DE102011105593A1

DE102011105593A1 - Auskleidungsschlauch für die Sanierung von Leitungssystemen und Verfahren zur Sanierung von Leitungssystemen

Info

Publication number: DE102011105593A1
Application number: DE102011105593A
Authority: DE
Inventors: Corinne Schneider; Stefan Reichel
Original assignee: SML Verwaltungs GmbH
Current assignee: SML Verwaltungs GmbH
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2012-12-27

Abstract

Auskleidungsschlauch für die Sanierung von Leitungssystemen enthaltend mindestens ein mit einem Epoxidharz getränktes Faserband, dadurch gekennzeichnet, dass das Epoxidharz ein durch photochemisch initiierte kationische Polymerisation härtbares Epoxidharz ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Auskleidungsschlauch zur Sanierung von Leitungssystemen und ein Verfahren zur Sanierung solcher Systeme.
Verfahren zur Sanierung von Leitungssystemen, in denen zum Beispiel flüssige oder gasförmige Medien transportiert werden, sind bekannt und im Stand der Technik vielfach beschrieben.
Zunächst sind hier Verfahren zu nennen, bei denen die einen Defekt oder eine Beschädigung aufweisenden Abschnitte des Leitungssystems durch neue Abschnitte ersetzt werden. Dies ist jedoch aufwendig und auch nicht immer möglich. So ist es beispielsweise bei unter Druck betriebenen Leitungssystemen in der Regel nicht zulässig, Abschnitte beliebig herauszutrennen und durch neue Abschnitte zu ersetzen, da dadurch die Druckfestigkeit gefährdet werden könnte. Daher muss in solchen Systemen oft ein deutlich größerer Abschnitt ersetzt werden als eigentlich wegen der Beschädigung erforderlich.
Bei unterirdisch verlegten Leitungssystemen müssen diese für diese Art der Sanierung erst aufwendig freigelegt und nach der Sanierung wieder entsprechend abgedeckt werden. Insbesondere bei der Sanierung von Kanalsystemen unter Verkehrswegen bedeutet dies für einen erheblichen Zeitraum massive Störungen des Verkehrsflusses über lange Zeiträume und erhebliche Kosten.
Ein besonders elegantes, in der jüngeren Vergangenheit an Bedeutung gewinnendes Verfahren zur Sanierung von Leitungssystemen, z. B. Kanälen und ähnlichen Rohrsystemen besteht darin, dass man einen flexiblen, mit einem härtbaren Harz getränkten Faserschlauch, der als Auskleidungsschlauch (sog. Liner) dient, in das Leitungssystem einführt, dort aufweitet, so dass er sich eng an die Innenwand des Leitungssystems anschmiegt, und danach das Harz aushärtet.
Die Herstellung eines derartigen Auskleidungsschlauches ist beispielsweise in der WO 95/04646 beschrieben.
Als härtbare Harze werden nach den bekannten Verfahren vorzugsweise ungesättigte Polyesterharze oder Vinylesterharze verwendet, die beispielsweise in Styrol und/oder einem Acrylester gelöst sein können.
Diese ungesättigten Polyester- oder Vinylester können thermisch (üblicherweise durch Peroxidkatalysatoren) oder mittels Strahlung, z. B. durch UV-Licht mit Photoinitiatoren wie beispielsweise in der EP-A 23623 beschrieben, ausgehärtet werden. Auch so genannte Kombinationshärtungen mit einem für die thermische Härtung verwendeten Peroxidinitiator in Kombination mit Photoinitiatoren sind möglich und haben sich insbesondere bei großen Wandstärken der Auskleidungsschläuche als vorteilhaft erwiesen. Ein Verfahren für eine derartige sogenannte Kombinationshärtung ist beispielsweise in der EP-A 1262708 beschrieben. Ungesättigte Polyester- oder Vinylesterharze unterliegen bei der Härtung einem Schwund, was die Stabilität des sanierten Leitungssystems im späteren Betrieb beeinträchtigen kann.
Aus der DE 20 21 554 ist ein Schlauchsystem zur Sanierung von Druckrohrleitungen bekannt, wobei das Schlauchsystem an die Innenwand der zu sanierenden Rohrleitung dichtend aufbringbar ist, wobei das Schlauchsystem mit einem Zweikomponenten-Epoxidharz getränkt ist. Der Schlauch wird nach Einbringen in das zu sanierende Leitungssystem und Aufweiten thermisch ausgehärtet, was lange Zeit dauert und wegen der erheblichen Mengen an benötigter thermischer Energie auch kostenintensiv ist. Außerdem ist eine aufwendige Kühlung des getränkten Auskleidungsschlauchs erforderlich, um eine unerwünschte vorzeitige Aushärtung zu vermeiden.
Die kationische Härtung von Epoxidharzen an sich ist bekannt und in der Literatur beschrieben. Insbesondere im Bereich der dentalen Applikationsmassen finden solche Systeme Verwendung, die unter Verwendung von Photoinitiatoren, die ein Oniumsalz und einen Sensibilisator enthalten, gehärtet werden. Nur beispielsweise sei hier auf die EP 789 721 und die EP 1 252 551 verwiesen.
In der EP 6,245,827 sind Klebstoffe und Dichtungsmassen beschrieben, die kationisch härtbare Epoxidharze enthalten.
