专利名称：适用于涂布饮用水管道的方法和组合物的制作方法
适用于涂布饮用水管道的方法和组合物
背景技术：
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。美国专利No. 7，189，429描述了一种在饮用水管道的内表面上形成涂层的方法， 所述方法包括以下步骤a)提供液态的两部分涂料体系；b)将第一部分和第二部分混在一起以形成混合物，以及c)将该混合物作为涂料施加到所述表面从而在高固化速率下形成呈现出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部分。这类设备例如可以包括离心纺丝头或者自混合喷雾枪组件。美国专利No. 6，730，353描述了一种饮用水管道用涂料。两部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多异氰酸酯的第一部分，和含有任选与一种或多种低聚多胺共混的一种或多种芳族多胺的第二部分，使得该两部分在混在一起并被施加到管道的内表面时形成适用于与饮用水接触的快速定形的不透性涂层。不同的自治地区对于饮用水管道具有不同的要求。例如，在英国，用于饮用水管道的涂层要求符合供水(水质量)法规的第31条法规(Regulation 31 of the Water Supply (Water Quality) Regulations)；而在美国，用于饮用水管道的涂层需要符合NSF/ ANSI 标准 61。
发明内容
本发明描述了在(例如饮用水)管道的表面上形成涂层的方法和两部分涂料组合物。在一个实施例中，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多异氰酸酯的第一部分和含有至少一种天冬氨酸酯的第二部分；b)合并第一部分和第二部分以形成液体混合物；c)将液体混合物施加到管道的内表面；以及d) 使混合物定形从而形成固化的涂层。所述方法特别适合翻新饮用水管道，其中固化的涂层与饮用水接触。在另一实施例中，描述了一种为(例如服役)管道的表面加内衬的方法。该方法包括a)通过合并含有至少一种多异氰酸酯的第一部分和含有至少一种多胺的第二部分提供涂料组合物，其中涂料的定形时间为约3至6分钟；b)合并第一部分和第二部分以形成液体混合物；c)将该液体混合物施加到内径小于50mm的管道的内表面，且施加至少5米的长度；以及d)使混合物定形从而形成固化的连续内衬。在涂料定形之前优选将涂料施加至少10、15或20米的长度。优选的涂料包含至少一种天冬氨酸酯作为第二部分的组分。在其它实施例中，描述了反应性的两部分涂料组合物，该涂料组合物包含含有至少一种多异氰酸酯的第一部分；以及含有至少一种天冬氨酸酯和在25°C下为固体的至少一种芳族胺的第二部分。一种合适的芳族胺为烷基苯胺例如4，4'-亚甲基双0，6_ 二异丙基苯胺)。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多异氰酸酯聚合物(如六亚甲基二异氰酸酯的衍生物)制得。据信本文所述的两部分组合物符合NSF/ANSI标准61-2008的要求。
具体实施例方式本发明提供一种两部分涂料体系，其可以施加到管道内表面从而在高固化速率下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定形特性和对水分的不敏感性，本发明体系特别用作现有饮用水管道翻新用的“原位”施加的内衬。所述两部分涂料组合物的第一部分通常含有至少一种多异氰酸酯，而第二部分含有至少一种多胺。在施加和固化后，涂料组合物包含这种第一和第二组分的反应产物。经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。当两部分涂料组合物包含其它异氰酸酯反应性组分或胺反应性组分时，经反应的涂层也可包含其它基团。所述两部分涂料的第一部分含有一种或多种多异氰酸酯。“多异氰酸酯”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(一NC0)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。环状和/或线性多异氰酸酯可以有利地被采用。异氰酸酯组分的多异氰酸酯优选是脂族的。合适的脂族多异氰酸酯包括六亚甲基-1，6-二异氰酸酯、2，2，4_三甲基六亚甲基二异氰酸酯、异佛乐酮二异氰酸酯、和4，4’ - 二环己基甲烷二异氰酸酯的衍生物。或者，可以采用脂族多异氰酸酯的反应产物或预聚物。第一部分优选含有六亚甲基-1，6-二异氰酸酯(HDI)的一种或多种衍生物。多异氰酸酯优选含有HDI的脲二酮、缩二脲、和/或异氰脲酸酯。