CN102753994B - 海洋防结垢系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种地震等浮电缆的防生物结垢套壳，所述套壳包括外皮，所述外皮包含基础材料和分子添加剂的混合物，其中分子添加剂处于整个基础材料中以及分子添加剂配置为使得防生物结垢套壳的外表面具有高的接触角和/或低表面能，以防止活生物体对其的附着。外皮可构成地震等浮电缆的套壳/皮，使得等浮电缆皮包含基础材料和处于整个等浮电缆皮中的疏水分子添加剂。

Description

海洋防结垢系统和方法

背景技术

生物结垢，海洋生物对海洋设备和船只的附着，可对海上作业产生严重问题。对于海洋地震勘探、生物结垢，其通常是藤壶结垢/附着，对于地震行业是成本昂贵的问题。例如，拖曳如图1所示的被海洋生物如藤壶结垢的等浮电缆，可由于引发的阻力或湍流增强，导致拖船油耗增加。而且，严重结垢的等浮电缆的质量可能导致等浮电缆部件在所产生的应力下破裂。此外，在操作后，在等浮电缆被卷回到船只前，必须物理方法去除附着的海洋生物，如藤壶等。这个去除过程是耗时的、人工的、机械释放过程，其因生产时间的损失以及增加的劳动花费以及对地震等浮电缆完整性的潜在破坏导致的经济损失可达到极限。

一种典型的地震等浮电缆包括全部设置在聚氨酯套壳中的传感器、加强件和封装电缆。套壳可由挤出的柔性聚氨酯管道层或类似物制造，其可起到保护等浮电缆组件免受海洋环境影响的作用。正是该套壳的外表面提供了适合生物结垢，如藤壶定植的表面。虽然套壳材料，如聚氨酯，通常难以化学或生物附着，但生物结垢，尤其是藤壶的结垢，是海洋地震行业中的问题。

在藤壶定植过程中，有几个达到高潮的步骤。一旦等浮电缆表面浸泡在水中，立即被薄薄的主要由蛋白质和其他溶解的有机分子构成的“条件化”膜覆盖。该初始步骤后随之将会附着单浮游菌。一旦附着，细菌开始产生外多糖(“EPS”)层，这导致在细菌间形成网络且增强对浸没表面的附着。这个过程通常称为微结垢并导致形成生物膜。微结垢过程被认为对随后大结垢物(如藤壶)的快速定植具有巨大贡献，因为富生物质的生物膜提供了容易利用的食物来源。

长期以来，防结垢漆一直是防止钢壳海上船只大面积生物污着的最有效的方法。在这种漆中，由这种漆释放浸出杀生物剂或重金属化合物，如三丁基氧化锡(“TBTO”)，以抑制微生物附着。通常，这些漆是带有与聚合物酯键连接的三丁基锡基的丙烯酸聚合物构成。有机锡部分具有生物杀灭性能且对于所附着的生物为剧毒性的。三丁基锡化合物是史上最有效的预防生物结垢的化合物，可提供多达几年的保护。

不幸的是，三丁基锡化合物对非目标海洋生物体也有毒。此外，三丁基锡化合物在水中不可生物降解，其结果是该化合物可在水中积聚并危害环境。因此，国际海事组织(“IMO”)于2003年禁止了三丁基锡化合物的应用，并要求到2008年在全球清除所有TBT涂料。因此已经寻求总毒性低得多并因此更符合环保要求的防止海洋生物结垢的替代对策。

在地震行业中，防止用于采集地震数据的地震等浮电缆生物结垢的系统和方法包括，对等浮电缆皮涂漆或附着涂层；地震等浮电缆的皮通常是包围地震等浮电缆的传感器系统的聚氨酯层/包膜。因此，以前地震等浮电缆的防结垢策略主要集中在两种不同的方式上。

地震等浮电缆防结垢的第一总策略是基于将杀生物剂化合物用在等浮电缆皮上。已知广泛系列的化学品其性质是抗微生物的。这些抗微生物的化学品包括多种聚合物，如聚氧化乙烯、聚丙烯酰胺，季铵盐如苯扎氯铵和有机化合物如敌草隆。对于地震等浮电缆，已经将对于定栖在管表面的生物具有生物活性的化合物用于等浮电缆皮，并因此作为定栖后策略起作用。使用杀生物剂的防结垢方法的一个问题是，虽然杀生物剂杀死了等浮电缆表面上的生物体，但生物体不会从表面上被去除。正因为如此，生物结垢表面仍然保留在等浮电缆上，并可能作为持续结垢/新的生物结垢的定植初始点。

第二种防止地震等浮电缆生物结垢的方法涉及将基于硅氧烷的涂层施加到等浮电缆皮，所述涂层由于产生疏水/高接触角的等浮电缆表面而起到防止初始附着的作用，或帮助去除大的结垢生物体。硅氧烷具有使其可作为防结垢涂料的独特性质。基于硅氧烷的涂层通常是基于将聚二甲基硅氧烷(“PDMS”)引入涂到地震等浮电缆表面的涂层中。PDMS包含引起低表面能(20-24mJ/m²)的甲基(-CH₃)侧链，和产生极低弹性模量(约1MPa)的柔性无机氧化硅(-Si-O)主链连接。这两种PDMS性质被认为对于硅氧烷涂层的低附着性是关键的。