Schließlich beschreibt die DE A 26 39 395 Schutzüberzüge, die kationisch härtbare Epoxidharze enthalten.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, einen Auskleidungsschlauch für die Sanierung von Leitungssysteme zur Verfügung zu stellen, der einerseits eine gute Handhabbarkeit und andererseits eine gute Dimensionsstabilität bei der Aushärtung nach Einbringung aufweist. Weiterhin sollten der Auskleidungsschlauch auch in einfacher weise die Sanierung von Leitungssystemen mit großen Durchmessern ermöglichen, in denen die zur Sanierung eingesetzten Auskleidungsschläuche Dicken aufweisen können, die thermisch unter Umständen nur schwer gleichmäßig ausgehärtet werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Auskleidungsschläuche gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Auskleidungsschläuche sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden detaillierten Beschreibung zu entnehmen.
Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung von kationisch härtbaren Epoxidharzen zur Herstellung von Auskleidungsschläuchen für die Sanierung von Leitungssystemen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sanieren von Leitungssystemen.
Unter Leitungssystemen im Sinne der vorliegenden Erfindung sollen Leitungssysteme jeglicher Art zum Transport von flüssigen oder gasförmigen Medien verstanden werden, die bei Unterdruck, Normaldruck oder Überdruck betrieben werden können. Beispielhaft seien hier Pipelines jeglicher Art, Rohrleitungssysteme zum Transport von Medien in chemischen Betrieben und Produktionsanlagen, Druckleitungen wie Druckwasserrohre und Trinkwasserrohre und insbesondere auch Abwassersysteme genannt, die unterirdisch bzw. nicht sichtbar verlegt sind. Die erfindungsgemäßen Auskleidungsschläuche eignen sich insbesondere für die Sanierung solcher Abwasserleitungen in Kanalsystemen.
Die erfindungsgemäßen Auskleidungsschläuche weisen in der Regel eines oder mehrere Faserbänder auf, die mit einem härtbaren Harz getränkt sind.
Als Faserbänder eignen sich dabei grundsätzlich alle dem Fachmann bekannten Produkte in Form von Geweben, Gewirken, Gelegen, Matten oder Vliesen, die Fasern in Form von langen Endlosfasern oder kurzen Fasern enthalten können. Entsprechende Produkte sind dem Fachmann an sich bekannt und in großer Vielfalt von verschiedenen Herstellern kommerziell erhältlich.
Unter Geweben werden dabei im allgemeinen flächenförmige Textilerzeugnisse aus mindestens zwei rechtwinklig gekreuzten Fasersystemen verstanden, wobei die so genannte Kette in Längsrichtung und der so genannte Schuß senkrecht dazu verlaufen.
Unter Gewirken werden im allgemeinen Textilerzeugnisse verstanden, die durch Maschenbildung erzeugt werden.
Fasergelege sind eine Verarbeitungsvariante von Fasern, bei denen die Fasern nicht verwoben werden, sondern parallel zueinander ausgerichtet in eine chemische Trägersubstanz (die Matrix) eingebettet sind und im Regelfall durch Deckfolien von oben und unten fixiert werden. Fasergelege weisen durch die parallele Ausrichtung der Fasern eine ausgeprägte Anisotropie der Festigkeiten Orientierungsrichtung und senkrecht dazu auf, was für manche Anwendungen von Interesse sein kann.
Ein Vlies besteht aus lose zusammen liegenden Fasern, welche noch nicht miteinander verbunden sind. Die Festigkeit eines Vlieses beruht nur auf der fasereigenen Haftung, kann aber durch Aufarbeitung beeinflusst werden. Damit man das Vlies verarbeiten und benutzen kann, wird es in der Regel verfestigt, wofür verschiedene Methoden angewandt werden können.
Vliese sind verschieden von Geweben, oder Gewirken, die sich durch vom Herstellverfahren bestimmte Legung der einzelnen Fasern oder Fäden auszeichnen. Vliese bestehen dagegen aus Fasern, deren Lage sich nur mit den Methoden der Statistik beschreiben lässt. Die Fasern liegen wirr im Vliesstoff zueinander. Die englische Bezeichnung nonwoven (nicht gewebt) grenzt sie dementsprechend eindeutig von Geweben ab. Vliesstoffe werden unter anderem nach dem Fasermaterial (z. B. das Polymer bei Chemiefasern), dem Bindungsverfahren, der Faserart (Stapel- oder Endlosfasern), der Faserfeinheit und der Faserorientierung unterschieden. Die Fasern können dabei definiert in einer Vorzugsrichtung abgelegt werden oder gänzlich stochastisch orientiert sein wie beim Wirrlagen-Vliesstoff.
Wenn die Fasern keine Vorzugsrichtung in ihrer Ausrichtung (Orientierung) haben, spricht man von einem isotropen Vlies. Sind die Fasern in einer Richtung häufiger angeordnet als in der anderen Richtung, dann spricht man von Anisotropie.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sollen als Faserbänder im Sinne der Erfindung auch Filze verstanden werden. Ein Filz ist ein Flächengebilde aus einem ungeordneten, nur schwer zu trennendem Fasergut. Prinzipiell sind Filze damit nicht gewebte Textilien. Aus Chemiefasern und Pflanzenfasern werden Filze in der Regel durch trockene Vernadelung (sog. Nadelfilze) oder durch Verfestigung mit unter hohem Druck aus einem Düsenbalken austretenden Wasserstrahlen hergestellt. Die einzelnen Fasern im Filz sind ungeordnet miteinander verschlungen.
