твердости имеет твердость по дюрометру, равную 60 А или выше по Шору по шкале D, предпочтительно 65А или выше по Шору по шкале D, более предпочтительно 75А или выше по Шору по шкале D и наиболее предпочтительно примерно 85А или выше по Шору по шкале D.
[0025] Подходящие удлинители цепи для получения жесткого полимера ТПУ высокой твердости предпочтительно представляют собой низшие алифатические или короткоцепочечные гликоли, содержащие от примерно 2 до примерно 12 атомов углерода и включающие, например, этиленгликоль, диэтиленгликоль, пропиленгликоль, дипропиленгликоль, 1,4-бутандиол, 1,6-гександиол, 1,3-бутандиол, 1,5-пентандиол, 1,4-циклогександиметанол, гидрохинон, неопентилгликоль и тому подобное, а также смеси указанных соединений, из которых предпочтительным является 1,6-гександиол. Можно применять другие гликоли, такие как ароматические гликоли, но они не являются предпочтительными.
[0026] Подходящие диизоцианаты для получения жесткого полимера ТПУ высокой твердости включают ароматические диизоцианаты, такие как: 4,4'-метилендифенилизоцианат (МДИ); мета-ксилилендиизоцианат (КДИ), фенилен-1,4-диизоцианат, 1,5-нафталиндиизоцианат, дифенилметан-3,3'-диметокси-4,4'-диизоцианат и толуолдиизоцианат (ТДИ); а также алифатические диизоцианаты, такие как изофорондиизоцианат (ИФДИ), 1,4-циклогексилдиизоцианат (ЦГДИ), декан-1,10-диизоцианат и дициклогексилметан-4,4'-диизоцианат. Наиболее предпочтительным диизоцианатом является 4,4'-метилендифенилизоцианат, т.е. МДИ.
[0027] Предпочтительно жесткий полимер ТПУ высокой твердости получают при взаимодействии указанного выше полиизоцианата с удлинителем цепи в отсутствие полиола. Если применяют полиол, следует применять полиол в небольших количествах, менее 15 массовых процентов, и более предпочтительно менее 5 массовых процентов от суммарного количества реагентов ТПУ. В случае применения полиолов, известных также как промежуточные соединения с гидроксильными концевыми группами, применяют очень малые количества полиолов для увеличения ударной вязкости. Полиолы, подходящие для применения, представляют собой любые традиционные полиолы, применяемые при получении полимеров ТПУ. Указанные соединения включают сложные полиэфиры с гидроксильными концевыми группами, простые полиэфиры с гидроксильными концевыми группами и поликарбонаты с гидроксильными концевыми группами. Предпочтительные промежуточные соединения с гидроксильными концевыми группами представляют собой полимеры, более подробно описанные выше в описании первого и третьего слоев полимера ТПУ.
[0028] Количество применяемого полиизоцианата, предпочтительно диизоцианата, представляет собой эквивалентную массу диизоцианата по отношению к эквивалентной массе гидроксилсодержащих компонентов (т.е. промежуточного соединения с гидроксильными концевыми группами, если таковое применяют, и гликолевого удлинителя цепи). Отношение эквивалентной массы полиизоцианата к гидроксилсодержащим компонентам составляет от примерно 0,95 до примерно 1,10, предпочтительно, от примерно 0,96 до примерно 1,02 и наиболее предпочтительно от примерно 0,97 до примерно 1,005.
[0029] Реагенты для получения жесткого полимера ТПУ высокой твердости подвергают взаимодействию между собой предпочтительно в одностадийном способе полимеризации, хорошо известном специалистам в данной области техники. Одностадийный способ включает загрузку реагентов в обогреваемый двухшнековый экструдер, в котором реагенты полимеризуются, и полученному полимеру на выходе из экструдера придают форму гранул.
[0030] Подходящий жесткий полимер ТПУ высокой твердости для барьерного слоя доступен коммерчески под названиями Isoplast® и HS 85, оба производства Lubrizol Advanced Materials, Inc. of Cleveland, Ohio, U.S.A.