典型的地震等浮电缆皮包含聚氨酯，聚氨酯是一种难以用化学或物理方法附着现有技术的疏水性/高接触角防结垢涂层的基材。解决硅氧烷聚合物与聚氨酯的化学附着以及老化产生的聚合物涂层分解/破坏问题的方法是基于将中间层(连接涂层)应用到聚氨酯上，然后施用通过热固化工艺附着到中间连接涂层的硅氧烷弹性体涂层。然而，在现场实验中，虽然证明了这种方式施用于等浮电缆皮上的硅氧烷外层在短期内可防止藤壶结垢，但在一段时间后，观察到硅氧烷弹性体外涂层的脱层。此外，在现场测试中，在地震激发(seismicshooting)之前和之后，在将等浮电缆收卷到船只上以及将等浮电缆从船只上卷放到海中的操作过程中涂层与聚氨酯管的脱层加重了。硅氧烷涂层与聚氨酯等浮电缆皮脱层的倾向是涂层的固有性质，这是由于涂层的固有低耐磨性。值得注意的是，在等浮电缆分层最为明显的区域，观察到了等浮电缆表面上藤壶的快速定植。事实上，层压硅氧烷聚合物涂层的现有技术方法在长期运行中实际上增加了生物结垢。

如上所讨论的，以前解决地震等浮电缆的生物结垢问题的方法已将涂料或油漆涂到等浮电缆皮上。将涂层和油漆施用到等浮电缆上已经进行，因为涂料和油漆可以直接施用于所形成的等浮电缆套壳/皮，并因此，尤其是没有关于涂层和/或油漆与等浮电缆的成分相互作用，对等浮电缆的强度或操作性能产生不良影响，对等浮电缆皮的生产产生不良影响和/或与地震等浮电缆的内部元件相互作用的问题；例如，许多地震等浮电缆包含在等浮电缆中作为孔隙填充材料的煤油，且煤油可能不利地与涂料或油漆的成分相互作用。作为生物结垢的解决方法，施加于地震等浮电缆的皮上的涂料和油漆一直不是有效的，因为在现场条件下这种涂料和油漆的分解/解体/脱层。

发明概述

在本发明的一种实施方式中，提供地震等浮电缆的防生物结垢的套壳，所述套壳包括外皮，所述外皮包括基础材料和分子添加剂的混合物，其中所述分子添加剂处于整个基础材料中且所配置的所述分子添加剂使得防生物结垢套壳的外表面具有高接触角/低表面能，以防止活生物体对其的附着。在本发明的某些方面，所述外皮构成等浮电缆的整个套壳，使得所述等浮电缆皮包括基础材料和处于整个等浮电缆皮中的分子添加剂。

在本发明的一个方面，所配置的添加剂的分子量使得所述添加剂选择性地迁移到防生物结垢套壳的表面。仅作为举例的方式，所配置的添加剂可具有高或超高分子量以提供向防生物结垢套壳的表面的选择性迁移。

在本发明的另一个实施方式中，防生物结垢套壳还包括内皮，其中内皮包括基础材料但不含分子添加剂，在这样的实施方式中，内皮和外皮构成多层套壳，其中内皮和外皮粘合在一起并可施加于等浮电缆上。在某些方面，为了制造多层套壳，内皮和外皮可同时热挤出以提供内皮和外皮的粘合。

在本发明的一个实施方式中，提供一种利用包含基础材料和分子添加剂的防生物结垢套壳制造地震等浮电缆的方法，其中将所述防生物结垢套壳热挤出至地震等浮电缆上。在本发明的另一个实施方式中，提供制造地震等浮电缆的方法，其中包含基础材料和分子添加剂的外皮与包含基础材料的内皮同时热挤出到地震等浮电缆上。

在本发明的一种实施方式中，提供一种制造地震等浮电缆的防生物结垢套壳的方法，所述方法包括将基础材料和分子添加剂混合，其中所配置的所述分子添加剂赋予防生物结垢套壳的外表面疏水性/低表面能，以防止活生物体对其的附着，以及将所述基础材料和分子添加剂的混合物热挤出。

附图说明

在附图中，类似的组件和/或特征可具有相同的附图标记。此外，同一类型的多个组件可以由在附图标记之后跟随破折号和在类似组件之间进行区分的第二标记进行区别。如果在说明书中仅用第一附图标记，则该描述适合于具有同样的第一附图标记而不考虑第二标记的任何类似组件之一。