Nadelfilz wird mechanisch in der Regel mit zahlreichen Nadeln mit Widerhaken hergestellt, wobei die Widerhaken umgekehrt wie bei einer Harpune angeordnet sind. Dadurch werden die Fasern in den Filz gedrückt und die Nadel geht leicht wieder heraus. Durch wiederholtes Einstechen werden die Fasern miteinander verschlungen und anschließend eventuell chemisch oder mit Wasserdampf nachbehandelt.
Filze lassen sich – wie Vliese – aus praktisch allen natürlichen oder synthetischen Fasern herstellen. Neben der Vernadelung oder in Ergänzung ist auch das Verhaken der Fasern mit einem gepulsten Wasserstrahl oder mit einem Bindemittel möglich. Die letztgenannten Verfahren eignen sich insbesondere für Fasern ohne Schuppenstruktur wie Polyester- oder Polyamidfasern.
Filze weisen eine gute Temperaturbeständigkeit auf und sind in der Regel feuchtigkeitsabweisend, was bei der Anwendung in flüssigkeitsführenden systemen von Vorteil sein kann.
Die Länge der verwendeten Fasern unterliegt an sich keiner besonderen Beschränkung, d. h. es können sowohl so genannte Langfasern als auch Kurzfasern oder Faserbruchstücke verwendet werden. Über die Länge der verwendeten Fasern lassen sich die Eigenschaften der entsprechenden Faserbänder auch über weite Bereiche einstellen und steuern.
Auch die Art der verwendeten Fasern unterliegt keiner Beschränkung. Nur beispielhaft seien hier Glasfasern, Carbonfasern oder Kunststofffasern wie Aramidfasern oder Fasern aus thermoplastischen Kunststoffen wie Polyestern oder Polyamiden oder Polyolefinen (z. B. Polypropylen) genannt, die dem Fachmann mit ihren Eigenschaften bekannt und in großer Vielzahl kommerziell erhältlich sind. Aus wirtschaftlichen Gründen werden in der Regel Glasfasern bevorzugt; ist jedoch beispielsweise eine besondere Hitzebeständigkeit von Bedeutung, können beispielsweise Aramidfasern oder Carbonfasern eingesetzt werden, die hinsichtlich der Festigkeit bei höheren Temperaturen Vorteile gegenüber Glasfasern bieten können.
Die erfindungsgemäßen Auskleidungsschläuche können eines oder mehrere Faserbänder enthalten, die zudem gleich oder unterschiedlich sein können.
So kann ein erstes Faserband vorteilhaft ausgewählt sein aus Geweben, Gewirken, Gelegen, Matten, Filzen oder Vliesen, wobei die Länge der Fasern entsprechend der gewünschten Anwendung gewählt werden kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein erstes harzgetränktes Faserband ein Fasergelege aus parallel ausgerichteten Endlosfasern, vorzugsweise parallel ausgerichteten Endlos-Glasfasern. Vorteilhaft sind die Endlosfasern im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des Faserbandes ausgerichtet. Mit diesem ersten Faserband kann vorzugsweise ein zweites Faserband kombiniert werden, in dem die Fasern in einer Wirrfasermatte ungerichtet angeordnet sind. Das erste Faserband verleiht dem Auskleidungsschlauch eine sehr gute Festigkeit in Längsrichtung, was beim Einbau in die zu sanierenden Leitungssysteme von Vorteil ist. Das daraus angeordnete Faserband mit ungerichteten Fasern in Form einer Wirrfasermatte stabilisiert durch die hohe Harzaufnahme die innere Oberfläche und vermeidet Poren an der inneren Oberfläche, die bei längerem Kontakt mit aggressiven Medien zu Schäden führen könnten. Durch die Verwendung des gerichteten Fasergeleges wird andererseits das Risiko, dass die Fasermatte bei der Tränkung auseinander gezogen wird und es damit zu einer ungleichmäßigen Tränkung kommt, reduziert.
Alternativ kann in einem ersten Faserband ein Fasergelege mit einer Wirrfasermatte vernadelt oder vernäht sein, d. h. das Faserband oder die Faserbänder können auch mehrschichtig aufgebaut sein. In diesem Fall bildet die Wirrfasermatte im fertigen Auskleidungsschlauch vorzugsweise die innere Oberfläche. Als vorteilhaft hat sich in einigen Fallen herausgestellt, wenn mindestens eines der auf ein erstes Faserband aufgebrachten weiteren Faserbänder mehrschichtig dergestalt aufgebaut ist, dass zwischen zwei Schichten mit ungerichteten Fasern eine Zwischenschicht mit parallel zur Längsrichtung des Faserbandes angeordneten Schnittfasern enthalten sind, die vorzugsweise eine Länge im Bereich von 2 bis 60, vorzugsweise von 3 bis 30 cm aufweisen.
Weitere geeignete Kombinationen mehrerer Faserbänder sind in der WO 2011/006618 beschrieben, auf die an dieser Stelle vollinhaltlich Bezug genommen wird. Auch die WO 2003/038331 beschreibt Faserbänder bzw. Endlosstoffe mit geeignetem Aufbau.
