CN105492648B - 铁类地下管道构件的外涂层、涂覆后的管道构件及涂层沉积法 - Google Patents

铁类地下管道构件的外涂层、涂覆后的管道构件及涂层沉积法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种外涂层(9)，用于基于铁特别是铸铁的地下管道构件(7)，所述外涂层包括第一多孔层(11)和设置在所述第一层(11)上并且能够堵塞所述第一层的孔的第二多孔层(13)。所述第一层包括基本上纯的锌或锌合金或假合金，所述合金或假合金包括至少50wt％的锌和优选0.5wt％～40wt％的铝。所述第二层包括基于至少一种有机树脂的涂料，所述涂料是在有机溶剂中的单组分或是双组分。第一层和第二层中的至少一层包括杀菌剂。本发明还涉及对应的涂覆后的管道构件以及用于沉积上述涂层的方法。

Description

铁类地下管道构件的外涂层、涂覆后的管道构件及涂层沉 积法
技术领域
本发明涉及一种用于由铁，特别是铸铁制成的地下管道构件的外涂层，该外涂层包括第一多孔层和位于第一层上并且能够堵塞第一层的孔的第二多孔层。
本发明还涉及一种涂覆有该外涂层的管道构件，以及一种用于将该涂层沉积在管道构件上的方法。
背景技术
“管道构件”是指例如在自来水厂领域中使用的管以及各种附件，诸如弯头、连接器等。
文件JP-A-23010357教导了一种用于制造钢管涂层的方法。该文件考虑了喷雾沉积牺牲锌/铝合金，随后沉积环氧树脂。似乎树脂层必须是紧密的。该方法适用于在“干燥区域”中的管涂层，因此当然是适用于由铁或钢制成的架空管。
因为所涉及的机制和影响因素，特别是与位于一定距离处的还原区域电相关的氧化区域的产生，黑色金属的土壤腐蚀是不同于大气腐蚀的一种现象。这产生对黑色金属的严重局部破坏。而且，局部存在于某些土壤中的某些细菌，特别是硫酸盐还原细菌，可增强该电化学过程。这被称为“生物腐蚀”。
因此保护地下管道构件不受腐蚀面临着特殊的困难，特别是当土地是异质的并且具有非常多样的性质；根据管道构件的用途，其用于传输不同温度的流体；改变腐蚀条件；以及对设计为埋于地下的管道构件的操作通常引起在它们外表面不同位置处的损害。
文件EP-A-0686246描述了一种包括涂层的由球墨铸铁制成的管道构件，该涂层包括第一多孔金属化层和提供“孔堵塞”效果的涂料的第二层。该涂层可有效且持久地保护管埋于地下后不受腐蚀。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种涂层，该涂层以有竞争力的成本更全面地保护管道构件，特别是在硫酸盐还原细菌存在的腐蚀性土壤中的管道构件不受腐蚀。
为此，本发明涉及一种上述类型的外涂层：
上述第一层包括基本上纯的锌或锌的合金或假合金，所述合金或假合金包括至少50wt％的锌和优选0.5wt％～40wt％的铝，以及
上述第二层包括基于至少一种有机树脂的涂料，所述涂料是在有机溶剂或共溶剂中的单组分，或双组分，以及
上述第一层和上述第二层中的至少一层包括杀菌剂。
表述“基于至少一种有机树脂”是指上述涂料包括至少一种有机树脂。例如，有机树脂占该涂料的至少20wt％，优选至少25wt％。
根据特定的实施方式，单独或者根据所有技术上可能的组合考虑，上述外涂层包括一个或多个下述特征：
所述涂料是具有溶剂的双组分；
所述溶剂是有机的；
所述溶剂是水性的；
所述涂料是在具有有机共溶剂的水性相中的双组分；
所述涂料是不含溶剂的双组分；
所述第一层包括选自由铜、银以及铜和银的混合物组成的组中的至少一种杀菌剂，所述铜、所述银以及所述铜和银的混合物各自的浓度为0.1wt％～5wt％，优选0.5wt％～3wt％；
所述第二层包括能够与供人类消耗的水接触的至少一种杀菌剂，特别是铜、银或它们的盐，所述铜、银和它们的盐各自的浓度优选为0.1wt％～5wt％；
所述第一层具有至少200g/m2，优选至少350g/m2的表面密度；
所述第二层有利地在干燥时具有60μm～150μm的厚度；
所述第二层的有机树脂选自丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、沥青树脂、乙烯基树脂以及它们的混合物；以及
所述涂料含有选自有机溶剂、水以及它们的混合物中的溶剂，所述溶剂占所述涂料的20wt％～60wt％，优选30wt％～50wt％，并且所述有机树脂占所述涂料的20wt％～70wt％，优选25wt％～45wt％。
本发明还涉及一种由铁，特别是铸铁制成的涂覆后的管道构件，所述涂覆后的管道构件设计为埋于地下，包括如上所述的外涂层。
最后，本发明涉及一种用于将如上所述的外涂层沉积在由铁，特别是铸铁制成的管道构件上的方法，所述管道构件设计为埋于地下，所述方法包括以下步骤：
a)通过金属化，优选电弧金属化将所述第一层沉积在所述管道上，以及
b)将所述第二层沉积在未覆盖有白色盐霜(efflorescence)的所述第一层上。
根据特定的实施方式，单独或者根据所有技术上可能的组合考虑，上述方法包括一个或多个下述特征：
用于沉积所述第二层的步骤b)通过喷射器(gun)，和/或使用刷子或辊子进行，使得所述第二层在干燥时具有60μm～150μm的厚度；
用于沉积所述第二层的步骤b)至少部分地通过没有压缩空气的喷射器进行，用喷射器在温度为35℃～80℃的表面上实施；
在步骤b)中，通过使所述管道构件的至少一部分通过预热炉来使所述表面处于35℃～80℃的温度下；
在步骤a)中，通过热辐射(heat projection)，优选通过电弧来沉积所述第一层；
用于沉积所述第二层的步骤b)通过具有压缩空气的喷射器进行；
