CN105246800A - 耐化学性的蒸发控制结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及漂浮在液体之上以降低从该液体蒸发的水平的耐化学性结构。该液体可以是在小型容器或翁中，或者在较大的池、塘、或储罐中。该结构优选地是聚酰胺或氟聚合物的发泡材料，或者可以是具有聚酰胺或氟聚合物外层的中空的或发泡的结构。这些覆盖液体的结构可以由部分或完全覆盖该液体表面的单一的结构或者两种或更多种离散的结构组成。在该流体含有有毒的、反应性的或腐蚀性的物质的情况下，该覆盖是尤其有用的。一种优选的结构是处于约0.1–36英寸的长度/直径的聚偏二氟乙烯泡沫结构(如来自阿科玛公司的KYNAR)。

Description

耐化学性的蒸发控制结构
发明领域
本发明涉及漂浮在液体之上以降低从该液体蒸发的水平的耐化学性结构。该液体可以是在小型容器或翁中，或者在较大的池、塘、或储罐中。该结构优选地是聚酰胺或氟聚合物的发泡材料，或者可以是具有聚酰胺或氟聚合物外层的中空的或发泡的结构。这些覆盖液体的结构可以由部分或完全覆盖该液体表面的单一的结构或者两种或更多种离散的结构组成。在该流体含有有毒的、反应性的或腐蚀性的物质的情况下，该覆盖是尤其有用的。一种优选的结构是处于约0.1至36英寸的长度/直径的聚偏二氟乙烯泡沫结构(如来自阿科玛公司(ArkemaInc)的KYNAR)。
发明背景
防止或减少从水体的蒸发是水保持的关键方面。通过蒸发损失的水不能被容易地替换，并且不可供用于人类使用、不可供用于矿业、农业或工业使用。在许多情况下，水被收集在地表水库和塘中。已经实施了许多解决方案来至少部分地覆盖这些水体的表面，由此限制蒸发。这些解决方案已经包括浮盖物、离散的漂浮模块、以及化学品单层。这些方法中的每一种都具有优点和缺点。浮盖物(一般是材料的单片)在覆盖表面的大百分比时是有效的，但是难以在大型水体上操控。化学品单层是廉价的，但是在减少蒸发上不太有效，并且可能难以与水分离。离散的漂浮元件可以用在大型水体上，易于添加和移除，但是典型地具有有限的覆盖率。常用的漂浮元件包括中空的塑料球，经常被称为“鸟球(birdball)”。这些具有有限的有效性，因为球形在相邻的球之间留下间隙。除了防止蒸发之外，覆盖物可以提供隔热性，并且还延缓有机体在水/空气界面处的生长。
已经提出了用于这些离散的漂浮元件的许多设计以提供最大的表面覆盖率，同时还解决了重叠(这浪费材料)的问题、以及风将这些单独元件推挤成簇的影响。若干专利提出了新颖的、复杂的设计，包括US3,938,338(六边形的中空漂浮物)、US8,019,208(圆形的重叠的盘)、US8,099,804(六边形或八边形的中空的棱锥形状)、US8,3442,352(允许水进入下部的六边形的中空的盘)、以及US8,393,486(气动的六边形漂浮物)。
在本领域中描述的离散的漂浮元件一般用聚烯烃(聚丙烯、高密度聚乙烯壳)制成，并且可以在内部具有聚苯乙烯或聚氨酯泡沫用于增加浮力。还可以使用聚苯乙烯珠粒、片材和其他形状。经常使用UV稳定剂来防止由于UV光暴露的劣化。可以加入碳黑用于改进的抗UV性，或者加入白色颜料(像TiO2)来减少吸收的太阳能。
除了在水体上使用之外，漂浮覆盖元件还用作其他液体的覆盖物，包括但不限于，化学生产、阳极氧化浴池、镀锌浴池、电镀浴池、染色浴池、污水处理、废油、以及含有化学物质或有毒物质的废物塘。
环保机构，如USEPA，已经关注有害的气味、以及与从这些化学品和废物塘中的许多的蒸发有关的危害物。
目前用作流体覆盖物的聚烯烃、聚苯乙烯、以及聚氨酯的问题是它们具有有限的耐化学性，并且当暴露于酸、碱、氧化剂以及其他强的并且高反应性的化学品时倾向于反应并且劣化。这些聚合物具有较差的耐UV辐射性。此外，这些聚合物是相当可燃的。
氟聚合物、并且特别地聚偏二氟乙烯(PVDF)由于其高的耐化学性、耐气候性、耐渗透性和抗燃性而已知。不幸地，在1.77g/cm3的密度下，PVDF不易于漂浮在水或许多其他流体上。聚酰胺也具有对于许多化学品的高耐受程度，尽管不与氟聚合物的一样好。在1.13-1.35g/cm3的密度下，这些材料也将不能漂浮在水、或大多数其他流体上。