Впитывающий смолу материал
[0031] В качестве одного из слоев футеровки применяют материал, поглощающий (впитывающий, абсорбирующий) смолу. Материал, впитывающий смолу, представляет собой любой материал, впитывающий или удерживающий термореактивную смолу. Абсорбирующий смолу слой может иметь толщину от 0,1 до 20 см, предпочтительно от 0,2 до 15 см и более предпочтительно от 0,3 до 10 см. Подходящие материалы, впитывающие смолу, включают волокнистые материалы из органических или неорганических волокон, которые могут представлять собой тканые или нетканые волокна. Предпочтительно впитывающий смолу материал для футеровки канализационных труб (магистральных труб или боковых труб) представляет собой иглопробивной нетканый материал, такой как полиэфирный нетканый мат. Для футеровки газовых труб предпочтительным обычно является материал из стекловолокна.
[0032] Описанный выше ТПУ-полимер первого слоя наносят на одну сторону впитывающего смолу материала. Для нанесения покрытия из ТПУ на впитывающий смолу материал применяют оборудование для формования из расплава. Подходящее оборудование для формования из расплава включает процессы каландрирования и экструзии. Предпочтительная толщина слоя покрытия из ТПУ (первого слоя) на футеровке составляет от примерно 100 до примерно 1000 микрометров, предпочтительно от примерно 100 до примерно 800 микрометров и более предпочтительно от примерно 100 до примерно 500 микрометров. Слой покрытия из ТПУ (первый слой) очень хорошо связывается с полиэфирным нетканым матом без применения адгезивов, поэтому полиэфирный нетканый мат предпочтителен в сочетании с покрытием из ТПУ согласно настоящему изобретению.
[0033] Часто применяют два слоя материала, поглощающего смолу, если отверждаемая по месту футеровка разработана для труб большего диаметра (таких как трубы диаметром более 25 см). Для применения в меньших трубах, таких как отводы, обычно применяют один слой материала, поглощающего смолу.
[0034] Покрытие из ТПУ изготовлено из отдельных слоев, числом до трех. Первый слой покрытия ТПУ наносят на слой впитывающего смолу материала. Второй слой, барьерный слой, наносят на первый слой, а третий слой ТПУ наносят на второй слой (барьерный слой). Барьерный слой должен иметь толщину от примерно 12 микрометров (0,5 мил) до примерно 75 микрометров (3 мил) и предпочтительно от примерно 20 до примерно 30 микрометров. В случае применения ТПУ высокой твердости барьерный слой очень жесткий, и поэтому чем толще указанный слой, тем труднее было бы устанавливать футеровку внутри трубы. Было обнаружено, что при применении барьерного слоя толщиной около 1 мил (25 микрометров) футеровку в трубе, требующей ремонта, можно устанавливать способом инверсии (выворачивания наружу). Хотя барьерный слой мог бы быть тоньше, чем указано выше, и все еще выполнять свою барьерную функцию, трудно экструдировать или каландровать пленку толщиной меньше 12 микрометров. Поскольку экструзия или каландрование являются предпочтительными способами получения пленки барьерного слоя, рекомендуют применять толщину примерно 1 мил (25 микрометров). Третий слой ТПУ расположен на барьерном слое. Третий слой ТПУ имеет толщину, такую, как описано выше для первого слоя (который находится в контакте со слоем материала, поглощающего смолу). Наиболее предпочтительное покрытие ТПУ представляет собой трехслойное покрытие ТПУ, первый и третий слои которого имеют толщину примерно 100 микрометров каждый, а второй слой (барьерный) имеет толщину примерно 25 микрометров.