Zweckmäßigerweise kann der erfindungsgemäße Auskleidungsschlauch auf einer oder auf beiden Seiten des Faserbandes oder der Faserbänder zum Schutz gegen verkleben oder Beschädigung mit einer Kunststofffolie versehen sein. Entsprechende Folien sind dem Fachmann an sich bekannt und in der Literatur beschrieben, so dass sich hier nähere Ausführungen erübrigen. Vorteilhaft sollte für die innere Schutzfolie eine solche eingesetzt werden, die für die Wellenlänge des zur Bestrahlung eingesetzten Lichts weitgehend durchlässig ist, um die Aushärtung nicht zu beeinträchtigen. Hingegen sollte die äußere Schutzfolie für Licht dieser Wellenlänge weitgehend undurchlässig sein, um ein vorzeitiges und unerwünschtes Aushärten des Auskleidungsschlauchs zu vermeiden.
Es versteht sich, dass mit ”innerer” bzw. ”äußerer” Schutzfolie die relative Lage nach Einbringen in das zu sanierende Leitungssystem gemeint ist. Beim Einbringen des Auskleidungsschlauches in das zu sanierende Leitungssystem nach dem sogenannten Inversionsverfahren wird die ursprünglich äußere Schutzfolie zur inneren Schutzfolie, da der Schlauch umgestülpt wird. In diesem Fall sollte die ursprünglich (vor dem Einbringen) äußere Schutzfolie für das zur Bestrahlung verwendete Licht durchlässig sein und es ist durch andere Maßnahmen dafür Sorge zu treffen, dass eine vorzeitige Aushärtung vermieden wird, solange der Auskleidungsschlauch nicht invertiert ist.
Die erfindungsgemäßen Auskleidungsschläuche sind mit einem durch photoinitiierte kationische Polymeristaion härtbaren Harz getränkt.
Die photochemische kationische Härtung beruht auf dem Prinzip, dass Salze bestimmter photosensibler Verbindungen kationische Polymerisationen photochemisch auszulösen vermögen. Kationisch polymerisierbare Monomere reichen von Vinyl- zu ringöffnend polymerisierenden heterocyclischen Monomeren; prinzipiell kann jedes kationisch polymerisierbare Monomer bei Verwendung geeigneter Initiatoren auch photoinitiiert kationisch polymerisiert werden.
Die photochemisch induzierte kationische Polymerisation überwindet das Problem der mangelnden Latenz der spontanen kationischen Polymerisation, die die Herstellung lagerstabiler spontan kationisch härtbarer Produkte weitgehend unmöglich macht. Die Verwendung der photochemischen Initiation ermöglicht die kontinuierliche in situ Generierung der aktiven Spezies bei Bestrahlung, die zu einer schnellen und homogenen Aushärtung zum gewünschten Zeitpunkt führt.
Als besonders vorteilhaft hat sich die photoinitiierte kationische Polymerisation von Epoxiden bewährt, weshalb in den erfindungsgemäßen Auskleidungsschläuchen auch Epoxidharze eingesetzt werden.
Die aktive initiierende Spezies bei der kationischen Polymerisation ist ein Kation, in der Regel ein Proton oder ein stark elektrophiles Carbokation. Geeignete Kationen sind beispielsweise Lewis- oder Brönsted-Säuren.
Für die photochemisch initiierte kationische Polymerisation von Epoxiden sind eine Vielzahl von Initiatoren bekannt. Hier seien beispielhaft nur Aryldiazoniumsalze, Aryliodoniumsalzue, Diaryliodoniumsalze, Diarlychloroniumsalze, Diarylbromoniumsalze, Triarylsulfoniumsalze, Dialkylphenylacylsulfoniumsalze, Phosphoniumsalze, N-Alkoxypyridiniumsalze, Pyridiniumsalze, Pyrilliumsalze und Thiapyrilliumsalze erwähnt.
Die Anionen dieser photokatalytischen Initiatorverbindungen sollten eine möglichst geringe Nukleophilie aufweisen, um eine Beeinträchtigung des Aushärtungsvorgangs zu vermeiden. Die Härtungsgeschwindigkeit, der Polymerisationsgrad und der erreichbare Umsatz folgen in der Regel der folgenden Abstufung:
SbF₆- > AsF₆- > PF₆- >> BF₄- >> CF₃SO₃- ~ ClO₄- > Cl- ~ Br-
In der Praxis haben sich am besten Hexafluoroantimonate, Hexafluorophosphate, Tetrafluoroborate und Hexafluoroarsenale bewährt, wovon die beiden erstgenannten besonders bevorzugt werden.
Das Kation ist die lichtabsorbierende Komponente und damit bestimmt das Absorptionsmaximum des Kations die zur Bestrahlung erforderliche Wellenlänge. Die Sensitivitat bei der zur Bestrahlung verwendeten Wellenlänge bestimmt das Ausmaß, in dem die initiierende Spezies gebildet wird und damit die Härtung. Idealerweise wird bei möglichst geringer Einstrahlungsintensität die wirksame initiierende Spezies in möglichst hoher Ausbeute gebildet. Der eingesetzte Initiator sollte daher intensive Absorptionsbanden im Bereich der zur Bestrahlung verwendeten Wellenlänge aufweisen.