用于沉积所述第二层的步骤b)通过没有压缩空气的喷射器进行。
附图说明
在阅读下面的描述内容后将更好地理解本发明，下面的描述内容仅作为示例提供且参考唯一的附图进行描述，该附图是根据本发明的管道构件横截面的部分示意图。
具体实施方式
附图示出埋于土地3中且用于传输流体5(例如饮用水)的涂覆后的管道部件1。
上述涂覆后的管道构件1包括管道构件7和位于土地3与管道构件7之间的外涂层9，有利地该外涂层遍布于管道构件7从而将其与土地3隔离。
管道构件7由铁制成，有利地由球墨铸铁制成。管道构件7例如是管。在图示的实例中，它沿垂直于附图平面的纵向L延伸。仅管道构件7截面的一部分示出在图中，该截面的其余部分能够容易地由所示出的部分推知。
流体5以纵向方向L在管道构件7内流通。内涂层(未示出)可存在于管道构件7的内壁上以使流体5与管道构件7隔离。
外涂层9包括第一层11和位于第一层11上的第二层13。
第一层11是多孔的，并且有利地通过电弧金属化进行沉积。第一层11包括基本上纯的锌或锌的合金或假合金。
第一层11还以0.1wt％～5wt％的含量水平包括铜和/或银。这些组分例如以单质形式或以氧化物形式添加。
上述合金或假合金包括至少50wt％的锌，以及0.5wt％～40wt％的铝。例如，第一层11包括84wt％的锌、15wt％的铝和1wt％的铜。
在来自土地的腐蚀剂的作用下，第一层11变成在产生腐蚀产物的环境中使该腐蚀产物稳定的保护层。因此，从在由铸铁、合金和土地形成的电化学电池的作用下第一层通过氧化逐渐转变的意义上讲，第一层11相对于铸铁称为“阳极”。
所述保护层的形成能够保护位于下面的铸铁，其可能暴露于合金层的破损处。第一层11的杀菌剂抑制可能存在的细菌的作用。
由于其电弧金属化沉积，第一层11由固化的液滴形成，并因此是多孔的。通过调节控制孔大小和层厚度的金属化方法，本领域技术人员能够调节形成保护层的条件，特别是速度。已经观察到，锌/铝合金的双相结构有利于俘获锌的焊接产品。
第一层11具有至少为200g/m2，优选至少为350g/m2，例如约400g/m2的表面密度。有利地，第一层11通过热辐射进行沉积以获得上述表面密度。
第二层13是由在有机溶剂中的有机树脂(例如环氧树脂、双组分树脂)形成的涂料。第二层13是多孔的。第二层13能够堵塞第一层11的孔，并且调节在管道构件的环境中发生的电化学反应的速度。
上述涂料例如由在欧盟与食品接触的准许列表中(欧洲法规：EU 10/2011)，并在本专利申请的申请日具有监管部门批准为用于与供人类消耗的水接触的产品证书(例如，法国符合安全证书(a French Certificate of Sanitary Compliance(ACS))，或英国WRAS证书(an English WRAS certificate))的组分配制。
第二层13有利地包括能够与供人类消耗的水接触的一种或多种活性成分，例如杀菌剂。该杀菌剂例如是在土地3中能够限制细菌活性的铜盐。杀菌活性成分有利地在涂料已经干燥后具有非常慢的迁移(水、土地)。于是，杀菌剂的固体颗粒被树脂包封：来自外部环境的水扩散通过树脂，引起这些试剂的离子化，其随后通过慢速扩散而释放到的外部环境中。
现我们将描述用于将外涂层9沉积在管道构件7上的方法。该方法包括如上所述的用于将第一层11沉积在管道构件7上的步骤a)，以及如上所述的用于将第二层13沉积在第一层11上的步骤b)。
在步骤a)中，第一层11有利地通过热辐射，优选通过电弧进行沉积。
沉积足够量的材料以获得第一层11的表面密度为至少200g/m2，优选至少为350g/m2。根据合金化锌的有效性，辐射例如由单线(solid wire)或包覆线(lined wire)进行。
在步骤b)中，将第二层13有利地沉积在第一层11上，而第一层11上未覆盖有白色盐霜，即，缩短第二层13的沉积和第一层11的沉积之间的时间间隔。
在步骤b)中，第二层13有利地通过没有压缩空气的喷射器进行特别是针对大表面的沉积，和/或用刷子进行特别是针对小表面或进行修补的沉积，使得第二层13有利地在干燥时具有60μm～150μm的厚度，例如在干燥时厚度约为120μm。
第二层13有利地至少部分地通过没有压缩空气的喷射器进行沉积，用喷射器在温度为35℃～80℃的表面上进行。例如通过将管道构件置于预热炉中使上述表面处于所述温度下。
根据本发明的涂覆实施例
由球墨铸铁制成的管7上的外涂层9由第一金属化层11和由涂料形成的第二层13构成，该第一金属化层11通过电弧以15wt％的铝和1wt％的铜沉积400g/m2的锌-铝-铜合金，该涂料由在有机溶剂中的环氧化物、双组分树脂形成，第二层13在干燥时具有120μm的厚度。
在80℃的炉中对涂覆有第一层11的管7预热后涂覆涂料。
由环氧树脂形成的涂料有利地包括杀菌剂，例如铜盐，以在外涂层9处限制来自土地3的细菌的活性。
根据第二实施例，第一层11包括杀菌剂，例如铜，以在外涂层9处限制来自土地3的细菌的活性。在该实施例中，第二层13没有杀菌剂。
根据第三实施例，第一层11没有杀菌剂而第二层13包括杀菌剂，例如铜盐，以在外涂层9处限制来自土地3的细菌的活性。
由于如上所述的第一层11和第二层13的特征，外涂层9可更有效地保护管道构件7，特别是在具有强细菌活性的腐蚀性土地3中的管道构件不受腐蚀。事实上，第二层13非常有效地堵塞第一层11的孔，同时能够调节消耗牺牲合金的速度。此外，外层9由于其组成和涂覆方法而具有非常有竞争力的成本。
此外，涂覆管道构件7的操作变得更容易，因为能够在设计为仅与腐蚀性土地3接触的区域上和在与供人类消耗的水5接触的区域上沉积相同的涂层9。