[0035] Более мягкий ТПУ в первом и третьем слоях покрытия должен находиться в контакте со слоем впитывающего смолу материала для обеспечения хорошей адгезии к слою впитывающего смолу материала. ТПУ высокой твердости в барьерном слое не имеет настолько хорошей адгезии к слою впитывающего смолу материала, как более мягкий ТПУ, применяемый в первом и третьем слоях. Также более мягкий ТПУ в первом и третьем слоях должен находиться на внешнем слое футеровки, поскольку легче заклеить отверстия, вырезанные в футеровке с целью введения термореактивной смолы, и приклеить шовную ленту на футеровку для получения цилиндрической формы футеровки из исходной плоской прямоугольной формы, в виде которой изготовлена футеровка. Барьерный слой ТПУ высокой твердости не так легко поддается приклеиванию растворителем заплатки или ленты к твердому ТПУ, поэтому барьерный слой ТПУ высокой твердости должен быть заключен между двумя слоями более мягкого ТПУ.
Футеровка
[0036] Для изготовления футеровки согласно настоящему изобретению покрытие ТПУ наносят из расплава или экструдированием на впитывающий смолу материал. Первый слой более мягкого ТПУ можно нанести из расплава или экструдированием на впитывающий смолу материал. Третий слой более мягкого ТПУ можно экструдировать совместно с барьерным слоем ТПУ высокой твердости на отдельной стадии, и комбинированный третий слой и барьерный слой можно нанести из расплава на первый слой ТПУ, который нанесен из расплава на слой впитывающего смолу материала. Футеровку также можно изготовить в одну стадию путем совместной экструзии или каландрирования всех трех слоев ТПУ, при этом все три слоя ТПУ наносят на впитывающий смолу материал. Смолу, из которой можно получить термореактивную смолу, такую как винилэфирная смола или полиэфирная смола, и которая содержит стирол, добавляют к впитывающему смолу материалу. На указанной стадии (до отверждения) футеровка гибкая и может быть помещена внутрь канала полости, такой как канализационная труба. Гибкую футеровку можно вставить или способом втаскивания, или способом инверсии, которые хорошо известны в данной области техники. Поместив футеровку внутрь полости, применяют нагревание и давление путем нагнетания пара или горячей воды, чтобы прижать футеровку к внутренней стороне трубы и отвердить термореактивную смолу по месту. Футеровку также можно вставить в полость путем применения горячей воды под давлением. При вулканизации смолы она становится термореактивной, и футеровка становится жесткой, образуя жесткую трубу внутри трубы.
[0037] Футеровку можно изготовить желаемой длины, необходимой для ремонта трубы; предпочтительно она представляет сбой непрерывную трубчатую футеровку. Футеровка должна иметь длину, достаточную для ремонта трубы одним непрерывным отрезком, не требующим сращивания из более коротких кусков. Футеровка обычно будет иметь длину по меньшей мере 50 метров и может достигать длины 5000 метров. Чаще футеровки имеют длину от 200 до 1000 метров.
[0038] Диаметр футеровки при формировании закрытой трубы меняется в зависимости от диаметра трубы, требующей ремонта. Обычные диаметры составляют от примерно 5 см до примерно 250 см, но чаще диаметры составляют от 20 см до примерно 150 см.
[0039] Футеровка должна соответствовать форме внутренней поверхности трубы, требующей ремонта. Форма трубы не должна быть идеально круглой, наоборот, может быть некруглой, такой как яйцевидная или эллиптическая форма. Футеровка также может следовать изгибам трубы.
[0040] После того, как впитывающую ткань пропитывают термореактивной смолой и изготавливают футеровку, ее обычно хранят в холодном месте, или на ледяной бане, или в авторефрижераторе. Указанное хранение на холоде необходимо для предотвращения преждевременного отверждения термореактивной смолы до ее установки. Футеровку можно доставлять на место работ в авторефрижераторе для предотвращения преждевременного отверждения смолы.
[0041] После введения футеровки в поврежденную трубу смолу вулканизируют путем воздействия на футеровку повышенной температуры, обычно примерно от 80°С до 100°С в течение 3-12 часов. Отверждение паром занимает меньше времени, обычно 3-5 часов, по сравнению с отверждением горячей водой, обычно занимающей 8-12 часов.
[0042] Настоящее изобретение будет более понятно, основываясь на следующем примере.