Besonders bevorzugt werden als Inititiatoren Oniumsalze verwendet, die auch kommerziell erhältlich sind. Von den Diarylhaloniumsalzen werden die Diaryliodoniumsalze bevorzugt, da diese einfacher herstellbar sind als die entsprechenden Chloronium- oder Bromoniumsalze und zudem thermisch in der Regel deutlich stabiler als diese sind. Geeignete Arlyiodoniumsalze sind z. B. in der WO 96/13538 beschrieben, auf die hier wegen weiterer Einzelheiten verwiesen wird.
Weitere bevorzugte Photoinitiatoren sind Aryldiazonium- und Arylsulfoniumsalze, wie sie beispielsweise in der EP 770 608 beschrieben werden, auf die hier diesbezüglich Bezug genommen wird.
Arylsulfoniumsalze zeigen im Bereich von Wellenlängen von mehr als 300 nm in der Regel eine etwas bessere Absorption als Aryliodoniumsalze. Darüber hinaus sind sie thermisch sehr stabil und einfach zu synthetisieren. Allerdings ist ihre Photosensibilisierbarkeit in der Regel geringer als die der Aryliodoniumsalze.
Eine weitere Gruppe von prinzipiell geeigneten Initiatoren sind Benzothiazoliumverbindungen, wie sie in der Dissertation von Dr. Verenena Görtz (Universität Mainz, 2005) mit dem Titel ”Benzothazoliumsalze als Photoinitiatoren für kationische Epoxidpolymerisationen” beschrieben sind, auf die hier wegen weiterer Details zu diesen Verbindungen verwiesen wird.
Grundsätzlich ist es auch möglich, Initiatoren an Polymere zu binden. Diese können dann als latente kationische Makroinitiatoren wirken. Da es sich bei den Initiatoren in der Regel um ionische Verbindungen handelt, eignen sich als Polymere für diesen Zweck bevorzugt ionische Polymere. Derartige Systeme können hinsichtlich der Löslichkeit des Initiators im zu härtenden System Vorteile aufweisen, was für einige Anwendungen wünschenswert sein kann.
Ionische Polymere werden grundsätzlich unterschieden in Polyelektrolyte, (die in jeder Wiederholungseinheit eine ionische Struktur aufweisen), Ionomere (die nicht in jeder Wiederholungseinheit eine ionische Struktur aufweisen) und Makroionen mit wenigen ionischen Gruppen. Dem Fachmann sind Beispiele entsprechender Polymere bekannt, so dass sich hier detaillierte Angaben erübrigen.
Die vorstehend erwähnten Initiatoren weisen in der Regel Absorptionsmaxima bei Wellenlängen im Bereich von 200 bis 350 nm auf. Daher muss zur Strahlungshärtung auch elektromagnetische Strahlung in diesem Wellenlängenbereich eingesetzt werden. Allerdings ist diese Strahlung im UV-Bereich wegen ihres hohen Energieinhalts bei der Anwendung mit gewissen Risiken verbunden. Zudem absorbieren teilweise die Epoxidharze bzw. deren Monomere selbst in diesem Bereich relativ stark, was bei der Anwendung zu einer unzureichenden Bildung der erforderlichen Kationen führen kann, weil die Strahlung von den in weit größerer Menge vorhandenen Monomermolekülen absorbiert wird.
In einigen Fällen ist es daher wünschenswert, zur Strahlungshärtung Licht im Wellenlängenbereich oberhalb von 350 nm und insbesondere im Bereich von 360 bis 800 nm, vorzugsweise von 380 bis 700 nm einzusetzen. Die Absorption der vorstehend beschriebenen Initiatoren in diesem Wellenlängenbereich ist jedoch nicht ausreichend, um die zur kationischen Härtung erforderlichen Kationen zu erzeugen.
In diesen Fällen wird daher gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Kombination aus einem Initiator und einem sogenannten Sensibilisator eingesetzt.
Bei der Einwirkung des aktinischen Lichts (mit einer Wellenlänge im Bereich von 360 bis 800 nm) zerfällt der Sensibilisator in Radikale, die durch Elektronentransfer oder Redoxreaktionen aus den Initiatoren die benötigten Kationen, in der Regel Lewis-Säuren oder Brönsted-Säuren erzeugen.
Die Effektivität eines Initiatorsystems aus Initiator und Sensibilisator hängt von der Fähigkeit des Initiators ab, das vom Sensibilisator freigesetzte Elektron aufzunehmen. Bei Verbindungen mit einem vergleichsweise hohen Reduktionspotenzial (wie z. B. Iodoniumsalzen) ist die Effektivitätssteigerung durch Sensibilisatoren ausgeprägter als bei Initiatoren mit vergleichsweise niedrigem Reduktionspotenzial wie Arylsulfoniumsalzen. Der Fachmann wird daher bei der Wahl der Kombination von Initiator und Sensibilisator diese Einflußfaktoren entsprechend berücksichtigen.
Geeignete Sensibilisatoren sind dem Fachmann an sich bekannt und in der Literatur beschrieben. Grundsätzlich eigenen sich die Sensibilisatoren wie sie auch bei der kationischen Aushärtung dentaler Applikationsmassen Verwendung finden.
Bevorzugte Sensibilisatoren sind alpha-Dicarbonylverbindungen (WO 96/13538), alpha-Hydroxyketone ( US-B 6,245,827 ), Acylphosphinoxide und Diacylphosphinoxide ( WO 01/44873 ) sowie aromatische polycyclische Kohlenwasserstoffe und aromatische Amine ( DE-A 26 93 395 ).
