CN104411859A - 埋地式铁基管件的外涂层、涂层管件和沉积该涂层的方法 - Google Patents

埋地式铁基管件的外涂层、涂层管件和沉积该涂层的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于埋地式管件(7)的外涂层(9)，所述管件(7)由铁制成，特别是由铸铁制成，所述外涂层包括第一多孔层(11)和设置于第一层上并能堵塞所述第一层的微孔的第二多孔层(13)，所述外涂层的特征在于：所述第一层包括基本上纯的锌，或锌的合金或拟合金，所述合金或拟合金包括至少50质量％的锌，以及优选0.5质量％和40质量％之间的铝；且所述第二层包括由至少一种合成树脂在水中乳化、分散或溶解而制得的在水相中的单组分涂料。本发明还涉及对应的涂层管件和用于沉积该涂层的方法。

Description

埋地式铁基管件的外涂层、涂层管件和沉积该涂层的方法
技术领域
本发明涉及一种用于由铁(特别是铸铁)制成的埋地式管件类型的外涂层，该外涂层包括第一多孔层和第二多孔层，该第二多孔层设置在第一层上，并能够堵塞第一层的微孔。
本发明还涉及一种涂有该外涂层的管件，以及一种用于将该涂层沉积于管件上的方法。
背景技术
“管件”是指“管子”以及各种配件，例如弯头、连接件等，例如用于水务设施领域。
一种制造钢管涂层的方法已见于文件JP-A-23010357。该文件设想籍由喷涂牺牲性锌/铝合金，随后沉积环氧树脂来沉积。显然树脂层必须是不漏的。该方法适用于“干燥区域”中由铁或钢制成的管的涂层，因此当然适用于架空管的涂层。
含铁的金属被土壤腐蚀的现象不同于空气腐蚀，并且本质上由与还原区域电学相关的氧化区域的产生来构成，该环氧区域可位于特定距离。因此，局部化，由此出现含铁金属的显著的恶化。
由此用于埋地式管件的腐蚀防护特别困难，特别是假设地带是非均匀的并具有非常变化的性能。
文件EP-A-0,686,246描述了一种管件，由延伸性铸铁制成，并包括含有第一多孔金属层和提供“微孔堵塞”效果的第二层。一旦该管道被置于地下，该涂层对管道提供有效且长效的保护免于腐蚀。然而，这种涂层的卫生和环境方面不再符合日益增强的需求。
发明内容
本发明的一个目的是供应一种对管件，特别是对在腐蚀性土壤中的管件提供更加有效的腐蚀防护的涂层，其具有价格竞争力和改善的卫生和环境特性。
为此，本发明涉及上述类型的外涂层，其中：
第一层包括基本上纯的锌，或锌的合金或拟合金，所述合金或拟合金包含至少50质量％的锌，以及优选0.5质量％和40质量％之间的铝，以及
第二层包括由至少一种合成树脂在水中乳化、分散或溶解而制得的在水相中的单组分涂料。
根据具体实施方式，所述外涂层可包括以下特征中的一个或多个，单独考虑或根据任何技术上可能的组合：
所述至少一种合成树脂由选自由丙烯酸类，苯乙烯丙稀酸类，乙烯基卤化物，诸如氯乙烯、聚氯乙烯丙烯酸酯，亚乙烯基卤化物，诸如偏二氯乙烯，乙烯基，甲基丙烯酸酯，聚乙酸乙烯酯的聚合物或共聚物，以及它们的混合物组成的组中的至少一种聚合物或至少一种共聚物配制而成；
所述第一层包括质量浓度分别为0％和5％之间，优选0.5％和3％之间的镁和/或铜和/或银；
所述第一层具有至少为200g/m2的表面密度，优选至少350g/m2；
所述第二层不含有有机溶剂或助溶剂，特别是来自烃的溶剂或助溶剂，并且不含有双酚；
所述第二层包括能与用于人类消耗的水进行接触，并具有杀菌和/或钝化作用的一种或多种活性成分；
所述第二层具有包含120g/m2和350g/m2之间的干燥表面密度；
所述第一层通过热喷涂，优选通过电弧沉积；
所述涂料包含20质量％和60质量％之间，优选30质量％和50质量％之间的水；20质量％和70质量％之间，优选25质量％和45质量％之间的至少一种合成树脂；以及1质量％和30质量％之间的至少一种有机或无机颜料/染料；