ПРИМЕРЫ
[0043] Настоящие Примеры приведены с целью продемонстрировать улучшенную стойкость к проникновению стирола через материалы покрытия согласно настоящему изобретению. Примеры 1 и 2 представляют собой сравнительные примеры, в которых оценивают пленки ТПУ, обычно применяемые в отверждаемых по месту футеровках. Примеры 3,4 и 5 представляют собой примеры настоящего изобретения.
[0044] Пленки оценивали на проницаемость для стирола согласно испытанию на проницаемость методом перевернутой емкости, стандарт ASTM D814. Результаты проницаемости для стирола выражены в граммах/квадратный метр/день.
[0045] В Примере 1 (сравнительный) применяли пленку толщиной 5 мил (127 микрометров) из ТПУ твердостью 93 по Шору по шкале А, изготовленного из полиэфирного полиола (адипиновая кислота+1,4-бутандиол), удлинителя цепи 1,4-бутандиола и МДИ. В Примере 2 (сравнительный) применяли пленку толщиной 5 мил (127 микрометров) из ТПУ твердостью 95 по Шору по шкале А, изготовленного из полиэфирного полиола (адипиновая кислота+диэтиленгликоль), удлинителя цепи 1,4-бутандиола и МДИ. В Примере 3 применяли пленку толщиной 5 мил (127 микрометров) из ТПУ твердостью 62 по Шору по шкале D, изготовленного из полиэфирного полиола (адипиновая кислота+диэтиленгликоль), удлинителя цепи 1,4-бутандиола и МДИ. В Примере 4 применяли совместно экструдированную пленку толщиной 5 мил (127 микрометров) из пленки ТПУ твердостью 85 по Шору по шкале D толщиной 1 мил (25,4 микрометров), изготовленного из удлинителя цепи и МДИ (без полиола) и пленки ТПУ твердостью 93 по Шору по шкале А толщиной 4 мил (101,6 микрометров), применявшегося в Примере 1. В Примере 5 применяли совместно экструдированную пленку толщиной 5 мил (127 микрометров) из пленки ПЭВС толщиной 1 мил (25,4 микрометров) и пленки ТПУ твердостью 93 по Шору по шкале А толщиной 4 мил (101,6 микрометров), применявшегося в Примере 1.
[0046] Результаты по проницаемости для стирола пяти пленок из Примеров 1 - 5 и гибкость пленки, достаточная для применения в отверждаемой по месту футеровке трубы при применении инверсионного способа установки, показаны в Таблице 1 ниже:
| Таблица 1 | ||
| Пример | Гибкость пленки | ASTM D814 проницаемость для стирола (г/м2/день) |
| 1 | ДА | 4800 |
| 2 | ДА | 1800 |
| 3 | НЕТ | 190 |
| 4 | ДА | 29 |
| 5 | ДА | 2,3 |
[0047] Как показывают полученные результаты, проницаемость для стирола значительно снижена при применении ТПУ высокой твердости (85 по Шору по шкале D) толщиной 1 мил совместно с мягким ТПУ (93 по Шору по шкале А) толщиной 4 мил. Совместно экструдированная пленка с использованием в качестве барьерного слоя ПЭВС толщиной 1 мил (Пример 5) также показала значительно сниженную проницаемость для стирола.
[0048] Хотя согласно патентному законодательству были описаны наилучший способ осуществления и предпочтительный вариант реализации, объем настоящего изобретения не ограничивается ими, а ограничен лишь пунктами прилагаемой формулы изобретения.
1. Отверждаемая по месту футеровка для канала или трубы, содержащая:
(a) по меньшей мере один слой способного к впитыванию смолы материала;
(b) термореактивную смолу, которой пропитан указанный слой материала, способного к впитыванию смолы; и
(c) трехслойное покрытие из термопластичного полиуретана по меньшей мере на одной стороне указанного слоя материала, способного к впитыванию смолы, причем указанное покрытие включает:
(i) первый термопластичный полиуретановый слой, находящийся в контакте с указанным слоем материала, способного к впитыванию смолы;
(ii) второй термопластичный полиуретановый барьерный слой, расположенный между первым и третьим термопластичными слоями, причем указанный термопластичный полиуретан второго термопластичного барьерного слоя имеет твердость выше 60 по Шору по шкале D или выше 80 по Шору по шкале D, определенную согласно стандарту ASTM D2240; и
(iii) третий термопластичный полиуретановый слой.