已经提出了将中空的漂浮的聚偏二氟乙烯球体用于此应用，但是复杂的制造方法以及固体PVDF的成本使得使用这些PVDF球体用作液体覆盖物是不希望的。
US8,277,913和US2012-0045603描述了自支撑的发泡氟聚合物结构。通过使用特定的发泡技术，有可能生产出具有低于需要覆盖的流体的目标密度的密度(即对于水低于1.0g/cm3)的发泡的氟聚合物结构。US2013-0108816描述了发泡的氟聚合物泡沫芯结构。
现在已经发现，具有氟聚合物或聚酰胺外层的浮式结构可以被用作覆盖物来解决从工业流体浴池和化学废物塘的蒸发的问题。这些结构在宽的pH范围内对大多数化学溶剂和腐蚀性化学品有效。本发明的结构提供了优越的耐化学性、阻燃性和耐气候性，并且将比典型地用于这些应用的聚合物持续更长久。例如，该浮式结构可以是发泡的氟聚合物、发泡的聚酰胺、中空的氟聚合物或聚酰胺结构—优选地发泡的中空结构、或具有氟聚合物或聚酰胺层作为最外层的多层结构—比如聚酰胺或氟聚合物涂覆的热塑性塑料。
除了减少从流体的蒸发，本发明的浮式结构还有助于隔热(以防止流体冷却或升温)，当将物品置于浴池中时防止飞溅，并且防止在浴池中的释放气泡的化学反应下雾。使用发泡的结构降低了成本，因为需要更少的材料，并且增加了这些结构的柔性。
发明概述
本发明涉及耐化学性的浮式结构，该浮式结构具有氟聚合物或聚酰胺作为该结构的最外层。
本发明进一步涉及部分或完全被覆盖的液体，其中该液体具有漂浮在其上的一种或多种氟聚合物或聚酰胺结构。优选地该浮式结构是或者发泡的结构、涂覆的结构、或多层结构。
本发明进一步涉及减少从液体蒸发的方法，该方法涉及使用一种或多种漂浮聚酰胺或氟聚合物结构来部分或完全覆盖该液体。
附图简要说明：
图1表示通过实例4的方法制得的结构。
发明的详细说明
本发明涉及具有表层(是氟聚合物或聚酰胺)并且漂浮在流体之上以防止蒸发的一种结构或多种结构。
除非另外指出，如在此使用的百分比是重量百分比，并且除非另外指出，分子量是如通过GPC测量的重量平均分子量。将在本说明书中包括的美国专利通过引用结合在此。
将通过借助聚偏二氟乙烯(PVDF)来说明本发明，然而本领域的普通技术人员将认识到其他氟聚合物(尤其热塑性氟聚合物)、以及聚酰胺可以在本发明的实践中代替PVDF。
氟聚合物
本发明的氟聚合物包括但不限于含有至少50重量百分比的一种或多种含氟单体的聚合物。如根据本发明使用的术语“含氟单体”是指氟化的且烯属不饱和的单体，这种单体能够经受自由基聚合反应。根据本发明合适使用的示例性含氟单体包括但不限于：偏二氟乙烯、氟乙烯、三氟乙烯、四氟乙烯(TFE)、乙烯-四氟乙烯和六氟丙烯(HFP)、以及它们对应的共聚物。优选的氟聚合物是聚偏二氟乙烯均聚物或共聚物、三氟氯乙烯(CTFE)、全氟化的乙烯-丙烯共聚物(EFEP)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、乙烯-三氟氯乙烯(ECTFE)、四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物、全氟烷氧基共聚物(PFA)、聚四氟乙烯-全氟甲基乙烯醚、以及聚四氟乙烯均聚物或共聚物。还考虑了氟代三聚物，包括如具有四氟乙烯、六氟丙烯、以及偏二氟乙烯单体单元的那些的三聚物。
用于泡沫形成的有用的热塑性氟聚合物包括但不限于：三氟氯乙烯(CTFE)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)、全氟化的乙烯-丙烯共聚物(EFEP)、乙烯-三氟氯乙烯(ECTFE)、VF2、四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物、THV。还可以使用本质上是热塑性的氟乙烯共聚物。
