CN106634510A - 一种非开挖涉水管道内壁修复材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种非开挖涉水管道内壁修复材料，所述非开挖涉水管道内壁修复材料包括第一部分和第二部分，通过将第一部分和第二部分混合形成液体混合物而喷涂于非开挖涉水管道内壁，其中：第一部分包括至少一种含有胺基基团的聚合物和颜填料的组分；第二部分包括至少一种含有异氰酸酯基团的聚合物和颜填料组分。本发明的涉水管道内壁修复材料兼具了水泥和环氧树脂两种材料的长处，同时也弥补了两种材料的不足，可持续性喷涂从而在管道内壁形成连续化、一体化的内衬修复材料，能够满足非开挖涉水管道抗结垢、抗爆管、抗压和抗微生物生长等多种要求，能够一次性喷涂解决管道裂纹及漏点的问题，且不含溶剂，具有重要的环保意义。

Description

一种非开挖涉水管道内壁修复材料及其制备方法
技术领域
本发明属于涉水管道防护领域，具体地说，涉及一种非开挖涉水管道内壁修复材料及其制备方法。
背景技术
在国内用于涉水管道内壁修复材料的类型中最常见的类型为用水泥内衬和环氧内衬两种。但是一方面，水泥内衬虽然结实耐用，但水泥中的孔隙会成为微生物生长的温床，久而久之会在水泥内衬表面结一层厚厚的垢，管道结垢后内径会减小，增高管道的输送压，不仅影响管内液体的流速更容易导致爆管；另一方面水泥内衬中的水泥被流体冲刷后会逐渐溶解于流体中，导致流体污染。而环氧内衬虽然可以防止结垢，但一般环氧内衬较薄，且为脆性材料，仅适用于小口径的塑料管材，对于大口径管道则无法承受管道较高的压力。
非开挖管道由于是在地下作业，对施工设备的要求较高，同时要求修复材料形成连续化一体的内衬结构，且需要抗结垢、抗爆管、抗压等多种要求。因此，有必要研发一种非开挖涉水管道内壁修复材料，能够兼具水泥和环氧两种材料的长处，同时弥补两种材料的不足，解决结垢的问题的同时，一次性喷涂解决管道裂纹及漏点的问题。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种非开挖涉水管道内壁修复材料，可持续性喷涂从而在管道内壁形成连续化、一体化的内衬修复材料，能够满足非开挖涉水管道抗结垢、抗爆管、抗压等多种要求，同时一次性喷涂解决管道裂纹及漏点的问题。
本发明的第二个目的在于提供上述非开挖涉水管道内壁修复材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种非开挖涉水管道内壁修复材料，所述非开挖涉水管道内壁修复材料包括第一部分和第二部分，通过将第一部分和第二部分混合形成液体混合物而喷涂于非开挖涉水管道内壁，其中：
所述第一部分包括至少一种含有胺基基团的聚合物和颜填料的组分；
所述第二部分包括至少一种含有异氰酸酯基团的聚合物和颜填料组分。
根据本发明，所述第一部分中的含有胺基基团的聚合物为脂环族二胺及其衍生物或含有苯环基团的脂肪族二胺及其衍生物。
根据本发明，所述第一部分中的含有胺基基团的聚合物为以含有胺基基团的聚合物为基础胺进行改性得到的改性聚合物，所述改性聚合物中不含有可以与胺反应的反应性基团。
根据本发明，所述改性的方法为采用含C4～C20长链的缩水甘油醚及其衍生物对所述基础胺进行改性。
根据本发明，所述第一部分和第二部分中至少包含一种防沉剂。
根据本发明，所述第二部分中的含有异氰酸酯基团的聚合物选自脂肪族异氰酸酯的二聚体、三聚体及脂肪族异氰酸酯的二聚体或三聚体的衍生物中的一种或多种；
所述第二部分中所含的异氰酸酯的游离单体小于1(重量)％。
根据本发明，所述第二部分还含有至少一种不含羟基基团的环氧树脂或其改性物。
根据本发明，所述第二部分所含的颜填料的含水量小于1(重量)％。
根据本发明，所述第二部分至少包含一种可吸附微量水分的吸附剂。
所述的非开挖涉水管道内壁修复材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将第一部分、第二部分分别投入干净的密闭釜内，在氮气保护下进行高速搅拌混合，直至搅拌均匀，得到的第一部分和第二部分分别存储；
