原位固化管道修復(fù)法和這種原位固化管道的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種方法，該方法包括以下步驟：(a)制備可固化的環(huán)氧樹脂-酐熱固性組合物；和(b)將所述可固化的環(huán)氧樹脂-酐熱固性組合物應(yīng)用于原位固化管道修復(fù)過程。所用的原位固化管道應(yīng)用通?？梢詾椤寡b法’或‘拉入式安裝法’。本發(fā)明還涉及由所述方法制備的原位固化管道。
【專利說明】原位固化管道修復(fù)法和這種原位固化管道
[0001]相關(guān)申請的引用
[0002]本申請是非臨時申請，要求2011年7月8日提交的題為“⑶RED-1N PLACE PIPEREHABILITATION PROCESS”的美國臨時專利申請61/505，573的優(yōu)先權(quán)，其教導(dǎo)通過參考并入本申請，以下如同全文復(fù)制。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及利用可固化的環(huán)氧樹脂-酐熱固性體系的新型原位固化管道(cured-1n-place pipe) (CIPP)法。
【背景技術(shù)】
[0004]地下下水道管(Underground sewer pipes)、飲用水管、和其它管道會隨著使用和老化而破裂。對這些泄露和損壞的管道的修理是耗時且昂貴的，因為這涉及這些損壞的管道的挖掘和置換。原位固化管道(CIPP)技術(shù)首次在1971年用于英國，并在20世紀(jì)70年代晚期引入到北美市場。在接下來的20年中，該技術(shù)改革了下水管管道修理業(yè)，提供了無需開鑿的修復(fù)下水管管道的可靠解決方法。對于原位固化管道應(yīng)用存在兩種使用過的方法:“倒裝法(Inversion Installation Method) ” 和“拉入式安裝法(Pull-1n InstallationMethod) ”。最常用的是“倒裝法”，該方法包括用可固化的熱固性組合物浸潰軟質(zhì)非機織毛氈內(nèi)襯，然后將浸潰的非機織毛氈內(nèi)襯倒轉(zhuǎn)裝進現(xiàn)有的(主體)管，并將主體管內(nèi)的浸潰的毛氈內(nèi)襯固化。CIPP法分類為修復(fù)或翻新，因為其在現(xiàn)有主體管中形成新的硬的內(nèi)管，該內(nèi)管粘附于現(xiàn)有主體管。
[0005]存在三種類型通常用于該應(yīng)用的熱固性材料體系:
[0006].聚酯-通常用于下水道應(yīng)用，
[0007].乙烯基酯-用于惡劣環(huán)境(severe duty)、工業(yè)和專門廢物應(yīng)用，和
[0008].環(huán)氧樹脂-胺熱固性材料-通常用于飲用水和壓力管應(yīng)用。
[0009]傳統(tǒng)的聚酯體系維持了較低成本的工業(yè)重負荷機器。盡管環(huán)氧樹脂已經(jīng)在過去75年用于保護和修理所有類型的下部構(gòu)造(infrastructure)，但因為處理限制(相對較短的有效期)和高成本，它們在地下修復(fù)中的用途受限。盡管環(huán)氧樹脂-胺熱固性體系在以下性質(zhì)方面優(yōu)于聚酯，例如收縮性，粘合性，不存在溶劑如苯乙烯，機械性質(zhì)和耐化學(xué)性，它們的主要缺點是較短的有效期，這使得其難以在CIPP應(yīng)用中發(fā)揮作用。環(huán)氧樹脂-胺熱固性材料因此在高端應(yīng)用如發(fā)展迅速的城市和工業(yè)廢水應(yīng)用中通常保持有限的使用。
[0010]有效期是對以分鐘計的下述過程中的工作時間的量度，在該過程中原位固化應(yīng)用中的毛氈內(nèi)襯可以用熱固性樹脂體系浸潰、翻轉(zhuǎn)(invert)、并在主體管道中適當(dāng)固化。成功的CIPP應(yīng)用的良好有效期大于5小時。聚酯和乙烯基酯熱固性材料可以應(yīng)付該有效期。環(huán)氧樹脂-胺熱固性材料幾乎不能滿足此要求，因為它們的有效期為30分鐘至剛剛5小時，有時在專門的條件下，例如將其保持在較冷溫度。因此，具有較長有效期的環(huán)氧樹脂熱固性體系對于CIPP應(yīng)用將是有用的和所期望的。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]在本發(fā)明的一種實施方式中，公開了一種方法，其包括以下步驟、由以下步驟組成、或基本上由以下步驟組成:
[0012](a)制備可固化的環(huán)氧樹脂-酐熱固性組合物；和
[0013](b)將所述可固化的環(huán)氧樹脂-酐熱固性組合物應(yīng)用于原位固化管道修復(fù)過程。
[0014]原位固化管道應(yīng)用通?？梢詾椤寡b法’或‘拉入式安裝法’。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]針對說明本發(fā)明的目的，附圖顯示的本發(fā)明形式是目前優(yōu)選的。然而，應(yīng)該理解的是本發(fā)明不限于附圖所示的精確布置和設(shè)備。
[0016]圖1是原位固化管道應(yīng)用法的“倒裝法”的示意圖。
[0017]圖2是原位固化管道應(yīng)用法的“拉入式安裝法”的示意圖。
[0018]圖3圖示說明顯示本發(fā)明一種實施方式的環(huán)氧樹脂-酐熱固性體系在25°C的粘度增長與時間的關(guān)系。
[0019]圖4圖示說明顯示本發(fā)明一種實施方式的環(huán)氧樹脂-酐熱固性體系在80°C的反應(yīng)性。
[0020]圖5圖示說明顯示本發(fā)明一種實施方式的環(huán)氧樹脂-胺熱固性體系在25°C的粘度增長與時間的關(guān)系。該附圖中的圖示說明也給出了環(huán)氧樹脂-酐熱固性體系的比較。
【具體實施方式】
[0021]在以下詳細說明中，描述了本發(fā)明的特定實施方式和其優(yōu)選實施方式。然而，就以下描述是專門針對于特定實施方式或本發(fā)明技術(shù)的特定用途而言，其僅為說明性的并且只提供示例性的實施方式的簡要描述。因此，本發(fā)明不限于以下描述的特定實施方式，而是本發(fā)明包括屬于所附權(quán)利要求真實范圍內(nèi)的所有替代方案、修改方案、及等價方案。
[0022]除非另有說明，否則提到的化合物或組分包括化合物或組分本身，以及其與其它化合物或組分的組合，如化合物的混合物或組合。
[0023]如本發(fā)明所使用，除非上下文明確指出，否則單數(shù)形式“一個”、“一種”和“這個”包括復(fù)數(shù)指代物。
[0024]在一種實施方式中，本發(fā)明包括以下步驟、由以下步驟組成、或基本上由以下步驟組成:(a)制備可固化的環(huán)氧樹脂-酐熱固性組合物，(b)將所述可固化的環(huán)氧樹脂-酐熱固性組合物應(yīng)用于原位固化管道修復(fù)過程。
[0025]有效期是從將組分A(環(huán)氧樹脂)和組分B (熱固性體系的硬化劑)混合在一起的時間點到所得制劑不再可用的時間點的工作時間。有效期或有效期的結(jié)束通常定義為由于組分A(環(huán)氧樹脂)和組分B (硬化劑)之間的反應(yīng)粘度顯著增加的時間點。高粘度將使得難以成功完成CIPP法。
[0026]環(huán)氧樹脂酐熱固性組合物
[0027]環(huán)氣樹脂
[0028]適用于環(huán)氧樹脂-酐熱固性組合物的環(huán)氧樹脂包括但不限于以下化合物的二縮水甘油醚:間苯二酚，鄰苯二酚，對苯二酚，雙酚A，雙酚AP (1，1-二(4-羥基苯基)-1-苯基乙烷)，雙酚F，和雙酚K，四溴雙酚A，線型酚醛清漆樹脂，烷基取代的酚醛樹脂，及其任何組合。用于本發(fā)明的特定環(huán)氧化合物的實例包括由The Dow Chemical Company以商標(biāo)D.E.R.?383出售的雙酚A的二縮水甘油醚；環(huán)氧樹脂的其它實例包括但不限于，例如以下物質(zhì):D.E.R.?383, D.E.R.?331, D.E.R.?332, D.E.R.?354，和二乙烯基苯二環(huán)氧化物(DVBDO)。在另外的實施方式中，聚環(huán)氧化物化合物包括環(huán)氧線型酚醛清漆，例如D.E.N.?431 或 D.E.N.?438 (The Dow Chemical Company 的商標(biāo))。