最优选地，这种氟聚合物是聚偏二氟乙烯(PVDF)。本发明的聚偏二氟乙烯(PVDF)是PVDF均聚物、共聚物或聚合物合金。本发明的聚偏二氟乙烯聚合物包括通过聚合偏二氟乙烯(VDF)而制成的均聚物、以及偏二氟乙烯的共聚物、三聚物以及更高聚合物，其中这些偏二氟乙烯单元占该聚合物中所有单体单元总重量的大于51重量百分比、优选70百分比，并且更优选地占这些单体单元总重量的大于75百分比。偏二氟乙烯的共聚物、三聚物以及更高聚合物(在此总体上称为“共聚物”)可以通过使偏二氟乙烯与来自下组的一种或多种单体进行反应而制成，该组由以下各项组成：氟乙烯，三氟乙烯，四氟乙烯，一种或多种部分或完全氟化的α-烯烃如3,3,3-三氟-1-丙烯、1,2,3,3,3-五氟丙烯、3,3,3,4,4-五氟-1-丁烯、以及六氟丙烯，部分氟化的烯烃六氟异丁烯，全氟化的乙烯醚如全氟甲基乙烯醚、全氟乙基乙烯醚、全氟正丙基乙烯醚、以及全氟-2-丙氧基丙基乙烯醚，氟化的间二氧杂环戊烯如全氟(1,3-间二氧杂环戊烯)以及全氟(2,2-二甲基-1,3-间二氧杂环戊烯)，烯丙基的、部分氟化的烯丙基的、或氟化的烯丙基的单体如2-羟乙基烯丙基醚或3-烯丙氧基丙二醇，以及乙烯或丙烯。优选的共聚物或三聚物是与氟乙烯、三氟乙烯、四氟乙烯(TFE)、以及六氟丙烯(HFP)形成的。
优选的共聚物包括：包含从约60至约99重量百分比的VDF、以及对应地从约1至约40百分比的HFP的那些，VDF和CTFE的共聚物，VDF/HFP/TFE的三聚物，以及VDF和EFEP的共聚物。
本发明的PVDF也可以是PVDF与易混合的、半易混合的或相容的聚合物的合金。因为大多数的PVDF合金导致了PVDF特性的某种减小，因此优选的PVDF是并非合金的PVDF。然而，可以添加最高达总PVDF聚合物合金的25百分比的少量其他聚合物。其他的氟聚合物(例如聚氟乙烯以及PTFE)、TPU以及(甲基)丙烯酸聚合物是可以构成有用的聚合物合金的有用聚合物的例子。
当使氟聚合物发泡以降低密度并且增加浮力时，将通过该聚合物或共聚物的Tg、分子量、以及结晶度来确定泡沫的刚度。聚合物的有用的挠曲模量可以是从小于20,000psi、优选地小于50,000psi、并且更优选地小于100,000psi至大于1,000,000psi并且优选地大于750,000psi。可以加入添加剂(如玻璃珠或纤维)以增加模量和/或降低密度。
聚酰胺
在本发明中有用的聚酰胺包括聚酰胺和共聚酰胺二者。术语“聚酰胺”应理解为是指由缩合以下项得到的产物：
-一种或多种氨基酸，如氨基己酸、7-氨基庚酸、11-氨基十一酸以及12-氨基十二酸，或一种或多种内酰胺，如己内酰胺、庚内酰胺以及月桂基内酰胺；
-一种或多种二胺(如六亚甲基二胺、十二碳二胺、间苯二甲二胺、双-对(氨基环己基)甲烷以及三甲基六亚甲基二胺)的盐或混合物与二酸(如间苯二甲酸、对苯二甲酸、己二酸、壬二酸、辛二酸、癸二酸以及十二烷二羧酸)。
共聚酰胺产生自至少两种α、ω-氨基羧酸的缩合或者两种内酰胺的缩合或者内酰胺与α、ω-氨基羧酸的缩合。还可以提及产生自至少一种α、ω-氨基羧酸(或内酰胺)、至少一种二胺与至少一种二羧酸的缩合的共聚酰胺。
作为内酰胺的举例，可以提及在主环上具有从3至12个碳原子并且有可能是被取代的那些。例如，可以提及β,β-二甲基丙内酰胺、α,α-二甲基丙内酰胺、戊基内酰胺(amylolactam)、己内酰胺、辛内酰胺以及月桂基内酰胺。
作为α、ω-氨基羧酸的举例，可以提及氨基十一酸以及氨基十二酸。作为二羧酸的举例，可以提及：己二酸、癸二酸、间苯二甲酸、丁二酸、1,4-环己基二羧酸、对苯二甲酸、磺基间苯二甲酸的钠或锂盐、二聚的脂肪酸(这些二聚的脂肪酸具有至少98％的二聚物含量并且优选地是氢化的)、以及十二烷二酸HOOC-(CH2)10-COOH。
该二胺可以是具有从6至12个碳原子的脂肪族二胺，或者它可以是芳基二胺和/或饱和的环状二胺。作为举例，可以提及：六亚甲基二胺、哌嗪、四亚甲基二胺、辛二胺、癸二胺、十二碳二胺、1,5-二氨基己烷、2,2,4-三甲基-1,6-二氨基己烷、二胺多元醇、异佛尔酮二胺(IPD)、甲基五亚甲基二胺(MPDM)、双(氨基环己基)甲烷(BACM)以及双(3-甲基-4-氨基环己基)甲烷(BMACM)。