一种类型的HDI脲二酮多异氰酸酯可以商品名称“Desmodur N ；3400”得自Bayer Corporation。该材料据报道在25°C下具有约HOmPas的粘度。另一低粘度多异氰酸酯HDI三聚物据报道在23°C下具有约llOOmPas 的粘度，可以商品名称“Desmodur N 3600”得自Bayer Corp.。这类多异氰酸酯通常具有 20-25%的异氰酸酯含量。另一基于HDI的低粘度多异氰酸酯预聚物树脂，据报道在23°C下具有700mPas的粘度，可以商品名称“Desmodur XP 2599”得自Bayer Corp.。优选的脂族多异氰酸酯不含溶剂并基本不含异氰酸酯(HDI)单体，即如根据DIN EN ISO 10 283测得的异氰酸酯(HDI)单体少于0.5%，更优选不大于0.3%。在一些实施例中，第一部分基本上由含有HDI脲二酮基团的单一脂族多异氰酸酯 (如“Desmodur 3400”)组成。这种组合物适用于直径小的管，其中不需要柔韧性(例如至少50%的伸长率％ )。为了提高柔韧性，第一部分通常含有脂族多异氰酸酯的混合物。 在一些实施例中，第一部分包含含有HDI脲二酮基团的脂族多异氰酸酯(如“Desmodur N 3400”)与基于HDI的低粘度多异氰酸酯预聚物树脂(如“Desmodur XP 2599”)以约4 1 至1 4的重量比、优选约4 1至1 1的比例组合的混合物。在其它实施例中，第一部分包含多异氰酸酯HDI三聚物(如“Desmodur N 3600”)与基于HDI的低粘度多异氰酸酯预聚物树脂(如“Desmodur XP 2599”)以约1 4至4 1的重量比、优选约1 1的比例组合的混合物。在另外其它的实施例中，第一部分包含所有三种这类HDI衍生物的混合物，其中这些异氰酸酯组分各自以约10重量％、15重量％、或20重量％固体至约40重量％、50重量％、或60重量％固体的量存在，条件是所述衍生物的量之和等于100%。在其中柔韧性是重要的用于布水管的优选实施例中，第一部分包含量为约30-45 重量％固体的基于HDI的低粘度多异氰酸酯树脂(如“Desmodur XP 2599”)；量大致与低粘度多异氰酸酯的量相等或比低粘度多异氰酸酯的量至多低10重量％的多异氰酸酯HDI 三聚物(如“Desmodur N 3600”)；和约10-30重量％固体的含有HDI脲二酮基团的脂族多异氰酸酯(如 “Desmodur N 3400”)。第一部分还可任选包含非反应性树脂和/或其它“胺反应性树脂”，亦即含有能够与伯胺或仲胺反应的官能团的树脂。可用的材料包括环氧官能化的化合物和含有能够与多胺进行“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)。在一些实施例中，为了促进制造过程中颜料的分散，第一部分含有至少0. 5重量％并且不大于约5重量％的液体环氧树脂。在其它实施例中，例如当旨在将组合物施加在内径较小的管时，为了减少施加和固化过程中涂料的反应热和潜在的收缩，第一部分可包含至多约25重量％、通常优选10重量％至20重量％的液体环氧树脂。各种液体环氧树脂是已知的。环氧树脂包含通常称为“环氧”官能团的反应性环氧化物结构。最简单的环氧树脂为双酚A的二缩水甘油基醚(DGEBA)，其由双酚A和环氧氯丙烷的反应得到。这种液体环氧树脂可以商品名称“D. E. R. 331”从Dow商购得到，其据报道具有的环氧当量重量范围为182-192，在25°C下的粘度为11，000至14，OOOcps并且不含-OH反应位点。两部分涂料的第二部分含有一种或多种多胺。如本文所用的，多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的氢(N-H基团)。在一些实施例中，第二组分含有一种或多种仲胺或者仅由一种或多种仲胺组成。在一种优选的涂料组合物中，如本文所述，胺组分包含至少一种天冬氨酸酯。这种天冬氨酸酯是多官能的。优选的天冬氨酸酯胺具有以下式I
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多异氰酸酯的第一部分，和含有至少一种天冬氨酸酯的第二部分；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到所述管道的内表面；以及d)使所述混合物定形从而形成固化的涂层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述管道为饮用水管道，所述固化的涂层与所述饮用水接触。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述固化的涂层符合NSF/ANSI标准61。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一部分含有基本不含异氰酸酯单体的脂族多异氰酸酯。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述脂族异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯的衍生物。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述天冬氨酸酯具有通式