[0029]環(huán)氧樹脂可用任選地包含少量反應(yīng)性稀釋劑。稀釋劑應(yīng)該每分子平均具有多于約一個反應(yīng)性基團。適宜的反應(yīng)性稀釋劑包括D.E.R.?736,D.E.R.?732,甲苯基縮水甘油醚，苯胺的二縮水甘油醚，烷基C12-C14單烷基縮水甘油醚1，4- 丁二醇二縮水甘油醚，1，6-己二醇二縮水甘油醚，2-乙基己基縮水甘油醚，新戊基二縮水甘油醚，三甲基丙烷三縮水甘油醚，和羧酸的縮水甘油醚。優(yōu)選地，反應(yīng)性稀釋劑的存在量為0.1至約25wt%，基于環(huán)氧樹脂的重量。
[0030]除了以上環(huán)氧樹脂和反應(yīng)性稀釋劑之外，還可以使用其它任選的組分，例如多元醇，觸變膠，增韌劑，表面活性劑，填料，空氣隔離劑，顏料及其混合物。也可以使用增韌劑，其包括但不限于CTBN橡膠，兩性嵌段共聚物，基于得自Arkema的CRP的嵌段共聚物，和芯-殼橡膠。也可以使用填料，其包括但不限于熱解法二氧化硅，粘土，滑石，二氧化硅，碳酸鈣，和硅灰石。作為制劑的環(huán)氧樹脂部分之一的任選組分的濃度通常可以為0.1被％至約20wt%,基于環(huán)氧樹脂的重量。
[0031]通常在下述溫度混合環(huán)氧樹脂的所有組分，該溫度使得能夠制備具有所需性質(zhì)的有效的環(huán)氧樹脂組合物。環(huán)氧樹脂和若使用的上述任選組分的環(huán)氧當(dāng)量(EEW)在一種實施方式中通常可以為約130至約250 ;再在另一種實施方式中為約150至約225 ;仍在另一種實施方式中為約170至約220。環(huán)氧樹脂和上述任選組分的粘度在一種實施方式中通?？梢詾榧s200至約10，OOOmPa.s ;再在另一種實施方式中為約300至約5000mPa.s ;仍在另一種實施方式中為約400至約2000mPa.S。
[0032]酐固化劑
[0033]通常，術(shù)語‘固化劑’、‘硬化劑’、和‘交聯(lián)劑’在熱固性行業(yè)中可互換使用。適用于環(huán)氧樹脂-酐熱固性組合物的酐固化劑包括但不限于芳族酐，脂環(huán)族酐，和脂族酐。實例包括但不限于納迪克甲基酐，六氫鄰苯二甲酸酐，四氫鄰苯二甲酸酐，甲基四氫鄰苯二甲酸酐，甲基六氫鄰苯二甲酸酐，琥珀酸酐，十二烯基琥珀酸酐，和它們的衍生物，及其混合物。通常，可以使用本領(lǐng)域已知的適用于將環(huán)氧樹脂固化的任何酐硬化劑。
[0034]除了以上酐之外，可以使用其它任選的組分，例如多元醇，增韌劑，及其混合物。用于酐固化劑的任選組分的濃度通?？梢詾轸袒瘎┑募s0.1被％至約50wt%。
[0035]通常在下述溫度混合環(huán)氧樹脂的所有組分，該溫度使得能夠制備具有所需性質(zhì)的有效的酐固化劑。酐固化劑和上述任選組分的粘度在一種實施方式中通?？梢詾榧s50至約5000mPa.s ;再在另一種實施方式中為約60至約2000mPa.s ;仍在另一種實施方式中為約 80 至約 IOOOmPa.S。
[0036]催化劑
[0037]在本發(fā)明的一種實施方式中，環(huán)氧樹脂-酐熱固性組合物包括用于本發(fā)明的催化齊U。通常，可以使用本領(lǐng)域已知的適宜用于促進環(huán)氧樹脂和酐固化劑之間反應(yīng)的任何均相
或非均相催化劑。催化劑可以包括，例如但不限于，咪唑，叔胺，情絡(luò)合物，季銨鹽，路易斯
酸，或路易斯堿，過渡金屬催化劑，及其混合物。用于本發(fā)明的特定催化劑的實例是芐基二甲基胺(BDMA)，1-甲基咪唑(1-MI)，和芐基三乙基氯化銨(BTEAc)。
[0038]用于環(huán)氧樹脂-酐熱固性組合物的催化劑的濃度在一種實施方式中通常為約0wt%至約7wt% ;在另一種實施方式中為約0.lwt%至約5wt% ;再在另一實施方式中為約0.5wt%至約3wt%。任選地，可以將催化劑預(yù)溶解在酐中，環(huán)氧樹脂-酐熱固性體系可以通過將環(huán)氧樹脂和預(yù)催化的酐混合制備。
[0039]在原位固化管道法中的應(yīng)用