通过以下的详细说明和附图，将更全面了解本发明，其中：

图1说明海洋地震等浮电缆的生物结垢；

图2说明海洋地震等浮电缆的横截面；

图3A显示生物体与聚氨酯表面的有效水性粘胶附着的接触角；

图3B说明在聚氨酯表面上的接触角；

图3C说明生物体与硅涂覆的聚氨酯表面的非有效水性粘胶附着的接触角；

图4A说明根据本发明的一种实施方式处于整个等浮电缆皮中的防结垢添加剂；

图4B说明根据本发明的一种实施方式防结垢添加剂向等浮电缆表面的迁移。

图4C说明根据本发明的一种实施方式的等浮电缆皮，其包括外皮和内皮，所述外皮包含基础材料和防生物结垢添加剂以及所述内皮包含基础材料；

图5A和5B说明根据本发明的一种实施方式，由未经处理的聚氨酯和包含防生物结垢添加剂的聚氨酯产生的接触角；以及

图6是说明根据本发明的一种实施方式制造防生物结垢的地震等浮电缆皮的方法的流程图。

发明详述

随后的描述仅是提供优选的示例性实施方式，并非用于限制本发明的范围、适用性或构成。相反，随后描述的优选示例性实施方式将使本领域技术人员能够实施本发明的优选实施方式。应了解在不偏离所附权利要求给出的本发明范围的前提下，可以进行功能和成分排列上的多种变化。

以下提供详细说明以充分了解实施方式。然而，本领域技术人员应理解实施方式可在没有这些具体描述的情况下实施。例如，为了不以不必要的细节使实施方式模糊，流程可用框图表示。在其他情形中，人们熟知的流程、工艺、算法、结构和技术，可在没有不必要的细节的情况下显示，以避免使实施方式不清楚。

同时，应注意，这些实施方式可作为工艺进行描述，其作为流程图、流程示意图、数据流程图、结构图、或框图描述。虽然流程图可以将操作描述为顺序的过程，但很多操作可以平行或同时进行。此外，可以重新排列操作的顺序。当操作完成时过程终止，但可有图中未包含的其他步骤。过程可对应方法、功能、程序、子程序等。当过程对应于功能时，其终止相当于该功能返回到调用功能或主功能。

此外，如本文所公开的，术语“存储介质”可以代表一个或多个存储数据的设备，包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁性RAM、磁心存储器、磁盘存储介质、光存储介质、闪存设备和/或其他用于存储信息的机器可读介质。术语“计算机可读介质”包括但不限于便携式或固定的存储设备、光存储设备，无线信道和其他多种能够存储、包含或载有指令和/或数据的介质。

此外，实施方式可通过硬件、软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言的硬件，或其任何组合实施。当以软件、固件、中间件或微代码实施时，执行必要任务的程序代码或代码段可以存储在机器可读介质如存储介质中。处理器可执行必要的任务。代码段可代表过程、函数、子程序、程序、例程、子例程、模块、软件包、类别或指令、数据结构或程序语句的任意组合。通过发送和/或接收信息、数据、自变量、参数、或存储内容，代码段可与另一个代码段或硬件电路耦合。可以通过任何适当的手段，包括存储器共享、信息传递、令牌传递、网络传输等传递、发送或传输信息、自变量、参数、数据等。

如上所述，在地震行业中长期需要一种防生物结垢的系统，以防止地震等浮电缆的生物结垢，生物结垢干扰等浮电缆的运行，并需要昂贵的维护操作。更具体地，长期需要解决对于涂层策略为固有的问题的防生物结垢系统，特别是差的涂层附着，在暴露或使用过程中过早与聚氨酯表面涂层脱离。

图2说明了海洋地震等浮电缆的横截面。等浮电缆10包括中央芯12，其具有由加强件16包围的传输线束14。中央芯12通常在增加传感器和/或传感器电子装置之前预先制造。用来连接传感器和传感器电子装置的局部布线18也设置在等浮电缆10中的本体20和皮22内。在某些方面，本体20可包括聚合物本体，用于保持等浮电缆10的内部机构的支持结构和/或类似物。

本体20可填充有液体、凝胶、固体和/或类似物，以提供等浮电缆10的内部机构与等浮电缆周围的水体的连通。一般情况下，地震等浮电缆充满液体煤油，以提供等浮电缆10的内部机构与等浮电缆周围的水体的连通。如此，对于皮22的成分，皮22的组成一直是个问题，因为煤油可与套壳22的某些成分产生不利的相互作用。

在等浮电缆10内设置布线18的典型方式是将线以一定捻距(或节距)缠绕到中央芯12上以允许等浮电缆10拉伸循环和弯曲而不在线中产生高的应力。电缆中的布线层通常与中央芯12一起预先制造。

在本发明的一些实施方式中，等浮电缆10可包括流体等浮电缆，其包含流体如煤油。在本发明的其他实施方式中，等浮电缆10可包含由固体/凝胶型材料设置在等浮电缆10的芯周围的固体等浮电缆。仅作为实施例，对于固体等浮电缆，可能重要的是防止生物结垢以便可适当保持固体等浮电缆以及固体等浮电缆的适当操作。因此，通过利用根据本发明实施方式的防生物结垢系统和方法，可增强固体等浮电缆的操作。