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述天冬氨酸酯选自以及它们的混合物。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二部分还含有至少一种芳族多胺、脂族仲多胺、或它们的混合物。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第二部分还含有至少一种在25°C下为固体的芳族多胺。
10.根据权利要求1所述的方法，其中液体涂料体系的所述第一部分含有六亚甲基二异氰酸酯的衍生物。
11.根据权利要求1所述的方法，其中用喷雾设备加热并且施加所述液体混合物。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合物的定形时间为约2至5分钟。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述固化的涂层具有按照BSEN ISO 527:1996 测得的至少15MPa的拉伸强度。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述固化的涂层具有按照BSEN ISO 527:1996 测得的至少50%的伸长率。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述固化的涂层在所述管道的内表面上形成连续的内衬。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述内衬在所述管中形成周向裂纹之后仍保持连续。
17.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。
18.一种在管道的表面上形成内衬的方法，所述方法包括以下步骤a)通过合并以下成分来提供涂料组合物 含有至少一种多异氰酸酯的第一部分，和含有至少一种多胺的第二部分； 其中所述涂料的定形时间为2至5分钟；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到直径小于50mm的管道的内表面上，且施加至少5米的长度；以及d)使所述混合物固化从而形成固化的连续内衬。
19.根据权利要求18所述的方法，其中在所述涂料定形之前将所述涂料施加至少20米的长度。
20.一种反应性的两部分涂料组合物，包含 含有至少一种多异氰酸酯的第一部分；和含有至少一种天冬氨酸酯和至少一种在25°C下为固体的芳族胺的第二部分。
21.根据权利要求18所述的反应性的两部分涂料组合物，其中所述芳族胺为烷基苯胺。
22.根据权利要求19所述的反应性的两部分涂料组合物，其中所述芳族胺选自4， 4'-亚甲基双O-异丙基-6-甲基苯胺)、4，4'-亚甲基双0，6_ 二异丙基苯胺)、4， 4'-亚甲基双O-乙基-6-甲基苯胺)、和4，4'-亚甲基双(3-氯-2，6-二乙基苯胺)。
23.根据权利要求18所述的反应性的两部分涂料组合物，其中所述第一部分含有基本不含异氰酸酯单体的脂族多异氰酸酯聚合物。
24.根据权利要求21所述的反应性的两部分涂料组合物，其中所述脂族异氰酸酯聚合物为六亚甲基二异氰酸酯的衍生物。
25.根据权利要求18所述的反应性的两部分涂料组合物，其中所述天冬氨酸酯具有通式
26.根据权利要求23所述的反应性的两部分涂料组合物，其中所述天冬氨酸酯选自以及它们的混合物。
全文摘要
本发明公开了一种用两部分涂料组合物在(例如饮用水)管道的(例如内)表面上形成涂层的方法，所述两部分涂料组合物包含含有至少一种多异氰酸酯的第一部分和含有至少一种天冬氨酸酯的第二部分。还描述了一种反应性的两部分涂料组合物，该反应性的两部分涂料组合物包含含有至少一种多异氰酸酯的第一部分；以及含有至少一种天冬氨酸酯和在25℃下为固体的至少一种芳族胺的第二部分。
文档编号C08G18/32GK102428115SQ201080021857
公开日2012年4月25日 申请日期2010年4月8日 优先权日2009年4月16日
发明者伊恩·鲁滨逊, 斯图尔特·E·福雷斯, 迈克尔·J·科哈诺维奇 申请人:3M创新有限公司