[0040]環(huán)氧樹脂-酐熱固性組合物用于原位固化管道修復(fù)過程。有兩種方法可用于原位固化管道應(yīng)用:“倒裝法”和“拉入式安裝法”。對管加襯的第一種方法詳細描述于方法ASTM F1216 通過倒裝和固化樹脂浸潰的管道修復(fù)現(xiàn)有管線和導(dǎo)管的標(biāo)準(zhǔn)實踐(Standardpractice for Rehabilitation of Existing Pipelines and Conduits by the Inversionand Curing of a Resin-1mpregnated Tube) ”,其通過參考并入本申請。對管加襯的第二種方法詳細描述于方法ASTM F1743 通過原位固化熱固性樹脂管道的原位拉入式安裝修復(fù)現(xiàn)有管線和導(dǎo)管的標(biāo)準(zhǔn)實踐(Standard Practice for Rehabilitation of ExistingPipelines and Conduits by Pulled-1n-Place Installation of Cured-1n-PlaceThermosetting Resin Pipe) ”或ASTM F2019 通過玻璃增強塑料(GRP)原位固化熱固性樹脂管到的原位拉入式安裝修復(fù)現(xiàn)有管線和導(dǎo)管的標(biāo)準(zhǔn)實踐(Standard Practicefor Rehabilitation of Existing Pipelines and Conduits by the Pulled-1n-PlaceInstallation of Glass Reinforced Plastic(GRP)Cured-1n-Place ThermosettingResin Pipe)” (CIPP)。
[0041]本發(fā)明的環(huán)氧樹脂-酐熱固性體系通過ASTM F1216評價:“通過倒裝和固化樹脂浸潰的管道修復(fù)現(xiàn)有管線和導(dǎo)管的標(biāo)準(zhǔn)實踐”。該方法包括:用可固化的環(huán)氧樹脂-酐熱固性組合物浸潰軟質(zhì)非機織毛氈內(nèi)襯，將浸潰的軟質(zhì)非機織毛氈內(nèi)襯翻轉(zhuǎn)裝入主體管，并將已經(jīng)存在于現(xiàn)有管中的內(nèi)襯固化。用于修理管道的環(huán)氧樹脂-酐熱固性組合物必須適當(dāng)?shù)貪櫇駜?nèi)襯。內(nèi)襯通常為涂布有作為隔膜的塑料片材材料的非機織毛氈的層壓物。內(nèi)襯可以為非機織的毛氈或纖維玻璃增強的非機織毛氈，或玻璃纖維增強的內(nèi)襯。將非機織毛氈內(nèi)襯在室溫用未固化的環(huán)氧樹脂-酐熱固性組合物浸潰。毛氈內(nèi)襯厚度通常為約3_至約25mm。浸潰通常在為約20°C至約30°C的室溫進行。毛氈內(nèi)襯以圓柱形式(主體管的形狀)縫合并使其與主體管服帖匹配。內(nèi)襯的直徑為約3英寸至約100英寸。用于浸潰毛氈內(nèi)襯的熱固性體系的量取決于主體管直徑和毛氈厚度。熱固性體系所用的一般范圍為約Ilb/直線英尺至約50磅/直線英尺。使用流體壓力將浸潰的內(nèi)襯沿管翻轉(zhuǎn)而內(nèi)部朝外，由此使得未固化的熱固性環(huán)氧樹脂-酐組合物與主體管接觸。當(dāng)將熱固性組合物固化時，浸潰的內(nèi)襯在主體管內(nèi)形成硬質(zhì)殼,得到光滑的新的內(nèi)表面。
[0042]固化方法和條件
[0043]制備本發(fā)明的環(huán)氧樹脂-酐組合物或制劑的方法包括共混(a)環(huán)氧樹脂，(b)酐硬化劑，和(C)催化劑。
[0044]制劑的固化可以在預(yù)定溫度進行足以固化制劑的預(yù)定時間段。例如，將制劑固化的溫度在一種實施方式中通常可以為約30°C至約150°C ;在另一種實施方式中為約40°C至約130°C ;再在另一種實施方式中為約50°C至約100°C ;固化時間在一種實施方式中可以為約30分鐘至約12小時，在另一種實施方式中為約30分鐘至約8小時，再在另一種實施方式中為約45分鐘至約6小時。固化通常使用熱水或高壓蒸氣進行。
[0045]原位固化管道產(chǎn)品
[0046]對CIPP應(yīng)用存在最小撓曲模量和撓曲強度要求。撓曲性質(zhì)使用方法ASTM D790測定。在一些情況下，根據(jù)最終用途應(yīng)用，固化樣本必須具有經(jīng)受化學(xué)試劑的能力。耐化學(xué)性試驗按照方法ASTM D543進行。該方法評價在化學(xué)試劑存在下重量和撓曲性質(zhì)的保留率的變化。
[0047]實施例
[0048]實施例1和對比實施例A
[0049]部分A-制備可固化組合物的過程
[0050]可固化的環(huán)氧樹脂-酐熱固性組合物(實施例1)如下制備:
[0051]D.E.R.?383、丁二醇二縮水甘油醚(BDDGE)、D.E.R.?732、和 C12-C14 烷基縮水甘油`醚的環(huán)氧樹脂共混物通過在室溫混合它們來制備(部分A)。