图3A是显示海洋生物如何附着于表面的示意图。如所描述的，藤壶(未显示)使用水性粘胶50附着到聚氨酯表面60。水性粘胶50包含由藤壶幼虫分泌的能附着的蛋白和多糖的水基混合物。初始附着由亲水性表面如典型的地震等浮电缆表面的存在而促进，其中亲水表面提供了小于90度的接触角60。

图3B说明了未经处理的聚氨酯等浮电缆套壳的接触角。图3中地震等浮电缆的未经处理的皮70是相对水润湿的，其接触角75为约68.70°。因此，未经处理的皮70是亲水的且容易被生物结垢。

图3C是显示如何通过提供疏水表面(接触角大于90度)减少海洋生物体对表面的初始附着的示意图。如图3C所示的，经处理过的表面80包含具有硅涂层的聚氨酯。硅涂层导致经处理的表面80的接触角85大于90度。接触角85大于90度的结果，海洋生物体(未显示)，在这个例子中是藤壶幼虫，不能利用水性粘胶50附着到处理过的表面80，该水性粘胶包含分泌的蛋白质和多糖的水基混合物。

地震等浮电缆皮的接触角的改变可通过施加涂层实现。通过施加包含氨基烷基官能化的聚二甲基硅氧烷的硅氧烷涂层，观察到了接触角的大的变化。然而，这种硅氧烷涂层非常难以施加到等浮电缆皮上，这是由于该涂层和地震等浮电缆的聚氨酯的化学性质的差别产生的。此外，申请人观察到，在40℃盐水中的老化过程对涂覆的聚氨酯等浮电缆皮有影响，导致涂层从等浮电缆表面脱离。由于老化导致的这种涂层的脱离使原聚氨酯的区域暴露并有生物结垢的风险。

如上所讨论的，由于涂层方案固有的问题，特别是差的附着和在暴露或使用过程中过早与聚氨酯表面脱离的问题，需要一种替代方法以产生尤其持久的防结垢技术，其可在地震等浮电缆工作的长时间内防止生物结垢。

图4A说明根据本发明的一种实施方式处于整个等浮电缆皮中的防结垢添加剂。在本发明的一种实施方式中，等浮电缆皮222，也常常被称为外罩，等浮电缆套壳和/或类似物-用于包含拖曳的地震等浮电缆阵列的声学设备(未显示)。在本发明的一种实施方式中，等浮电缆皮222包括基础材料222A，如聚氨酯、热塑性聚氨酯(“TPU”)和/或类似物。基础材料222A还可包含氨基甲酸乙酯、聚氯乙烯、聚乙烯和/或类似物。一般来说，聚氨酯是最广泛用于地震等浮电缆的材料。

在本发明的一种实施方式中，防结垢添加剂222B处于整个等浮电缆皮222中。在本发明的一种实施方式中，防结垢添加剂222B可包含设置用于增加等浮电缆皮222的表面疏水性和/或减小等浮电缆皮222的表面能的化合物。等浮电缆皮222的疏水性可通过增加等浮电缆皮222的接触角来提高。

为了使防结垢添加剂222B处于整个等浮电缆皮222中，防结垢添加剂222B可与等浮电缆皮222的基础材料222A混合，然后等浮电缆皮222被挤出到地震等浮电缆上。仅作为举例的方式，使防结垢添加剂222B处于整个等浮电缆皮222中的一种方法是将防结垢添加剂222B添加到熔融形式的基础材料222A中。另一种方法是取防结垢添加剂222B和基础材料222A的粒料并使粒料一起熔化。掺和或混合技术可用于使防结垢添加剂222B与基础材料222A混合。在本发明的其他方面，其他方法可用于掺和或混合防结垢添加剂222B与基础材料222A。在本发明的一种实施方式中，基础材料222A和防结垢添加剂222B的混合物可被热挤出到地震等浮电缆上。

通过混合防结垢添加剂222B和基础材料222A产生等浮电缆皮，控制等浮电缆皮的接触角，而无需将涂层施加到等浮电缆皮。因此，根据本发明的一种实施方式，等浮电缆皮提供一种持久和有效的防生物结垢的等浮电缆皮，而没有与涂覆的等浮电缆皮有关的不利性能。申请人已确定包含基础材料222A和防结垢添加剂222B的等浮电缆皮可持久和有效地作为等浮电缆皮。而且根据本发明的一种实施方式的等浮电缆皮可在等浮电缆皮的内表面210B和外表面210A中都存在防结垢添加剂222B。根据本发明的一种实施方式，在内表面210B上存在防结垢添加剂222B可便于将等浮电缆皮挤出到固体或凝胶的等浮电缆上。仅作为举例的方式，当防结垢添加剂222B是硅时，硅可有助于将等浮电缆皮挤出到固体或凝胶的等浮电缆上。