作为共聚酰胺的举例，可以提及：己内酰胺与月桂基内酰胺的共聚物(PA-6/12)，己内酰胺、己二酸与六亚甲基二胺的共聚物(PA-6/6,6)，己内酰胺、月桂基内酰胺、己二酸与六亚甲基二胺的共聚物(PA-6/12/6,6)，己内酰胺、月桂基内酰胺、11-氨基十一烷酸、壬二酸与六亚甲基二胺的共聚物(PA-6/6,9/11/12)，己内酰胺、月桂基内酰胺、11-氨基十一烷酸、己二酸与六亚甲基二胺的共聚物(PA-6/6,6/11/12)，以及月桂基内酰胺、壬二酸与六亚甲基二胺的共聚物(PA-6,9/12)。
有可能使用聚酰胺共混物。有利的是，这些聚酰胺的相对粘度，在20℃下作为1％的硫酸溶液测量的，是在1.5与5之间。
优选的聚酰胺和共聚酰胺包括但不限于PA-6、PA-10、PA-11、PA-12、PA-6,6、PA-10,12、PA6,10以及PA-10,10。
添加剂
可以任选地将一种或多种添加剂加入氟聚合物或聚酰胺组合物中。典型的添加剂包括但不限于抗冲击改性剂、UV稳定剂、增塑剂、填充剂、着色剂、颜料、染料、抗氧化剂、抗静电剂、表面活性剂、调色剂、颜料、阻燃剂、以及分散助剂。在一个实施例中，加入白色颜料以在户外的塘中帮助反射太阳辐射。PVDF的优点是它对于由于UV辐射的劣化是稳定的，所以无需UV稳定剂。
泡沫
对于形成聚合物泡沫有用的氟聚合物和聚酰胺包括结晶的和半结晶的氟聚合物和聚酰胺(是热塑性的)，因为它们必须在聚合物挤出和加工模制中熔化并且流动。通过如在此使用的“半结晶的”指的是该聚合物具有如DSC测量的按重量计至少5％的结晶含量、并且优选地至少10％的结晶含量。DSC测量在10mg的样品上按以下方式进行：以20C/min从室温至210℃(保持5min)，以20℃/分钟从210℃冷却至-20℃，然后以10℃/分钟从-20℃加热至210℃。通过标准方法计算熔化热并且通过该J/g的熔化热除以100％结晶的PVDF的105J/g并且乘以100来计算百分比结晶度。例如，50J/g的熔化热的测量值将意味着47.6％的结晶度。
支链的氟聚合物和聚酰胺是在泡沫形成中特别有用的，因为可以产生更大的泡孔。
还可以使用官能氟聚合物，如来自阿科玛公司的马来酸酐接枝的PVDF(如KYNARADX)。
一个或多个发泡层可以通过任何发泡法来制造，该发泡法包括但不限于使用物理或化学发泡剂和成核剂。在化学发泡剂的情况下，气体是通过化学品的分解(通过将其加热至高于其降解温度)而产生的。在物理发泡剂的情况下，将气体直接地亦或通过蒸发液体发泡剂(通过将其加热至高于其蒸发温度)引入该聚合物中。化学发泡剂主要用于较高密度的泡沫-下至70％的密度减小，而物理发泡剂可以生产轻质泡沫-10X以上的密度减小。
在本发明中有用的发泡剂可以是化学亦或物理的发泡剂、或其混合物。在化学发泡剂的情况下，气体是通过被加热至高于其降解温度的化学品的分解产生。在物理发泡剂的情况下，将气体直接地亦或通过蒸发液体发泡剂(通过将其加热至高于其蒸发温度)引入该聚合物中。还可以使用化学和物理发泡剂的组合。
化学发泡剂可以是固体或流体。有用的发泡剂包括但不限于：偶氮二酰胺、偶氮二异丁腈、磺酰基氨基脲、4,4-羟苯、偶氮二羧酸钡、5-苯基四唑、对甲苯磺酰氨基脲、二异丙基亚肼基二羧酸酯、4,4’-氧双(苯磺酰肼)、二苯基砜-3,3’-二磺酰肼、靛红酸酐、N,N’-二甲基-N,N’-二硝基对苯二甲酰胺、柠檬酸、碳酸氢钠、柠檬酸一钠、无水柠檬酸、三肼基三嗪、N,N’-二亚硝基五亚甲基四胺、以及对甲苯磺酰肼，或者包括所述发泡剂的共混物或更多种。本发明还考虑了化学和物理发泡剂的混合物。