Eine Gruppe von bevorzugten alpha-Dicarbonylverbindungen sind solche der Struktur A(CO)(CO)B, wobei A und B gleich oder verschjieden sein können und ein Wasserstoffatom oder eine ggf. substituierte Aryl-, Alkyl-Alkaryl-, Aralkylgruppe sein können oder A und B zusammen einen substituierten oder unsubstituierten cycloaliphatischen, aromatischen oder heteroaromatischen Ring bilden können. Wegen konkreter Beispiele sei auf die WO 96/13538 , dort insbesondere Seiten 14 und 15 verwiesen.
Bevorzugte Acylphosphinoxide als Sensibilisatoren sind in der WO 01/44873 beschrieben. Bevorzugte Verbindungen sind das unter der Bezeichnung Lucirin TPO^® (BASF SE) erhältliche Diphenyl (2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphinoxid oder Bis (2,4,6-trimethylbenzoyl)phenylphosphinoxid, welches ebenfalls kommerziell erhältlich ist. Weitere bevorzugte Acylphosphinoxide weisen die allgemeine Struktur Ar-CO-P(=O)(Ar)₂ auf, wobei Ar eine aromatische Gruppe darstellen kann (gleich oder verschieden).
Durch den Zusatz von Sensibilisatoren wird es möglich, die Härtung mit Licht von verhältnismäßig geringer Intensität vorzunehmen. Außerdem ermöglichen sie ein tieferes Eindringen des Lichts.
Das Gewichtsverhältnis Initiator zu Sensibilisator kann im allgemeinen im Bereich von 30 zu 70 bis 70 zu 30, vorzugsweise im Bereich von 40 zu 60 und 60 zu 40 liegen.
Das Harz enthält vorzugsweise 0,02 bis 10, insbesondere 0,05 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomerkomponenten, an Initiator bzw. Initiatorsystem.
Erfindungsgemäß ist der Faserschlauch mit einem Epoxidharz getränkt, welches photochemisch initiiert kationisch härtbar ist.
Derartige Harze sind erhältlich aus Epoxidverbindungen mit durchschnittlich mehr als einer Epoxidgruppe pro Molekül, ggf. unter Mitverwendung von Hydroxylgruppen enthaltenden weiteren Monomeren. Weiterhin seien als bevorzugte Epoxidverbindungen solche genannt, die im Molekül neben der Epoxidgruppe noch Hydroxylgruppen enthalten.
Geeignete Epoxide sind beispielsweise Cyclohexenoxidgruppen enthaltende Verbindungen wie z. B. Epoxycyclohexancarboxylate, wie sie im Detail in der US A 3,117,099 beschrieben sind, auf die hier wegen Einzelheiten verwiesen wird.
Eine weitere bevorzugte Gruppe von Epoxiden sind Glycidyletherderivate, wie sie beispielsweise durch Umsetzung von Phenolderivaten mit mehreren Hydroxylgruppen mit Epichlorhydrin erhältlich sind. Zu diesen zählen insbesondere die Diglycidylether von 2,2-Dimethyl-2,2-di-(4-hydroxyphenyl)-propan (Bisphenol A) bzw. 2,2-Di(4-hydroxyphenyl)-propan (Bisphenol F). Auch aliphatische Epoxidverbindungen sind geeignet, z. B. epoxidierte Fettsäurederivate.
Konkret seien beispielhaft genannt Octadecylenoxid, Styroloxid, Cyclohexenoxid, Vinylcyclohexenoxid, Limonendioxid, 1,omega-Bis(3,4,-epoxycyclohexylmethyloxy)alkane, Glycidol, Glycidylmethacrylat, Vinylcyclohexendioxid, 3,4-Epoxy-6-methylcyclohexylmethyl-3,4-epoxy-6-methyl-cyclohexencarboxylat, 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexencarboxylat, Bis-(3,4-epoxy-6-methylcyclohexylmethyl)adipat, Bis-(3,4-epoxy-4-methylcyclohexancarbonsdäure)hexyldiester, 1,3-Bis(3,4-epoxycyclohexylethyl)tetramethyldisiloxan und Bis-(2,3-epoxycyclopentyl)ether, die teilweise nachfolgend dargestellt sind:
Bei der Polymerisation wird durch das aktive Kation der Epoxid-Ring geöffnet und dadurch eine fortlaufende Polymerisation mit Kettenwachstum gestartet.
Entsprechende Produkte sind in einer Vielzahl von unterschiedlichen Varianten in der Literatur beschrieben und im Handel erhältlich.
Prinzipiell sind Epoxidverbindungen ohne weitere Zusätze kationisch polymerisierbar, die erreichte Aushärtung ist aber teilweise nicht in allen Fällen, zufriedenstellend.
Um die Eigenschaften der Epoxidharze gezielt auf die gewünschte Anwendung einstellen zu können, hat es sich bewährt, Epoxidverbindungen mit mehr als einer Epoxidgruppe im Molekül mit Verbindungen mit mehr als einer Hydroxygruppe im Molekül in Kombination einzusetzen. Diese Mischungen ergeben besser ausgehärtete Produkte, da es zu Kettenübertragungsreaktionen kommt. Die Hydroxyverbindungen werden daher in derartigen Mischungen oft auch als Härterkomponente bezeichnet.