如图4B所示，在本发明的一种实施方式中，防结垢添加剂222B可包含优先迁移到等浮电缆皮222的内表面210B和/或外表面210A的化合物、聚合物或类似物。为了使防结垢添加剂222B迁移到内表面210B和外表面210A，在本发明的一个方面，防结垢添加剂222B可包含超高分子量或高分子量成分或化合物。在本发明的一个方面，超高分子量或高分子量成分或化合物趋于在等浮电缆222中优先向等浮电缆222的内表面210B和/或外表面210A迁移。因此，超高分子量或高分子量成分或化合物提供了一种将添加剂引入整个等浮电缆皮222的手段，这增加等浮电缆皮222的表面上的效果。这可不使用油漆或涂料而提供表面效果。

仅作为举例的方式，在本发明的某些方面，超高分子量或高分子量成分/化合物可包括超高或高分子量硅氧烷聚合物。可在不同塑性载体树脂中以粒料形式提供这种高/超高分子量硅氧烷聚合物，且这些粒料可熔融并与TPU熔体混合。其他超高分子量或高分子量成分或化合物可包括氟聚合物、硅聚合物和/或类似物。

在本发明的其他方面，超高分子量或高分子量成分/化合物可包括硅氧烷胶。在这些方面，硅氧烷胶可用于形成聚合物熔体中的分散体，其可在挤出等浮电缆皮之前混合。其他超高分子量或高分子量成分/化合物可用于本发明的其他实施方式，其中超高分子量或高分子量成分/化合物包括疏水部分，如氟、硅氧烷和/或类似物，以及基础材料，如可用于赋予化合物高分子量的聚合物，高分子量导致化合物迁移到表面。仅作为举例的方式，这种高分子量添加剂可包括高分子量聚乙烯物质，超高分子量聚乙烯物质和/或氟或硅衍生化的高分子量聚乙烯的物质或氟或硅衍生化的超高分子量聚乙烯物质。

在本发明的实施方式中，氟-聚合物、硅氧烷、硅氧烷衍生物、氟-硅氧烷、高分子量聚乙烯物质和/或类似物分布于整个等浮电缆皮222中。根据本发明的一种实施方式，氟聚合物、硅氧烷、硅氧烷衍生物、氟-硅氧烷、高分子量聚乙烯物质在等浮电缆皮222上形成可调节的防结垢屏障。除了防结垢添加剂222B外，杀生物剂(未显示)也可处于整个等浮电缆皮222中以提供对生物结垢的二次防御。

在本发明的一种实施方式中，防结垢添加剂222B在整个基础材料222A和/或等浮电缆皮222中的分布使得在外表面210A具有防结垢添加剂222B，在此防结垢添加剂222B起到增加外表面210A的接触角和/或减小外表面210A的表面能的作用，以防止等浮电缆皮222的生物结垢。通过使防结垢添加剂222B处于整个基础材料222A和/或等浮电缆皮222中，避免在等浮电缆上施加油漆和/或涂层所具有的不利影响，如脱层、侵蚀和/或类似情况。

在本发明的实施方式中，通过使防结垢添加剂222B处于整个基础材料222A和/或等浮电缆皮222中，防结垢添加剂222B存在于等浮电缆皮222的内表面210B。在本发明的地震等浮电缆包含煤油填充材料的某些方面，可选择防结垢添加剂222B以防止煤油与防结垢添加剂222B之间的不良的相互作用。例如，在本发明的某些方面，防结垢添加剂222B可包括特氟龙、PTFE、聚乙烯或类似物。

然而，不可能或不希望选择与煤油进行不利的相互作用的防结垢添加剂。此外，等浮电缆皮由多层聚合物构成可能是所希望的。例如多层聚合物皮的层可配置为使得外层具有硬的弹性、不可渗透性表面且内层提供符合等浮电缆的内部结构的更韧性层。

图4C说明根据本发明的一种实施方式的多层聚合物等浮电缆皮。根据本发明的一种实施方式，等浮电缆套壳的外皮230包含基础材料222A和防结垢添加剂222B，其中防结垢添加剂222B处于整个外皮230中。内皮240可以由基础材料222A组成。在本发明的一种实施方式中，外皮230和内皮240同时热挤出以形成多层聚合物。通过同时热挤出外皮230和内皮240，外皮230中的基础材料222A与内皮240中的基础材料222A热相互作用，提供外皮230和内皮240的有效整合。在这种方式下，与在外皮230和内皮240之间具有边界层不同，外皮230和内皮240彼此粘合以有效形成多层聚合物。外皮230与内皮240的这种粘合，不像防结垢涂层，不会使外皮230与内皮240脱层。在本发明的实施方式中，外皮230和内皮240可同时热挤出到地震等浮电缆上。在某些方面，该地震等浮电缆可包含煤油填料、固体填料和/或凝胶填料。