2)使用时，先分别将第一部分、第二部分加热至40～60℃，然后采用双管无气喷涂设备将第一部分和第二部分以体积比1:1混合形成液体混合物，并涂覆于直径300～500mm的非开挖涉水管道内壁，持续喷涂6m以上，固化后形成连续一体化的非开挖涉水管道内壁修复材料。
根据本发明，所述液体混合物涂覆于非开挖涉水管道内壁后的凝胶时间为30秒～5分钟，表干时间为2分钟～15分钟，硬化时间为10分钟～30分钟。
根据本发明，所述液体混合物涂覆于非开挖涉水管道内壁，一次性形成3～5mm厚度的固体涂层。
根据本发明，所述非开挖涉水管道内壁修复材料的制备方法的步骤2)中的双管无气喷涂设备的喷头为可伸缩的离心旋转不锈钢喷头。
与现有技术相比，本发明的涉水管道内壁修复材料具有以下优点：
1)、本发明的涉水管道内壁修复材料适用于地下管道不开挖即可满足喷涂的施工条件，兼具了水泥和环氧树脂两种材料的长处，同时也弥补了两种材料的不足，可持续性喷涂，从而在管道内壁形成连续化、一体化的内衬修复材料，能够满足非开挖涉水管道抗结垢、抗爆管、抗压和抗微生物生长等多种要求，同时一次性喷涂解决管道裂纹及漏点的问题。
2)、本发明的涉水管道内壁修复材料中的第一部分和第二部分中均不含溶剂，为低VOC的产品，具有重要的环保意义。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
以下实施例中所使用的原料均为市售，其中：
下述实施例中，异佛尔酮二胺(IPDA)为脂环族二胺，间苯二甲胺(MXDA)为含有苯环基团的脂肪族二胺。
下述实施例中，科思创N100为脂肪族异氰酸酯的二聚体，科思创3300、东曹化工的HK为脂肪族异氰酸酯的三聚体，上述脂肪族异氰酸酯的三聚体的游离异氰酸酯单体小于1(重量)％。
下述实施例中，E-51、陶氏DER331及其类似产品均为不含羟基基团的环氧树脂。
含有胺基基团的聚合物的改性方法：通过C4～C20的缩水甘油醚对含有基础胺(胺基基团)的聚合物进行改性，从而形成含有-NH基团的聚合物，C4～C20长碳链的缩水甘油醚例如聚丙二醇二缩水甘油醚、己二醇二缩水甘油醚、十二-十四烷基缩水甘油醚及其衍生物，不同的碳链长度所带来的特性不相同。
下述实施例中的MXDA分别经过含C4链的聚丙二醇二缩水甘油醚改性、含C6链的己二醇二缩水甘油醚改性、含C14链的十四烷基缩水甘油醚改性。
下述实施例中的颜填料的含水量小于1(重量)％。
实施例1-4、涉水管道内壁修复材料的制备
(一)、涉水管道内壁修复材料配方，如表1所示。
表1实施例1-4的涉水管道内壁修复材料配方1-4
(二)、涉水管道内壁修复材料制备方法及其使用方法
制备方法：将第一部分、第二部分分别投入干净的密闭釜内，在氮气保护下进行高速搅拌混合，直至第一、第二部分搅拌均匀，得到的第一部分和第二部分分别存储。
使用方法：将实施例1-4制备得到的第一部分、第二部分分别热至40～60℃，然后用双管无气喷涂设备对第一部分、第二部分以体积比1:1进行喷涂施工。
(三)、性能测试
将实施例1-4制备得到的涉水管道内壁修复材料加热至40～60℃，用双管无气喷涂设备进行制板，并进行性能测试，结果如表2所示：
表2实施例1-4制备的涉水管道内壁修复材料性能测试结果
性能测试 指标 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
凝胶时间，s ≤5min 60 35 45 52
表干时间，min ≤15 11 5 9 9
硬化时间，min ≤30 20 8 10 12
拉伸强度，MPa ≥10 18 15 18 21
伸长率，％ ≥3 6 5 6 7
粘附力，MPa ≥7 10 12 16 16
邵氏硬度 ≥70 78 82 86 88
吸水率，％ ≤3 1.2 0.8 1 1
抗爆管压力，MPa ≥2 4 4.5 5 5