Besonders bevorzugte Vertreter von Verbindungen mit mehr als einer Hydroxygruppe im Molekül sind aliphatische Alkylenglykole und Polyoxyalkylenglykole. Weitere Beispiele geeigneter Hydroxyverbindungen sind der WO 96/13538 zu entnehmen, auf die hier diesbezüglich verwiesen wird.
Falls Kombinationen von Epoxiden mit mehr als einer Epoxidgruppe im Molekül mit Verbindungen mit mehr als einer Hydroygruppe im Molekül eingesetzt werden, liegt das Äquivalentverhältnis von Epoxidgruppen zu Hydroxygruppen im allgemeinen im Bereich von 0,1 zu 10 bis 10 zu 0.1, vorzugsweise von 0,5 zu 5 bis 5 zu 0,5 und insbesondere von 0,7 zu 1 bis 1 zu 0,7, wobei ganz besonders bevorzugt Mischungen sind, bei denen das Äquivalentverhältnis im Bereich von 0,9 zu 1 bis 1,1 zu 1 liegt. Ein geringer Überschuss von Hydroxygruppen hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
Statt einer Mischung zweier unterschiedlicher Verbindungen können auch Verbindungen eingesetzt werden, die neben Epoxidgruppen noch Hydroxygruppen im gleichen Molekül enthalten. Entsprechende Verbindungen sind dem Fachmann bekannt, so dass sich hier nähere Angaben erübrigen.
Das Epoxidharz in den erfindungsgemäßen Auskleidungsschläuchen kann zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des ausgehärteten Liners Füllstoffe enthalten (die für das zur Bestrahlung verwendete Licht durchlässig sein sollten), z. B. Glasmehl, Aluminiumoxidhydrat oder Siliciumdioxid.
In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, wenn das Harz geringe Mengen eines organischen Peroxids enthält, welches eine radikalische Polymerisation initiieren kann. Damit kann eine Härtung in den Bereichen unterstützt werden, die von der Strahlung nicht erreicht werden. Geeignete Peroxide sind in der EP 1 262708 beschrieben, auf die hier wegen Einzelheiten verwiesen wird. Grundsätzlich liegt aber ein Vorteil der photochemisch initiierten kationischen Polymerisation darin, dass diese, nachdem die Reaktion gestartet ist, auch weiterläuft, wenn die Bestrahlung unterbrochen oder beendet wird. Damit kann auch eine Härtung in Bereichen des Schlauchs erzielt werden, die nicht direkt vom Licht der eingesetzten Strahlenquelle erreicht werden. Die erzeugten Kationen sind ausreichend langlebig um eine Propagation der Kettenreaktion ohne kontinuierliche Bestrahlung aufrecht zu erhalten. Dennoch wird vorteilhafterweise die Bestrahlung bis zur vollständigen Härtung aufrecht erhalten, weil dadurch die gewünschte Aushärtung in kürzerer Zeit erzielt werden kann.
Bei der Aushärtung von Auskleidungsschläuchen mit einer relativ großen Dicke kann es auch vorteilhaft sein, die kationische Härtung thermisch zu unterstützen, z. B. durch IR-Strahlung.
Bei der Verwendung von Initiatorsystemen aus Initiator und Sensibilisator sollte der erfindungsgemäße Auskleidungsschlauch durch geeignete Maßnahmen vor Licht geschützt werden, da der Sensibilisator die Polymerisation bei Einwirkung von sichtbarem Licht auslöst, was unerwünscht ist, bevor der Auskleidungsschlauch in den zu sanierenden Abschnitt des Leitungssystems eingebracht ist. Dies kann vorzugsweise durch geeignete, für sichtbares Licht undurchlässige Schutzfolien erreicht werden.
Da die kationische Polymerisation auch durch thermische Energie ausgelöst werden kann, sollte auch für eine entsprechende Temperaturkontrolle der Auskleidungsschläuche Sorge getragen werden, um eine vorzeitige Aushärtung zu vermeiden.
Zur Herstellung des kationisch härtbaren Harzes werden die Komponenten in den für die entsprechende Anwendung geeigneten Mengenverhältnissen gemischt, wobei ein Zusatz von Reaktionsverdünnern meist nicht nötig ist. Das so erhaltene flüssige Harz wird dann nach bekannten Methoden z. B. auf ein faserförmiges Trägermaterial aufgetragen oder dieses wird mit dem Harz getränkt, beispielsweise indem man ein Faserband durch ein Harzbad zieht, das Harz aufrakelt, einwalkt oder mit Hilfe von Unterdruck beaufschlagt. Nach dem Tränken hat es sich in Manchen Fällen als vorteilhaft erwiesen, die Viskosität des Harzes nach dem Aufbringen auf das Faserband zu erhöhen, z. B. durch Eindicken, wie es in der WO 2006/061129 beschrieben ist. Dies kann auch durch den Zusatz geeigneter Füllstoffe erreicht werden. Damit kann besser verhindert werden, dass das noch flüssige Harz aus dem getränkten Faserband herausläuft.
Die Breite der Faserbänder unterliegt an sich keinen besonderen Beschränkungen; für eine Vielzahl von Anwendungen haben sich Faserbänder mit einer Breite von 20 bis 150, vorzugsweise von 30 bis 100 und insbesondere von 40 bis 80 cm als geeignet erwiesen.