在本发明的一些实施方案中，防结垢等浮电缆套壳可应用于包含固体、凝胶和/或类似的填料(未显示)的地震等浮电缆中。仅作为举例的方式，固体/凝胶填料可包括Kraton热凝胶或其他形式的热凝胶以及热凝胶可与材料，如IsoperM或类似物混合。在这样的实施方式中，防结垢添加剂222B在内表面201B上的存在可以不会造成防结垢添加剂222B与固体/凝胶填料之间的不良相互作用。因此，在本发明的实施方式中，氟聚合物、硅氧烷、硅氧烷衍生物、氟-硅氧烷、高分子量聚乙烯物质和/或类似物可用作用于包含固体/凝胶填料的地震等浮电缆的防结垢添加剂222B。此外，在本发明的某些方面，内表面210B处存在防结垢添加剂可提供固体/凝胶填料型地震等浮电缆的改善的制造。

在本发明的实施方式中，防结垢添加剂222B处于整个基础材料222A和/或等浮电缆皮222中，使得等浮电缆皮222的外表面210A没有涂层或油漆。在本发明的某些方面，外表面210A可经热处理或类似处理以成为有光泽的硬表面。在本发明的实施方式中，可提供外表面210A使得其是未掺杂的、光滑的、坚硬而有光泽的和/或类似性质的，这样的表面可有助与外表面210A的增加的接触角/低表面能结合，从而防止生物结垢。

作为一种非限制性例子，在本发明的实施方式中，防结垢添加剂222B可能包括氟代脂族硬脂酸酯氟表面活性剂(如MASURFFS-1400)。MASURFFS-1400被称为“聚合物熔体添加剂”，并具有100％活性的淡褐色固体形式。在本发明的实施方式中，添加剂，如MASURFFS-1400或类似物，在挤出过程中迁移到聚氨酯基质的表面。因此，防结垢添加剂优先集中在结垢生物体定植的位置。

在本发明的实施方式中，防结垢添加剂222B可占等浮电缆皮222的每百万10-100份的水平。防结垢添加剂222B的这种浓度水平尤其可降低制造成本。此外，在本发明的这类实施方式中，因为防结垢添加剂222B以这样低的浓度引入等浮电缆皮222中，等浮电缆皮222，即等浮电缆皮222的聚氨酯基础材料或类似物的本体性能(如硬度、拉伸强度、渗透性等)不会过分受到影响。

在其他实施方式中，高分子量聚乙烯物质可用作防结垢添加剂222B。仅通过举例的方式，这种分子可从InhanceProduct得到(例如从UH1000系列)。在本发明的某些方面，UH1000或类似物可在等浮电缆皮222挤出之前，通过熔融混合过程与基础材料222A混合。UH1000可提供对等浮电缆皮222的表面的接触角/表面能改善。

图5A说明了聚氨酯等浮电缆皮的表面的未经处理的表面320的接触角310。如图5A所示，未经处理的表面320包含聚氨酯且是相对水润湿的，产生的接触角310(水在空气中的接触角)为78度，即亲水性表面。

图5B说明了聚氨酯等浮电缆皮的经处理过的表面340的接触角330。聚氨酯等浮电缆皮包含分散于整个等浮电缆皮中的防结垢添加剂。如图5B所示，聚氨酯包含15％浓度的UH1000添加剂，这种组合提供接触角340为102度，即疏水性表面。

在另一种实施方式中，防结垢添加剂可包括微粉化的聚四氟乙烯(PTFE)，如Polymist554。在该实施方式中，PTFE可在熔融加工阶段与等浮电缆皮的基础材料混合。然后，在本发明的某些方面，得到的混合物加热并挤出成粒料。在本发明的一些实施方式中，接着，粒料可热挤出形成所需规格(外径、内径、长度等)的等浮电缆皮。

如上所述的，防结垢添加剂可包括氟聚合物、硅氧烷、硅氧烷衍生物、氟硅氧烷、高分子量聚乙烯物质和/或类似物。在本发明的一种实施方式中，一种或多种此类防结垢添加剂在整个等浮电缆皮中的分布可使等浮电缆皮的表面的接触角大于100度，大于110度或大于120度。较高的接触角防止生物体附着到等浮电缆皮上。

虽然在一些实施方式中防结垢添加剂采用了固体形式，但在其他实施方式中防结垢添加剂可包括液体添加剂。仅作为举例的方式，在本发明的某些方面，液体防结垢添加剂可通过预备阶段添加到等浮电缆皮制造的熔融加工阶段。在这样的一种实施方式中，基础材料，如TPU，可被包覆在液体防结垢添加剂，即聚二甲基硅氧烷(PDMS，液体)中并干燥。仅作为举例的方式，在某些方面，涂覆的TPU可在65℃和氮气气氛下干燥。然后改性的TPU的可被熔融、挤出、成粒料并与未改性的TPU混合生成包含TPU和防结垢添加剂的混合物的改性TPU。本发明的这种实施方式提供了包含任何液体基硅氧烷、氟聚合物、氟硅氧烷作为防结垢添加剂的物质的用途。