所述至少一种有机或无机颜料/染料选自由金属氧化物，诸如铁氧化物、钛氧化物、铬氧化物，碳黑，酞菁铜，以及它们的混合物组成的组；
所述涂料包含1质量％和10质量％之间的至少一种防腐蚀颜料；
所述至少一种防腐蚀颜料选自由磷酸锌、氧化锌、改性氧化锌以及它们的混合物组成的组；
所述涂料包含10质量％和40质量％之间的选自由硫酸钡、碳酸钙、滑石、云母、硅酸盐、二氧化硅、高岭土、白云石，和它们的混合物组成的组中的至少一种填料；以及
所述涂料包含0.1质量％和0.5质量％之间的选自由增稠剂、钝化剂、生物灭杀剂、杀菌剂、润湿剂、分散剂、防腐蚀剂、消泡剂、乳化剂、表面活性剂以及它们的混合物组成的组中的至少一种涂料添加剂。
本发明还涉及一种涉及用于埋地式设置的由铁，特别是由铸铁制成的涂层管件，所述管件包括如上所述的外涂层。
本发明最终还涉及一种用于在管件上沉积外涂层的方法，所述管件由铁，特别是铸铁制成，并设计用于埋地设置，所述方法包括以下步骤：
a)在管件上通过金属化，优选通过电弧来沉积第一多孔层，所述第一多孔层包括基本上纯的锌，或锌的合金或拟合金，所述合金或拟合金包含至少50质量％的锌，以及优选0.5质量％和40质量％之间的铝，以及
b)在未覆盖有白色金属块的所述第一层上进行第二多孔层的沉积，所述第二多孔层包括由至少一种合成树脂在水中乳化、分散或溶解而制成的在水相中的单组分涂料。
根据具体实施方式，所述方法可包括以下特征中的一个或多个，单独考虑或根据任何技术上可能的组合：
在步骤b)中，所述至少一种合成树脂由选自由丙烯酸类，苯乙烯丙稀酸类，乙烯基卤化物，诸如氯乙烯、聚氯乙烯丙烯酸酯，亚乙烯基卤化物，诸如偏二氯乙烯，乙烯基，甲基丙烯酸酯，聚乙酸乙烯酯的聚合物或共聚物，以及它们的混合物组成的组中的至少一种聚合物或至少一种共聚物配制而成；
用于沉积所述第二层的步骤b)用枪和/或刷子或辊筒来进行，使得所述第二层具有60μm和150μm之间的干燥厚度；
进行用于沉积所述第二层的步骤b)，使得所述第二层具有120g/m2和350g/m2之间的干燥表面密度；
用于沉积所述第二层的步骤b)至少部分通过用不具有压缩空气的枪进行，通过枪的涂覆对温度为35℃～60℃的表面进行；
在步骤b)中，所述表面通过将所述管件的至少一部分浸入优选包含表面转化剂的水中以用表层转化的合金膜覆盖所述第一层来升至35℃和60℃之间的温度，该转化剂适于与用于人类消耗的水接触；
所述至少一种合成树脂由选自由丙烯酸类，苯乙烯丙稀酸类，乙烯基卤化物，诸如氯乙烯、聚氯乙烯丙烯酸酯，亚乙烯基卤化物，诸如偏二氯乙烯，乙烯基，甲基丙烯酸酯，聚乙酸乙烯酯的聚合物或共聚物，以及它们的混合物组成的组中的至少一种聚合物或共聚物配制而成；
在步骤a)中，所述第一层通过热喷涂，优选通过电弧沉积；
在步骤b)中，所述第二层不含有有机溶剂，特别是来自烃的溶剂，并且不含有双酚；且
在步骤b)中，所述第二层包括能与用于人类消耗的水进行接触，并具有杀菌和/或钝化作用的一种或多种活性成分；
用于沉积所述第二层的步骤b)通过用具有压缩空气的枪进行；
用于沉积所述第二层的步骤b)通过用不具有压缩空气的枪进行。
藉由阅读以下说明(仅作为实例提供)，并参照单个附图进行，将更好地理解本发明，该单个附图是根据本发明的管件元件的横截面的局部示意图。
附图说明
该图示出了掩埋于土壤3中，并用于运输流体5(例如饮用水)的涂层管件1。
具体实施方式
该涂层管件1包括管件7和位于土壤3和管件7之间的外涂层9，外涂层9有利地分布在管件7上，使得管件7与地面3绝缘。
管件7由铁，有利地由延伸性铸铁制成。管件7例如为管子。在示出的实例中，管件7沿着垂直于图1的平面的纵向方向L延伸。图1中仅示出了管件7的一部分区域，从示出的部分能毫无困难地推断出剩下的区域。