本发明的泡沫可以任选地使用有助于生产均匀泡沫的成核剂形成。在一个优选的实施例中，没有加入额外的成核剂。在一些情况下，化学发泡剂可以充当发泡剂和成核剂二者。成核剂可能是有用的(当使用化学发泡剂时)并且对于使用物理发泡剂来形成受控的泡沫而言是必须的。可以使用两种或更多种成核剂的混合物。有用的成核剂包括但不限于：碳酸钙、硫酸钙、氢氧化镁、羟基硅酸镁、钨酸钙、二氧化硅、氧化钙、氧化铅、氧化钡、二氧化钛、氧化锌、氧化锑、氮化硼、碳酸镁、碳酸铅、碳酸锌、碳酸钡、硅酸钙、铝硅酸盐、碳黑、石墨、非有机颜料、氧化铝、二硫化钼、硬脂酸锌、PTFE颗粒、不混溶的聚合物颗粒、以及偏硅酸钙。优选的成核剂是碳酸钙。具有较小的粒径并且具有更粗糙的表面的成核剂是优选的。
在一个优选的实施例中，该氟聚合物发泡结构是使用一种或多种母料浓缩物进行生产的，这一种或多种母料浓缩物含有在适当的载体中的任选的成核剂、至少一种化学发泡剂(在其中使用化学发泡剂的情况下)、以及任选的其他添加剂。母料的目的是提供更精确的以低水平使用的成分添加，并且这样做在某种程度上在该PVDF内提供组分的优异均匀混合，从而导致均匀的泡沫形成。此外，这些添加剂通常是处于细粉末的形式，这些粉末需要加入聚合物球粒中并且将在挤出机料斗中相分离。
该母料含有高浓度的(有时候10至50倍更浓缩的)在最终的产品中所要求的添加剂。在一个实施例中，该母料含有1至20重量百分比的发泡剂，以及如果存在，从0.5至20重量百分比的成核剂。接着一般将该母料与这些PVDF球粒以干式共混形式进行混合并且引入挤出机料斗内。这种方法被称为冲淡浓缩物。在该冲淡过程中，根据母料中添加剂的浓度以及还有最终产品中所要求的添加剂量值，将在几个百分比至有时候高于50％之间的任何值的母料浓缩物加入该聚合物树脂中。
有可能具有多种母料，每一种包含一种或多种有待混合到PVDF中的添加剂。多种母料的一个优点将是生产商可以在制造点处调整添加剂的比率。多种母料的实例将是包含成核剂的第一母料以及包含发泡剂的第二母料。
该泡沫具有良好的机械稳定性以及对于具有低至初始密度的30％的密度降低的PVDF发泡结构的承载特性。该发泡结构具有低于它将覆盖的液体的密度的密度，优选地低于1.0g/cc、并且更优选地从0.3g/cc至0.98g/cc、并且更优选地从0.6g/cc至0.97g/cc。密度降低可以是密度比非发泡的PVDF材料小35％、小50％并且甚至小高达100倍。本发明的发泡的PVDF将具有经受住大小确定和校准的熔体强度使得能将PVDF泡沫结构成形并且大小确定至如此紧密的公差。
优选地，该泡沫孔尺寸是尽可能小的。孔尺寸可以小到1微米。总体上，该孔尺寸是在从10至250微米的范围内、更典型地是在从50至150微米的范围内。
泡沫的密度可以通过控制孔隙空间、通过调整加工温度、发泡剂的水平、成核剂以及用于冷却含气的聚合物熔体的冷却程序(控制泡孔生长和最终的尺寸)来控制。
可以将泡沫挤出成希望的形状或轮廓并且将其切割成希望的长度。在一个实施例中，挤出了连续的棒，并且将其切割成其中长度和棒直径差不多相等的长度，产生棉花糖(marshmallow)状的泡沫。
中空结构
生产漂浮在目标液体上的具有氟聚合物或聚酰胺外层的结构的另一个手段是通过形成中空结构。中空结构可以由固体和发泡的氟聚合物或聚酰胺中任一种形成。
中空结构可以通过本领域中已知的手段来形成，如注射模制PVDF聚合物以形成中空结构的两半，随后焊接这两半以按照指定形状形成单一的中空结构。
可以形成吹塑薄膜，将其切割并且焊接(如通过加热)以困住空气并且形成柔性的聚合物“气球”，该聚合物“气球”具有允许该结构漂浮在液体上的密度，但是是足够无定形的以与其他相似结构紧密堆叠，提供良好表面覆盖率。
在一个实施例中，将结构注射模制或吹塑模制成中空的球体或任何希望的形状。
多层结构
生产具有氟聚合物或聚酰胺外层的浮式结构的另一个手段是形成多层结构，其中该最外层是氟聚合物或聚酰胺。此类结构可以通过插入模制来生产，其中将氟聚合物或聚酰胺的薄片置于模具中，随后将第二聚合物(如聚烯烃、或其他结构聚合物)注射到该氟聚合物或聚酰胺上。如果将其形成为中空结构的一半，则可以将两半焊接在一起以形成多层中空的浮式结构，其中全部外表面由该氟聚合物或聚酰胺构成。可替代地，可以将氟聚合物或聚酰胺的层置于模具中，并且可以注射泡沫材料(如聚苯乙烯或聚氨酯)，并且可以通过已知的手段将相配的两半焊接在一起。可以设计发泡的聚合物以产生整个结构的浮力。