2. Футеровка по п.1, отличающаяся тем, что указанный первый слой (i) и указанный третий слой (iii) являются одинаковыми или разными.
3. Футеровка по п.2, отличающаяся тем, что указанный первый слой и указанный третий слой представляют собой полиэфирный термопластичный полиуретан, имеющий твердость по Шору по шкале А от 85А до 98А, определенную согласно стандарту ASTM D2240.
4. Футеровка по п.1, отличающаяся тем, что указанный барьерный слой имеет толщину от 0,5 мил (12 микрометров) до 3,0 мил (75 микрометров).
5. Футеровка по п.1, отличающаяся тем, что каждый из указанных первого слоя (i) и третьего слоя (iii) трехслойного покрытия имеет толщину от 50 микрометров до 1000 микрометров.
6. Футеровка по п.5, отличающаяся тем, что каждый из указанных первого слоя и третьего слоя трехслойного покрытия из термопластичного полиуретана имеет толщину от 100 микрометров до 500 микрометров.
7. Футеровка по п.1, отличающаяся тем, что указанный барьерный слой из термопластичного полиуретана получен путем взаимодействия удлинителя цепи с диизоцианатом в отсутствие полиола.
8. Способ футеровки полости канала или трубы, включающий введение футеровки в указанную полость, причем указанная футеровка содержит:
(a) по меньшей мере один слой материала, способного к впитыванию смолы;
(b) термореактивную смолу, содержащую стирол, которой пропитан указанный слой материала, способного к впитыванию смолы;
(c) трехслойное покрытие из термопластичного полиуретана по меньшей мере на одной стороне указанного слоя материала, способного к впитыванию смолы, причем указанное покрытие включает:
(i) первый термопластичный полиуретановый слой, находящийся в контакте с указанным слоем материала, способного к впитыванию смолы;
(ii) второй термопластичный полиуретановый барьерный слой, расположенный между первым и третьим термопластичными слоями, причем термопластичный полиуретан указанного термопластичного полиуретанового барьерного слоя имеет твердость выше 60 по Шору по шкале D или выше 80 по Шору по шкале D, определенную согласно стандарту ASTM D2240; и
(iii) третий термопластичный полиуретановый слой, находящийся в контакте с указанным барьерным слоем;
подачу пара или воды внутрь указанной футеровки для прижатия указанной футеровки к внутренней поверхности указанного канала или указанной трубы и для активации отверждения указанной термореактивной смолы.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что указанный слой материала, способного к впитыванию смолы, представляет собой иглопробивной полиэфирный нетканый материал.
10. Способ по п.8, отличающийся тем, что указанное трехслойное термопластичное полиуретановое покрытие имеет толщину от 100 микрометров до 1000 микрометров.
11. Способ по п.10, отличающийся тем, что указанное трехслойное термопластичное полиуретановое покрытие имеет толщину от 300 микрометров до 500 микрометров.
12. Способ по п.8, отличающийся тем, что указанная термореактивная смола выбрана из группы, состоящей из винилэфирной смолы и полиэфирной смолы.
13. Способ по п.8, отличающийся тем, что указанная труба выбрана из группы, состоящей из магистральной канализационной трубы, бокового отвода канализационной трубы и газовой трубы.
14. Способ по п.8, отличающийся тем, что указанная футеровка включает два слоя материала, способного к впитыванию смолы.
15. Способ по п.14, отличающийся тем, что диаметр указанной трубы составляет по меньшей мере 10 дюймов (25,4 см).
16. Способ по п.8, отличающийся тем, что толщина указанного второго термопластичного полиуретанового барьерного слоя составляет от 12 микрометров до 75 микрометров.