流体5沿着纵向方向L流入管件7中。在管件7的内壁可存在内涂层(未示出)，以使流体5与管件7绝缘。
外涂层9包括第一层11和位于所述第一层11上的第二层13。
所述第一层11为多孔的，并有利地通过电弧金属化来沉积。上述第一层11包括基本上纯的锌，例如质量浓度大于或等于99.9％，或者锌的合金或拟合金。上述合金或拟合金包括至少50质量％的锌，以及0.5质量％和40质量％之间的铝。例如，第一层11包括85质量％的锌和15质量％的铝。
在来自土壤的腐蚀剂的作用下，第一层11转化成保护产品不受腐蚀的层，该第一层在其起源的介质中是稳定的。锌/铝合金层相对于铸铁也被称作“阳极”，因为它可在铸铁、合金和土壤形成的电化学电池的作用下通过氧化逐渐转化，从而通过形成所述保护层来保护合金层的瑕疵处的下层或裸露的铸铁。
因为第一层11通过电弧金属化沉积，因此它由固化的、由此多孔的液滴构成。通过适应金属化方法的调整来控制微孔的大小以及层的厚度，本领域技术人员能调整用于形成保护层的各个条件，特别是速率。已经观察到，锌/铝合金的两相结构促进了所构成的锌产品的截留(trapping)。
有利地，第一层11还包括质量浓度分别为0％～5％的镁和/或铜和/或银。这些元素例如以元素形式或氧化物形式添加。
上述第一层具有至少为200g/m2的表面密度，优选至少350g/m2，例如约400g/m2。有利地，为了获得上述密度，第一层11通过热喷涂沉积。
第二层13是在水相中(干燥前)的涂料，也被称作“水基”。上述第二层13是多孔的，并且一方面是通过第二层13阻塞第一层11中的微孔的能力，另一方面是通过第二层13的多孔性，从而能确保由第一层11提供的电流保护的适当操作，第二层13的多孔性使得能调节第一层11附近的电化学反应的速率。
上述涂料是水相中的单组分涂料。该涂料包括至少一种合成树脂，并且由诸如丙烯酸类、苯乙烯丙烯酸类、氯乙烯。聚氯乙烯丙烯酸酯、偏二氯乙烯、乙烯基、甲基丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯的聚合物或共聚物的聚合物或共聚物制成。
第二层13和涂料有利地不具有有机溶剂或助溶剂，特别是来自烃的溶剂，并且不具有双酚。
上述涂料例如由属于欧盟的正面列表适于与食品接触(欧洲规定UE10/2011)的化合物配制而成，且在本申请之日得到将产品放置接触适于供人类消耗的水的通用标准(例如法国健康合格认证(ACS)，或英国WRAS认证证书)。
有利地，第二层13包括能与适于人类消耗的水接触的一种或多种活性成分，例如杀菌剂和/或钝化剂(例如银、铜、氧化铜、磷酸锌、氧化锌)。该杀菌剂例如为能限制土壤3中细菌活性的铜盐。一旦乳液已经聚结，杀菌活性成分有利地具有非常低的迁移(水、土壤)。杀菌剂的固体颗粒然后用树脂形成包封：来自外界环境的水扩散通过树脂导致这些试剂离子化，这将随后通过慢扩散被排放至外部环境。
现将描述一种在管件7上沉积外涂层9的方法。所述方法包括如上文所述将第一层11沉积在管件7上的步骤a)，以及如上文所述将第二层13沉积在第一层11上的步骤b)。
在步骤a)中，上述第一层11有利地通过热喷涂，优选通过电弧沉积。
沉积足够量的材料以获得表面密度为至少200g/m2，优选至少350g/m2的第一层11。取决于合金锌的可用性，喷涂例如由单线(solid wire)或填充线(corewire)进行。
在步骤b)中，第二层13有利地被沉积在第一层11上，而第一层11未用白金属块覆盖，即在第二层13和第一层11的沉积之间具有减少的时间迟滞。