表2的结果可以看出，实施例1-4制备的涉水管道内壁修复材料均符合性能指标。采用MXDA作为含有胺基基团的聚合物制备得到的涉水管道内壁修复材料具有更加优异的性能。
上述的含有胺基基团的聚合物也可以是其衍生物，含有异氰酸酯基团的聚合物也可以是其衍生物，都能实现相似的修复涉水管道内壁效果。
以下分别从三个方面进一步研究不同原料组分对制备得到的涉水管道内壁修复材料性能的影响。
实施例5-7、涉水管道内壁修复材料制备
(一)、涉水管道内壁修复材料配方，如表3所示。
表3实施例5-7的涉水管道内壁修复材料配方5-7
(二)、性能测试
第一部分和第二部分的制备方法同实施例1-4。将实施例5-7制备得到的涉水管道内壁修复材料加热至40～60℃，用双管式无气喷涂设备进行喷涂制板，并进行性能测试，结果如表4所示：
表4实施例5-7制备的涉水管道内壁修复材料性能测试结果
性能测试 指标 实施例5 实施例6 实施例7
凝胶时间，s ≤5min 35 40 52
表干时间，min ≤15 5 5 10
硬化时间，min ≤30 8 10 12
拉伸强度，MPa ≥10 12 15 21
伸长率，％ ≥3 4 5 7
粘附力，MPa ≥7 12 12 10
邵氏硬度 ≥70 80 80 74
吸水率，％ ≤3 0.8 0.8 1
抗爆管压力，MPa ≥2 5 4.5 3.5
表4的结果可以看出，实施例5-7制备的涉水管道内壁修复材料均符合性能指标。其中实施例6采用含C6链改性的MXDA作为第一部分的含胺基基团的聚合物，制备的涉水管道内壁修复材料具有更加优异的性能。
实施例8-10、涉水管道内壁修复材料制备
(一)、涉水管道内壁修复材料配方，如表5所示。
表5实施例8-10的涉水管道内壁修复材料配方8-10
(二)、性能测试
第一部分和第二部分的制备方法同实施例1-4。将实施例8-10制备得到的涉水管道内壁修复材料加热至40～60℃，用双管式无气喷涂设备进行制板，并进行性能测试，结果如表6所示：
表6实施例8-10制备的涉水管道内壁修复材料性能测试结果
表6的结果可以看出，实施例5-7制备的涉水管道内壁修复材料均符合性能指标。其中，采用科思创3300作为含有异氰酸酯基团的聚合物制备的第二部分，制备的涉水管道内壁修复材料具有更加优异的性能。
实施例11-15、涉水管道内壁修复材料制备
(一)、涉水管道内壁修复材料配方，如表7所示。
表7实施例11-15的涉水管道内壁修复材料配方11-15
(二)、性能测试
第一部分和第二部分的制备方法同实施例1-4。将实施例11-15制备得到的涉水管道内壁修复材料加热至40～60℃，用双管式无气喷涂设备进行制板，并进行性能测试，结果如表8所示：
表8实施例11-15制备的涉水管道内壁修复材料性能测试结果
表8的结果可以看出，实施例11-15制备的涉水管道内壁修复材料均符合性能指标，与未添加环氧树脂的实施例5-10相比，实施例11-15制备的涉水管道内壁修复材料具有更加优异的性能。
上述实施例中的不含羟基基团的环氧树脂也可以是其衍生物，都能实现相似的修复涉水管道内壁效果。
由上述实施例1-15可见，本发明的非开挖涉水管道内壁修复材料，具有良好的抗结垢、抗爆管、抗压等性能，具有水泥和环氧材料二者的长处又克服了二者的缺点。
实施例16、涉水管道内壁修复材料的使用实例
对地下管道修复前，管道先进行预处理以使管道符合GB/T8923标准中涂装前钢材表面除锈等级St2.5级的要求。地下管道内的流通介质为含水的流通物。
将本发明的涉水管道内壁修复材料的第一部分、第二部分加热至40～60℃，采用双管无气喷涂设备对第一部分和第二部分以体积比1:1进行喷涂，将两部分混合涂覆于直径300mm的管道，并且持续喷涂6m以上，固化后形成连续一体化的内衬材料，一次性形成3～5mm厚度的固体涂层。
双管无气喷涂设备的喷头为可伸缩的离心旋转不锈钢喷头。通过一次性喷涂解决了管道裂纹及漏点的问题。
实施例17、涉水管道内壁修复材料的使用实例