[0052]預(yù)催化的酐硬化劑如下制備:通過在60°C加熱4小時將芐基三乙基氯化銨(BTEAc)溶解于甲基四氫鄰苯二甲酸酐(MTHPA)中(部分B)。
[0053]相當(dāng)?shù)目晒袒沫h(huán)氧樹脂-胺熱固性組合物(實施例1A)使用配制的環(huán)氧樹脂和配制的胺硬化劑制備。配方詳情如表1所示。
[0054]可固化組合物通過在室溫混合部分A和B制備。
[0055]表1:可固化的組合物
【權(quán)利要求】
1.一種方法，包括: (a)制備可固化的環(huán)氧樹脂-酐熱固性組合物；和 (b)將所述可固化的環(huán)氧樹脂-酐熱固性組合物應(yīng)用于原位固化管道修復(fù)過程。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述原位固化管道應(yīng)用包括‘倒裝法’。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述原位固化管道應(yīng)用包括‘拉入式安裝法’。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述可固化的環(huán)氧樹脂-酐熱固性組合物在室溫(約25°C)的有效期大于約3小時。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述可固化的環(huán)氧樹脂-酐熱固性組合物在室溫(約25°C)的有效期為約3小時至約36小時。
6.權(quán)利要求1的方法，其中在所述原位固化管道法中的管道的直徑為約6英寸至約100英寸。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述可固化的環(huán)氧樹脂-酐熱固性組合物包含: (i)環(huán)氧樹脂； (?)酐硬化劑；和 (iii)催化劑。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述可固化的環(huán)氧樹脂-酐熱固性組合物包括單一環(huán)氧樹脂或兩種或更多種環(huán)氧樹脂的共混物。
9.權(quán)利要求7的方法，其中所述可固化的環(huán)氧樹脂-酐熱固性組合物包括環(huán)氧樹脂和反應(yīng)性稀釋劑的共混物。
10.權(quán)利要求7的方法，其中所述可固化的環(huán)氧樹脂-酐熱固性組合物包括環(huán)氧樹脂和非反應(yīng)性稀釋劑的共混物。
11.權(quán)利要求7的方法，其中所述環(huán)氧樹脂的EEW為約130至約250。
12.權(quán)利要求7的方法，其中所述環(huán)氧樹脂的粘度為約200mPa.s至約10，OOOmPa.S。
13.權(quán)利要求7的方法，其中所述酐硬化劑選自芳族酐，脂族酐，脂環(huán)族酐及其組合。
14.權(quán)利要求7的方法，其中所述酐的粘度為約50mPa.s至約1000mPa.S。
15.權(quán)利要求7的方法，其中所述催化劑選自胺，叔胺，季銨鹽，有機金屬絡(luò)合物，及其組合。
16.權(quán)利要求7的方法，其中所述可固化的環(huán)氧樹脂-酐熱固性組合物進一步包括增韌劑。
17.權(quán)利要求7的方法，其中所述可固化的環(huán)氧樹脂-酐熱固性組合物進一步包括多元醇。
18.權(quán)利要求7的方法，其中所述可固化的環(huán)氧樹脂-酐熱固性組合物進一步包括選自以下的化合物:蒸氣沉積二氧化硅，滑石，粘土，二氧化硅，及其組合。19.權(quán)利要求1的方法，其中在所述原位固化管道法中的管道選自下水道管，飲用水管道，高壓管道，和工業(yè)管道。
19.通過權(quán)利要求1的方法制備的原位固化管道。
【文檔編號】B29C63/00GK103649613SQ201280033574
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年6月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月8日
【發(fā)明者】R.卡魯納卡蘭, R.特拉基亞 申請人:陶氏環(huán)球技術(shù)有限責(zé)任公司