Claims (12)

1.一种外涂层(9)，用于由铁制成的地下管道构件(7)，所述外涂层(9)具有第一多孔层(11)和位于所述第一多孔层(11)上并且能够堵塞所述第一多孔层(11)的孔的第二多孔层(13)，所述外涂层(9)的特征在于：
所述第一多孔层(11)包括基本上纯的锌或锌的合金或假合金，所述合金或假合金包括至少50wt％的锌，以及
所述第二多孔层(13)包括基于至少一种有机树脂的涂料，所述涂料是在有机溶剂或共溶剂中的单组分，或是双组分，以及
所述第一多孔层(11)包括杀菌剂，所述杀菌剂选自由铜、银以及铜和银的混合物组成的组中，所述铜、所述银，以及所述铜和银的混合物各自的浓度为0.1wt％～5wt％。
2.根据权利要求1所述的外涂层(9)，其中，所述合金或假合金包括0.5wt％～40wt％的铝。
3.根据权利要求1所述的外涂层(9)，其中，所述外涂层(9)用于由铸铁制成的地下管道构件(7)。
4.根据权利要求1所述的外涂层(9)，其中，所述第二多孔层(13)包括能够与供人类消耗的水接触的至少一种杀菌剂。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的外涂层(9)，其中，所述第一多孔层(11)具有至少200g/m2的表面密度。
6.根据权利要求5所述的外涂层(9)，其中，所述第一多孔层(11)具有至少350g/m2的表面密度。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的外涂层(9)，其中，所述第二多孔层的有机树脂选自丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、沥青树脂、乙烯基树脂以及它们的混合物。
8.根据权利要求1～4中任一项所述的外涂层(9)，其中，所述涂料含有选自有机溶剂、水以及它们的混合物中的溶剂，所述溶剂占所述涂料的20wt％～60wt％，并且所述有机树脂占所述涂料的20wt％～70wt％。
9.一种由铁制成的设计为埋于地下的涂覆后的管道构件(1)，所述涂覆后的管道构件包括根据前述权利要求1～8中任一项所述的外涂层(9)。
10.一种用于将根据权利要求1～8中任一项所述的外涂层(9)沉积在由铁制成的设计为埋于地下的管道构件(7)上的方法，所述方法的特征在于所述方法包括以下步骤：
a)通过金属化将所述第一多孔层(11)沉积在所述管道上，以及
b)将所述第二多孔层(13)沉积在未覆盖有白色盐霜的所述第一多孔层(11)上。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，用于沉积所述第二多孔层(13)的步骤b)通过喷射器和/或使用刷子或辊子进行，使得所述第二多孔层(13)在干燥时具有60μm～150μm的厚度。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，用于沉积所述第二多孔层(13)的步骤b)至少部分地通过没有压缩空气的喷射器进行，用喷射器在温度为35℃～80℃的表面上进行实施。
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