对地下管道修复前，管道先进行预处理以使管道符合GB/T8923标准中涂装前钢材表面除锈等级St2.5级的要求。地下管道内的流通介质为含水的流通物。
将本发明的涉水管道内壁修复材料的第一部分、第二部分加热至40～60℃，采用双管无气喷涂设备对第一部分和第二部分以体积比1:1进行喷涂，将两部分混合涂覆于直径500mm的管道，并且持续喷涂6m以上，固化后形成连续一体化的内衬材料，一次性形成3～5mm厚度的固体涂层。
双管无气喷涂设备的喷头为可伸缩的离心旋转不锈钢喷头。通过一次性喷涂解决了管道裂纹及漏点的问题。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (13)

1.一种非开挖涉水管道内壁修复材料，其特征在于，所述非开挖涉水管道内壁修复材料包括第一部分和第二部分，通过将第一部分和第二部分混合形成液体混合物而喷涂于非开挖涉水管道内壁，其中：
所述第一部分包括至少一种含有胺基基团的聚合物和颜填料的组分；
所述第二部分包括至少一种含有异氰酸酯基团的聚合物和颜填料组分。
2.根据权利要求1所述的非开挖涉水管道内壁修复材料，其特征在于，所述第一部分中的含有胺基基团的聚合物为脂环族二胺及其衍生物或含有苯环基团的脂肪族二胺及其衍生物。
3.根据权利要求2所述的非开挖涉水管道内壁修复材料，其特征在于，所述第一部分中的含有胺基基团的聚合物为以含有胺基基团的聚合物为基础胺进行改性得到的改性聚合物，所述改性聚合物中不含有可以与胺反应的反应性基团。
4.根据权利要求3所述的非开挖涉水管道内壁修复材料，其特征在于，所述改性的方法为采用含C4～C20长链的缩水甘油醚及其衍生物对所述基础胺进行改性。
5.根据权利要求1所述的非开挖涉水管道内壁修复材料，其特征在于，所述第一部分和第二部分中至少包含一种防沉剂。
6.根据权利要求1所述的非开挖涉水管道内壁修复材料，其特征在于，所述第二部分中的含有异氰酸酯基团的聚合物选自脂肪族异氰酸酯的二聚体、三聚体及脂肪族异氰酸酯的二聚体或三聚体的衍生物中的一种或多种；
所述第二部分中所含的异氰酸酯的游离单体小于1(重量)％。
7.根据权利要求1所述的非开挖涉水管道内壁修复材料，其特征在于，所述第二部分还含有至少一种不含羟基基团的环氧树脂或其改性物。
8.根据权利要求1所述的非开挖涉水管道内壁修复材料，其特征在于，所述第二部分所含的颜填料的含水量小于1(重量)％。
9.根据权利要求1所述的非开挖涉水管道内壁修复材料，其特征在于，所述第二部分至少包含一种可吸附微量水分的吸附剂。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的非开挖涉水管道内壁修复材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将第一部分、第二部分分别投入干净的密闭釜内，在氮气保护下进行高速搅拌混合，直至搅拌均匀，得到的第一部分和第二部分分别存储；
2)使用时，先分别将第一部分、第二部分加热至40～60℃，然后采用双管无气喷涂设备将第一部分和第二部分以体积比1:1混合形成液体混合物，并涂覆于直径300～500mm的非开挖涉水管道内壁，持续喷涂6m以上，固化后形成连续一体化的非开挖涉水管道内壁修复材料。
11.根据权利要求1所述的非开挖涉水管道内壁修复材料，其特征在于，所述液体混合物涂覆于非开挖涉水管道内壁后的凝胶时间为30秒～5分钟，表干时间为2分钟～15分钟，硬化时间为10分钟～30分钟。
12.根据权利要求1所述的非开挖涉水管道内壁修复材料，其特征在于，所述液体混合物涂覆于非开挖涉水管道内壁，一次性形成3～5mm厚度的固体涂层。
13.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中的双管无气喷涂设备的喷头为可伸缩的离心旋转不锈钢喷头。
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