在另一个实施例中，以纯的或发泡的形式形成具有氟聚合物或聚酰胺的层、以及另一种热塑性聚合物(例如像聚烯烃、聚氨酯、聚酯、聚苯乙烯)的层的共挤出的片材。可以任选地在这些层之间加入结系层以增加粘附性。然后可以将该多层片材热成型成中空结构的一半，其中将两半焊接在一起以形成中空的浮式结构。
在另一个实施例中，发泡的或中空的结构可以通过较不耐化学的聚合物形成，随后用氟聚合物或聚酰胺涂料涂覆该结构。该涂层应该具有从5至500纳米的厚度。在一个实施例中，将水性聚偏二氟乙烯涂料(如从阿科玛公司可获得的AQUATECH涂料)施加到结构(如中空的聚丙烯结构、或聚苯乙烯发泡的结构)上，以便产生氟聚合物涂覆的浮式结构。
形状
本发明的漂浮的氟聚合物或聚酰胺结构可以具有任何形状或尺寸。形状可以在连续过程(如被切割和/或形成多个结构的发泡棒、片材或者型材的形成)、或在分批过程(例如注射模制)中形成。有用结构的一些非限制性实例是具有从1/16英寸(1.5mm)至2英寸(50mm)并且优选地1/8英寸至1英寸的厚度的发泡片材。可以切割该片材以作为单块装配小型液体浴池，或者将其切割成两半、四份或可以在末端连接的类似形状，以便当物体升高或降低进液体内时避免这些块的重叠。泡沫片材可以在线成形为多种形状(圆盘、正方形、三角形、六边形)。然后可以将成形的漂浮物连接在一起。进一步，可以将泡沫片材冲压成任何形状以满足最终应用。
在优选的实施例中，多种结构用于提供液体表面的覆盖。这提供了覆盖物，该覆盖物是更柔性的并且能够覆盖液体表面的任何给定的几何形状。它还为从液体浴池、池或塘容易的进入和排出提供了柔性。
可以使用成形工具使泡沫半冷却棒形成独特的形状，包括但不局限于球体、枕头状、椭圆形状。
虽然对于有用的结构的尺寸和形状不存在限制。结构可以小到0.1mm的直径、宽度或长度，直到若干米的直径或长度。对于其中使用多种结构来覆盖液体的应用，对于长度、宽度或直径的一些优选尺寸是从0.1mm至10米、优选地从1mm至1米、更优选地从2mm至500cm、并且更优选地从5mm至50cm—取决于最终用途应用。理想结构是提供液体表面的最大覆盖率的结构。一些非限制性实例包括：
-中空或泡沫的球体，这些球体是容易形成的并且提供任何表面积形状的完全覆盖。缺点是在这些球体之间的表面覆盖中存在许多间隙。
-发泡的或中空的多边形，例如三角形、正方形、六边形、八边形以及其他形状，这些形状可以彼此对齐以提供表面的几乎完全覆盖。如在引用的技术中看到的，六边形是特别有利的，并且优选地包括3维的圆锥或棱锥形状以防止重叠。
-发泡的或中空的圆盘、或其他相对扁平的形状，它们可以平躺在表面上，并且可以具有翼、或重叠的表面以减小圆盘之间的间隙。更扁平的结构具有需要更少材料、并且不容易翻转的优点，在翻转中顶部可以旋转到底部，将污物从大气带到液体中。
-棉花糖形状的泡沫，其可以通过发泡棒结构(被切割成许多小长度)来容易地形成。优选地，棉花糖的长度是在棉花糖直径的+/-50百分比、优选地+/-25百分比、并且更优选地+/-10百分比内。
-有翼的棒，其中这些翼防止在液体中的滚动。
-无定形“气球”形状的中空结构可以由吹制膜管形成，将这些吹制膜管切割并且在两端上密封以困住空气。可以将这些堆积在一起以提供几乎完全的表面覆盖。
-可以形成泡沫片材，并且将其切成具有任何希望尺寸的形状—如立方体或箱子。
-有翼的球体，发泡的或中空的，呈土星形状(具有围绕直径的边缘)，提供防止转动的手段，并且允许环形物重叠用于改进的表面覆盖率。
浮式结构的特性
可以将本发明结构的密度调整至小于其要覆盖的液体的密度以提供浮力。虽然本发明的聚合物结构被设计为“漂浮”在液体表面上，但是对于该结构，延伸穿过该表面(部分高于并且部分低于)可能是优选的，因为这可以帮助降低由于风的结构损失。该结构与该液体之间的优选的密度差异是在低于该液体的密度的2至50百分比的范围内、并且优选地低于该液体的密度从10至25百分比。具有从0.3至0.98并且优选地从0.5至0.97、更优选地从0.6到0.95的密度的泡沫是优选的实施例。