本发明的一些实施方式提供了通过在生产过程中添加氟聚合物、硅氧烷，氟硅氧烷或高分子聚乙烯添加剂来对等浮电缆皮(所述等浮电缆皮可包含聚氨酯、TPU或类似物)的表面性能的改进。硅氧烷可处于整个等浮电缆皮中，以减少表面能和增加等浮电缆皮的接触角。氟化聚合物具有甚至比硅氧烷更低的表面能，因此，这些材料在本发明的某些实施方案中用作防结垢添加剂。氟聚合物的低表面能来自C-F键的低的键极化。

在本发明的实施方式中，除了防结垢添加剂，等浮电缆皮还可包含杀生物剂添加剂。在某些方面，杀生物剂可采用，但不限于，银、氧化铜或氧化锌的纳米颗粒的形式、季铵盐和有机物质如苯甲酸、鞣酸或辣椒素。在本发明的实施方式中，杀生物剂可在与等浮电缆皮的基础材料混合之前与防结垢添加剂混合。在其他实施方式中，杀生物剂材料可涂在等浮电缆皮上，所述等浮电缆皮包含处于其整体中的防结垢添加剂。杀生物剂成分可防止海洋生物，包括微型结垢物(这是大结垢物的食物来源)，在地震等浮电缆上积聚。在其他方面，杀生物剂可与多层聚合物等浮电缆皮的内皮混合。

图6说明了具有接触角改进添加剂处于等浮电缆皮的至少整个一层的地震等浮电缆皮的制造方法。在步骤410中，接触角改进添加剂与形成等浮电缆皮的基础材料混合。接触角改进添加剂包括，当存在于基础材料表面时改进表面接触角的添加剂。如上所述的，接触角改进添加剂可包括氟聚合物、硅氧烷，硅衍生物、氟硅氧烷、高分子量聚乙烯物质和/或可增加表面的接触角并由此防止生物体对表面的附着的类似物。在步骤410，杀生物剂或类似物也可与基础材料混合。

在一些实施方式中，在步骤410，接触角改进添加剂可与基础材料的一部分混合。如上所述的，等浮电缆皮的基础材料可包含聚氨酯、TPU和/或类似物。在某些方面，接触角改进添加剂和部分基础材料的混合物可加热并转化成粒料。在其他实施方式中，接触角改进添加剂可以粒料的形式提供并与基础材料的粒料一起加热，使接触角改进添加剂和基础材料混合。在其他实施方式中，接触角改进添加剂可直接混入基础材料的加热混合物中。

在步骤420，接触角改进添加剂和基础材料的混合物可热挤出到地震等浮电缆上。在本发明的接触角改进添加剂已与部分基础材料混合并转化为粒料的方面，这些粒料可与基体材料的粒料混合并热挤出到地震等浮电缆上。在本发明的接触角改进添加剂已与基础材料混合并转化为粒料的方面，这些粒料可热挤出到地震等浮电缆上。在其他方面，基础材料可加热、与接触角改进添加剂混合并挤出到地震等浮电缆上。在本发明的某些方面，地震等浮电缆可包含煤油填料以及接触角改进添加剂与基础材料的混合物可在未包含接触角改进添加剂的地震等浮电缆上挤出和/或共挤出。

在步骤430，可提供内皮混合物。内皮混合物可包含聚氨酯、TPU或类似物。内皮混合物可以是粒料、颗粒或类似的形式。在本发明的某些方面，内皮混合物可包含与杀生物剂(银、铜等的微米/纳米颗粒)熔融混合的聚氨酯、TPU和/或类似物，其然后挤出并颗粒化/粒料化以得到内皮粒料。

在步骤440，接触角改进添加剂和基础材料的混合物以及内皮混合物都可熔化并同时挤出到地震等浮电缆上。以这种方式，两混合物(接触角改进添加剂和基础材料的混合物以及内皮混合物)可用于形成在挤出过程中自身不会塌陷的自支撑管。接触角改进添加剂和基础材料的混合物可挤出到内皮上以形成多(双)层聚氨酯基管。在某些方面，接触角改进添加剂和基础材料的混合物以及内皮混合物可同时热挤出以形成多层聚合物，且该多层聚合物接着可挤出到地震等浮电缆上。在本发明的一些方面，内皮混合物和外皮混合物同时热挤出以使两种混合物彼此粘合。

在本发明的一种实施方式中，外套壳构成为包括高接触角、低表面能的表面以及内皮构成为包括生物杀灭性质。在本发明的一些方面，接触角改进添加剂和基础材料的混合物中的基础材料与内皮混合物是相同的，由此，通过同时热挤出两种混合物使两种混合物彼此粘合，所形成的整个多层聚合物层上基础材料有效整合，从而防止当涂层施加于等浮电缆皮时发生的解体、脱层问题。

虽然以上结合具体设备和方法对本公开的主要部分进行了描述，但应清楚了解本说明书仅作为举例的方式进行，并不对本发明的范围构成限制。

Claims (31)