在步骤b)中，有利地，第二层13通过不具有压缩空气的枪沉积(特别对于大的表面)，和/或通过刷子沉积(特别对于小的表面或者补漆操作)，使得第二层13具有有利地为60μm和150μm之间的干燥厚度，例如该第二层13在干燥状态下具有约120μm的干燥厚度。有利地，第二层13具有120g/m2和350g/m2之间的干燥表面密度，例如250g/m2的干燥表面密度。
有利地，第二层13的沉积至少部分地通过不具有压缩空气的枪完成，通过枪完成的涂覆在温度为35℃和60℃之间的整个表面进行。该表面例如通过将涂有第一层11的管件7的至少一部分浸入该温度下的水槽中来升至所述温度。
有利地，上述水包含表面转化剂，例如磷酸锌、氧化锌，以用表面转化的合金膜覆盖第一层11。适于锌合金的表面转化剂有利地具有通过监管部门的能接触供人类消耗的水的规章许可。
通过含有活性成分的水润湿第一层11产生用表面转化的合金膜覆盖第一层11的表面，例如表面转化成氢氧化锌和氧化锌，或磷酸锌的合金膜，一旦管件1经受其使用环境，合金膜能延缓第一层11后续的氧化作用，并有利于增大保护期长度。
根据本发明的涂层的实施例
在延展性铸铁制成的管件7上的外涂层9由通过电弧沉积的第一金属化层11，其具有15％铝的400g/m2锌铝合金；以及第二层13，其含有在水相中的单组分涂料，该第二层具有120μm的干燥厚度和250g/m2的干燥表面密度。
该涂料是由丙烯酸-聚二氯乙烯(PVDC)共聚物制成的乳液，并且在将涂有第一层11的管子7浸入60℃的含有多聚磷酸锌的水槽中以在第一层11的表面上产生几微米的表面膜。
由丙烯酸-PVDC共聚物制成的共聚物乳液包括例如铜盐的活性成分，以限制土壤3在外涂层9的细菌活性。
由于第一层11和第二层13的上述特征，外涂层9为管件7提供甚至更有效的腐蚀防护，特别是在腐蚀性土壤3中，具有改善的卫生环境性能。实际上，上述第二层13非常有效地阻塞了第一层11的微孔。第二层12和第一层11的组合是构成第一层11的金属液滴表面的转化开始。此外，外涂层9由于其组合和应用具有非常竞争力的成本。
根据将该第一层11的表面带入至35℃和60℃之间的温度的选择性特性(藉由将涂覆有该第一层11的管件7的至少一部分浸入在优选含有表面转化剂的水中)，而促进表面转化合金薄膜的生成。
此外，根据第二层13不具有有机溶剂或助溶剂，特别是来自烃的溶剂或助溶剂，具有外涂层9是符合供人类消耗的水的目前相关的法律法规要求的优点。
此外，所选树脂的制剂中不存在双酚，消除了与该分子相关的对人类的毒性的潜在风险。
这有利于管件7的涂层操作。实际上，该外涂层9可只沉积于会接触到该腐蚀性土壤3的管件7的区域以及经发现会接触到该腐蚀性土壤3的管件7以及经发现会接触供人类消耗的水5的例如管子末端的区域或切出区域之处。
此外，通过消除挥发性有机溶剂，或“VOC”，大幅减少了环境沉积。改善了对于制造或安置管件1的操作者的安全状况。关于涂层管件1的废料的处理和处置可以用常规涂料的回收装置来进行。
由于根据包含可具有杀菌和/或钝化作用的一种或多种活性成分的第二层13的可选特征，在所有土壤中改善了涂层9的长期强度。

Claims (14)

1.一种用于埋地式管件(7)的外涂层(9)，所述管件(7)由铁制成，特别是由铸铁制成，所述外涂层(9)包含第一多孔层(11)以及第二多孔层(13)，所述第二多孔层(13)设置于第一层(11)上，并能堵塞所述第一层(11)的微孔，所述外涂层(9)的特征在于：
所述第一层(11)包括基本上纯的锌，或者锌的合金或拟合金，所述合金或拟合金包含至少50质量％的锌，以及优选0.5质量％和40质量％之间的铝；且
所述第二层(13)包括由至少一种合成树脂在水中乳化、分散或溶解而制得的在水相中的单组分涂料。