用途
由于本发明的结构漂浮在它们所覆盖的液体上，它们降低了蒸发的水平，降低了有害的或有毒蒸汽的释放，为工人提供了安全使其免于化学反应和下雾(在用化学浴池的加工过程中发生)，充当绝热体，防止污染物进入浴池(例如像污物、鸟类以及其他野生生物、小虫)，阻止野生生物进入或饮用该液体，并且用来延缓生物生长。
在一个实施例中，当在酸浴池(如使用硝酸的镀铬浴池)之上使用许多小型浮式结构时，可以容易地将部件放置进这些浮式结构之间的浴液中，并且然后这些结构在表面中的整个开口回填以防止由于化学反应的下雾。这为工业应用增加了安全水平。
本发明的浮式结构可以用在蓄水池和塘、池，用在化学废物塘、化学加工浴池、废水处理储罐、以及化学加工塘中，包括但不限于采矿作业、油田作业、以及水力压裂化学池。
实例
使用来自阿科玛公司的KYNARFLEX2620FC泡沫浓缩物与聚偏乙烯均聚物和共聚物(如KYNAR760、KYNAR450、KYNAR460和KYNAR3120-50树脂)来生产具有在0.707g/cc与0.9754g/cc之间的密度的PVDF均聚物泡沫棒。以最高达70ft/分钟的速度制成泡沫棒，并且将其冷却并且切割成短的、棉花糖形状的结构。
实例1：
使用KYNAR760树脂以及8wt％的KYNARFLEX2620FC泡沫浓缩物，以66ft/min挤出约0.20英寸直径的泡沫棒。该棒具有0.93g/cm3的密度—47％的密度降低。挤出机条件是如下:
实例2：
将Kynar2800树脂加入到挤出吹塑模制挤出机中，并且在范围从进料喉管处的400°F并且升温直到挤出机上的计量区处480°F的挤出机温度下挤出型坯。该适配器和模口温度可以恒定地保持在480°F。该型坯将在约10转/分钟的螺杆速度下流动。然后该模具将围拢该型坯并且内部空气压力将使该型坯形成该模具的腔体，形成大的中空形状。如果存在穿过该中空部件的壁的开口，并且可以将Kynar2800薄膜放置在该洞上。使用300°F的加热面，可以将该薄膜焊接在该洞上将空气密封在内。困在该模制产品内部的空气提供浮力以便漂浮在水上。
实例3：
将Kynar3120-10、Kynar2800-20或740树脂加入到挤出机中，并且在范围从进料喉管处的400°F并且升温直到挤出机上的计量区处450°F的挤出机温度下挤出薄膜。该适配器和模口温度可以恒定地保持在450°F。该挤出机RPM可以保持在10转/分钟，其中线速度为5ft/min-8ft/min。可以将辊堆叠(rollstack)控制在150°F的温度。然后可以在卷绕机上收集该薄膜。一旦形成了该薄膜，则该薄膜可以被切割到应有的尺寸并且进行热焊接。例如，可以将两个Kynar2800-20的10”×10”的正方形薄膜样品切割到应有的尺寸并且直接放在彼此之上。使用热焊接热封机，可以将该密封机加热至300°F并且每次将该10”×10”样品的一边放入该焊机中。一旦焊接了四个边中的三个，可以在这些10”×10”片材之间加入空气，这样使得空气被困在袋内部并且然后热封第四边缘，制造出具有困在中心的空气的方形物品，该空气提供浮力以便漂浮在水之上。
实例4：
将Kynar3120-50与6wt％载量的Kynar2620FC加入到挤出机中，并且在范围从进料喉管处的380°F并且升温直到挤出机上的计量区处420°F的挤出机温度下挤出发泡的片材。该适配器和模口温度可以恒定地保持在360°F。该挤出机RPM可以保持在10转/分钟，其中线速度为5ft/min-8ft/min。可以将辊堆叠控制在150°F的温度。然后可以在卷绕机上收集闭孔片材。一旦该片材冷却，则该片材可以被切割到应有的尺寸并且热成形为形状。例如，可以将两个Kynar3120-50的10”×10”的正方形发泡的片材样品切割到应有的尺寸并且热成形为碗形。这两个形状可以被修剪边缘并且放置使得碗的顶部接触。熔接或IR焊机可以用于熔化在这些碗的顶部的界面区域，并且通过将熔融的部分压在一起来密封，在这两个碗之间产生了完整焊接的界面，呈现了具有困在内部的空气的焊接的球体的形状。具有困在中心的空气的发泡的球体提供浮力以便漂浮在水之上。参见图1。