1.地震等浮电缆的防生物结垢套壳，包括：

外皮，所述外皮包含基础材料和分子添加剂的混合物，其中，

分子添加剂处于整个基础材料内；以及

所配置的分子添加剂使得防生物结垢套壳的外表面具有高的接触角和/或低的表面能，以防止活生物体对其的附着；和

所配置的分子添加剂使得外表面的接触角大于80、90、100和110度中的至少一个。

2.权利要求1的防生物结垢套壳，还包括：

内皮，所述内皮包含基础材料，其中内皮和外皮构成多层套壳。

3.权利要求2的防生物结垢套壳，其中外皮与内皮粘合。

4.权利要求3的防生物结垢套壳，其中外皮与内皮的粘合是通过加热并共挤出外皮和内皮来进行的。

5.权利要求1的防生物结垢套壳，其中基础材料包含聚氨酯、热塑性聚氨酯、氨基甲酸乙酯、聚氯乙烯和聚乙烯中的一种。

6.权利要求1的防生物结垢套壳，其中分子添加剂包含氟衍生的聚合物、硅氧烷、硅衍生的聚合物、氟硅氧烷、高分子量聚乙烯、氟衍生的高分子量聚乙烯和硅衍生的高分子量聚乙烯中的一种。

7.权利要求1的防生物结垢套壳，其中分子添加剂包括聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯、氟代脂族硬脂酸酯氟表面活性剂中的至少一种。

8.权利要求1的防生物结垢套壳，其中分子添加剂包括超高分子量或高分子量化合物，其中超高分子量或高分子量化合物包含疏水性部分。

9.权利要求8的防生物结垢套壳，其中超高分子量或高分子量化合物包括硅氧烷胶和硅氧烷聚合物中的至少一种。

10.权利要求8的防生物结垢套壳，其中疏水性部分包括氟、氟衍生物、硅和硅衍生物中的至少一种。

11.权利要求1的防生物结垢套壳，其中分子添加剂占外皮的大于0至15重量％。

12.权利要求1的防生物结垢的套壳，还包括：

等浮电缆本体，其中：

所述等浮电缆本体包括一个或多个传感器、加强件和填料；以及

防生物结垢套壳覆盖等浮电缆本体的外部。

13.权利要求12的防生物结垢套壳，其中填料包括至少一种煤油。

14.权利要求12的防生物结垢套壳，其中填料包括固体材料和凝胶中的至少一种。

15.权利要求1的防生物结垢套壳，还包含杀生物剂。

16.权利要求2的防生物结垢套壳，其中内皮包括杀生物剂。

17.权利要求15或16的防生物结垢套壳，其中杀生物剂包括聚氧化乙烯、聚丙烯酰胺、季铵盐、氯化物和有机化合物以及银、氧化铜或氧化锌的纳米颗粒/微粒中的一种。

18.权利要求17的防生物结垢套壳，其中所述季铵盐是苯扎氯铵。

19.权利要求17的防生物结垢套壳，其中所述有机化合物是敌草隆、苯甲酸、鞣酸或辣椒素。

20.权利要求1的防生物结垢套壳，其中基础材料和分子添加剂的混合物是通过热挤出包含基础材料的第一组粒料和包含分子添加剂的第二组粒料而生产的。

21.权利要求1的防生物结垢套壳，其中基础材料和分子添加剂的混合物是通过熔融混合基础材料和分子添加剂、并热挤出所述混合物而生产的。

22.权利要求1的防生物结垢套壳，其中所述套壳包括光滑的外表面。

23.一种利用权利要求1的防生物结垢套壳制造地震等浮电缆的方法，包括：

将防生物结垢套壳挤出到地震等浮电缆上。

24.一种利用权利要求2的防生物结垢套壳制造地震等浮电缆皮的方法，包括：

将内皮和外皮共挤出以形成地震等浮电缆皮。

25.根据权利要求23所述的制造地震等浮电缆皮的方法，还包括：

同时热挤出内皮和外皮以将内皮与外皮粘合。

26.根据权利要求24所述的制造地震等浮电缆皮的方法，其中将内皮和外皮直接挤出到地震等浮电缆上。

27.根据要求24的方法，其中的内皮和外皮产生在挤出过程中自身不塌陷的自支撑管。

28.根据权利要求24的方法，其中外皮被加工成具有坚硬、不渗透性的外表面。

29.根据权利要求28的方法，其中外表面是光滑的。

30.一种制造地震等浮电缆的防生物结垢套壳的方法，包括：

混合基础材料和分子添加剂，其中所配置的分子添加剂赋予防生物结垢套壳的外表面疏水性和/或低表面能，以防止活生物体对其的附着；

热挤出基础材料和分子添加剂的混合物；和

所配置的分子添加剂使得外表面的接触角大于80、90、100和110度中的至少一个。

31.制造根据权利要求30的地震等浮电缆的防生物结垢套壳的方法，还包括：

使热挤出的混合物形成为大量粒料。