2.根据权利要求1所述的外涂层(9)，其特征在于，所述至少一种合成树脂由选自由丙烯酸类，苯乙烯丙烯酸类，乙烯基卤化物，诸如氯乙烯、聚氯乙烯丙烯酸酯，亚乙烯基卤化物，诸如偏二氯乙烯，乙烯基，甲基丙烯酸酯，聚乙酸乙烯酯的聚合物或共聚物，以及它们的混合物组成的组中的至少一种聚合物或至少一种共聚物配制而成。
3.根据权利要求1或2所述的外涂层(9)，其中，所述第一层(11)包括质量浓度分别为0％和5％之间，优选0.5％和3％之间的镁和/或铜和/或银。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的外涂层(9)，其中，所述第一层(11)具有至少200g/m2，优选至少350g/m2，例如约350g/m2的表面密度。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的外涂层(9)，其中，所述第二层(13)不具有有机溶剂或助溶剂，特别是不具有来自烃的有机溶剂或助溶剂，并且不具有双酚。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的外涂层(9)，其中，所述第二层(13)包括能够与用于人类消耗的水接触并具有杀菌和/或钝化作用的一种或多种活性成分。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的外涂层(9)，其中，所述第二层(13)具有120g/m2至350g/m2之间的干燥表面密度。
8.一种涂层管件(1)，所述涂层管件(1)由铁制成，特别是由铸铁制成，设计用于埋地设置，并包括根据前述权利要求中任意一项所述的外涂层(9)。
9.一种用于在管件(7)上沉积外涂层(9)的方法，所述管件(7)由铁制成，特别是由铸铁制成，并设计用于埋地设置，所述方法的特征在于包括以下步骤：
a)通过金属化，优选通过电弧在所述管件(7)上沉积第一多孔层(11)，所述第一多孔层(11)包括基本上纯的锌，或锌的合金或拟合金，所述合金或拟合金包括至少50质量％的锌，以及优选0.5质量％和40质量％之间的铝；以及
b)在未覆盖有白色金属块的第一层(11)上沉积第二多孔层(13)，所述第二多孔层(13)包括由至少一种合成树脂在水中乳化、分散或溶解而制成的在水相中的单组分涂料。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，在步骤b)中，所述至少一种合成树脂由选自由丙烯酸类，苯乙烯丙烯酸类，乙烯基卤化物，诸如氯乙烯、聚氯乙烯丙烯酸酯，亚乙烯基卤化物，诸如偏二氯乙烯，乙烯基，甲基丙烯酸酯，聚乙酸乙烯酯的聚合物或共聚物以及它们的混合物组成的组中的至少一种聚合物或至少一种共聚物配置而成。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，用于沉积第二层(13)的步骤b)通过枪和/或刷子或辊筒进行，使得所述第二层(13)具有60μm和150μm之间的干燥厚度。
12.根据权利要求9至11中任意一项所述的方法，其中，进行用于沉积所述第二层(13)的步骤b)，使得所述第二层(13)具有120g/m2和350g/m2之间的干燥表面密度。
13.根据权利要求9至12中任意一项所述的方法，其中，用于沉积所述第二层(13)的步骤b)至少部分通过不具有压缩空气的枪进行，通过枪的涂覆对具有35℃和60℃之间的温度的表面进行。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，在步骤b)中，通过将所述管件的至少一部分浸入优选包含表面转化剂的水中以用表层转化的合金膜覆盖所述第一层(11)来将所述表面升至35℃和60℃之间的温度，所述转化剂适于与用于人类消耗的水接触。
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