实例5：
使用70wt％的760以及30wt％的PMMAV825的共混物，使用8wt％的Kynar2620FC泡沫浓缩物添加剂可以热挤出中空的圆柱形结构。将挤出条件设定为以下条件。
将含气的熔体挤出物在具有100°F的水温度的水真空冷却槽中冷却并且成形。该固体中空圆柱可以然后被切割到应有的长度。这种最终产物的密度是49.67％密度降低(0.760g/cc)，使其成为非常易浮起的产品。为了进一步提高浮力，可以使用设定至450°F的热的热封机将该中空圆柱的开口端焊接封闭并且夹紧封闭持续5秒以使这两个熔融的界面相接触。然后将夹具重新打开并且使该熔融区段冷却并且凝固，产生具有密封在内部的空气的中空浮筒，该中空浮筒具有小于水的密度。
实例6：
使用Kynar2800-00与5wt％的基于偶氮的PVDF泡沫浓缩物的共混物，可以使用以下条件挤出发泡的型坯，其中含气熔体的密度是28.26％的密度降低(1.2841g/cc)：
该发泡的型坯不具有自动漂浮在水上的足够低的密度，所以然后可以使用设定至450°F的热的热封机将该型坯在一边上热密封并且夹紧封闭持续5秒，以使这两个熔融的界面相接触。然后将该夹具重新打开并且使该熔融区段冷却并且凝固。现在在三边上密封该结构，在密封第四个并且最后的边之前，可以将空气吹到该袋中并且然后该热封机可以封闭并且热密封该第四边缘以困住该空气，产生发泡的空气枕浮筒，该发泡的空气枕浮筒具有低于水的密度。

Claims (19)

1.一种耐化学性的浮式结构，其中该结构的最外层包含氟聚合物或聚酰胺，其中所述结构包括发泡的结构、涂覆的结构、或多层结构。
2.如权利要求1所述的结构，其中，该结构的密度是从0.3g/cc至0.98g/cc。
3.如权利要求1所述的结构，其中所述结构是泡沫。
4.如权利要求1所述的结构，其中所述结构是中空结构。
5.如权利要求1所述的结构，其中所述氟聚合物是聚偏二氟乙烯均聚物或具有至少70重量百分比的偏二氟乙烯单体单元的共聚物。
6.如权利要求1所述的结构，其中所述聚酰胺是PA-6、PA-10、PA-11、PA-12、PA-6,6、PA-10,12、PA6,10或PA-10,10。
7.如权利要求1所述的结构，其中所述结构是呈棉花糖、立方体或箱子的形状。
8.如权利要求7所述的结构，其中所述棉花糖形状的结构具有从0.5至12英寸的直径、以及从0.5至12英寸的长度，其中所述长度是在该直径的+/-25％范围内。
9.如权利要求1所述的结构，其中所述结构是呈多边形的形状。
10.如权利要求9所述的结构，其中所述结构是呈六边形的形状。
11.如权利要求1所述的结构，其中所述结构是氟聚合物或聚酰胺泡沫。
12.如权利要求1所述的结构，其中所述结构是中空结构。
13.如权利要求10所述的结构，其中所述外层是氟聚合物涂层。
14.一种部分或完全被覆盖的液体，包括液体，具有漂浮在其上的一种或多种耐化学性结构，其中所述结构包括氟聚合物或聚酰胺作为最外层。
15.如权利要求14所述的被覆盖的液体，其中所述浮式结构包括两种或更多种离散的浮式结构。
16.如权利要求14所述的被覆盖的液体，其中所述氟聚合物是聚偏二氟乙烯均聚物或具有至少70重量百分比的偏二氟乙烯单体单元的共聚物。
17.如权利要求14所述的被覆盖的液体，其中所述聚酰胺是PA6、PA6,6、PA-11或PA12。
18.一种用于减少从液体蒸发的方法，该方法包括：
a.形成如权利要求1所述的结构，
b.将这些结构中的一种或多种置于流体之上以部分地覆盖该流体表面。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述流体包括酸、碱、氧化剂、有毒化学品、或腐蚀性化学品。
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