Die Dicke der gewickelten Faserbänder in den erfindungsgemäßen Auskleidungsschläuchen unterliegt ebenfalls keiner besonderen Beschränkung und wird durch die Dicke des Auskleidungsschlauchs für die gewünschte Anwendung bestimmt. Dicken der Faserbänder im Bereich von 0,01 bis 1, insbesondere 0,05 bis 0,5 mm haben sich in der Praxis bewährt.
Nach der Imprägnierung kann das harzgetränkte Faserband zu einem Faserschlauch geformt werden, beispielsweise nach dem in der WO 95/04646 beschriebenen Wickelverfahren, ggf. zusammen mit einer inneren und einer äußeren Schutzfolie sowie gegebenenfalls einem dünnen Faservlies. Alternativ ist es auch möglich, einen vorgefertigten Faserschlauch mit dem Epoxidharz zu tränken. Falls die spätere Härtung des Epoxidharzes mit sichtbarem Licht erfolgen soll, ist darauf zu achten, dass bei diesen ganzen Manipulationen keine intensive Lichteinstrahlung erfolgt, da sonst vorzeitige Härtung eintreten könnte.
Ein Auskleidungsschlauch mit einem besonders bevorzugten Aufbau ist in der WO 2011/006618 beschrieben, auf die hier in diesem Zusammenhang vollinhaltlich Bezug genommen wird.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Sanierung von Leitungssystemen wird ein erfindungsgemäßer Auskleidungsschlauch, der mit einem durch photochemische Initiierung kationisch härtbaren Epoxidharz getränkt ist, in einen zu sanierenden Abschnitt des Leitungssystems eingeführt, anschließend zum Inanlagebringen des Auskleidungsschlauches an eine innere Wandung des Leitungssystems, die im Betriebszustand mit dem im Leitungssystem transportiertem Medium in Kontakt steht, aufgeweitet und anschließend durch Bestrahlung des Auskleidungsschlauchs mit einer Wellenlänge, die zur Härtung des Epoxidharzes geeignet ist, bestrahlt.
Das Einführen des Auskleidungsschlauchs in einen zu sanierenden Abschnitt des Leitungssystems kann direkt, z. B. mit Hilfe einer Winde erfolgen oder indem man einen inversierten Liner mittels Druckluft oder durch Einpressen von Wasser in das Rohr einstülpt. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn – bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung – Hausanschluss- oder Seitenkanäle, die von einem Hauptkanal abgehen, saniert werden sollen, wie es z. B in der US-A 6,227,764 beschrieben ist
Der Liner wird anschließend zum Beispiel durch Druckluft aufgeweitet, so dass er sich an die Innenwand des zu sanierenden Rohrs dicht anschmiegt.
Schließlich wird eine Lichtquelle für aktinisches Licht mit einer Geschwindigkeit durch den Auskleidungsschlauch gezogen, die sich nach der gewünschten Aushärtung richtet, die durch Verfolgung geeigneter Parameter kontrolliert werden kann. Geschwindigkeiten in der Größenordnung von 20 bis 100 cm/min haben sich in vielen Fällen als geeignet erwiesen.
Die Wellenlänge des zur Härtung angewandten Lichts hängt von der Art des Initiators (bei Verwendung von Initiatoren ohne Sensibilisatoren) bzw. des Art des Sensibilisators ab. Bei Verwendung von Initiatoren allein liegt die Wellenlänge üblicherweise im UV-Bereich, vorzugsweise im Bereich von etwa 250 bis etwa 350 nm. Wie erwähnt, absorbieren jedoch in diesem Bereich auch häufig die harzbildenden Monomere selbst, was die Härtung negativ beeinträchtigen kann.
Daher hat es sich, wie bereits vorstehend ausgeführt, allgemein als vorteilhaft erwiesen, Initiatorsysteme mit Sensibilisatoren einzusetzen. In diesem Fall kann sichtbares Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von etwa 360 bis etwa 800 nm angewandt werden. Bevorzugt sind Bereiche von 360 bis 500 nm, insbesondere von 390 bis 470 nm, da in diesem Bereich das Absorptionsmaximum einer Reihe kommerziell erhältlicher Sensibilisatoren liegt.
Wenn die Wellenlänge im sichtbaren Bereich liegt, ist die Eindringtiefe des Lichts in der Regel besser, d. h., es können auch relativ dicke Schichten gehärtet werden; dafür ist aber die Reaktion in der Regel langsamer, da das sichtbare Licht nicht so energiereich ist wie kurzwelliges UV-Licht, dessen Eindringtiefe wiederum geringer ist.
Als Lichtquellen kommen alle üblichen Lampen, die Licht mit der „richtigen” Wellenlänge ausstrahlen, in Frage, beispielsweise Quecksilber-Xenon- oder Galliumlampen, ferner Licht emittierende Dioden (LEDs). Es kann zweckmäßig sein, mehrere Lampen in einer Reihe hintereinander durchzuziehen, um eine schnelle und damit wirtschaftlichere Aushärtung des Liners zu erreichen.
Eine zur Bestrahlung mit Hilfe von LED-Systemen geeignete Vorrichtung ist beispielsweise in der WO 2008/101499 beschrieben, auf die hier wegen näherer Einzelheiten verwiesen wird.
Die erfindungsgemäßen Auskleidungsschläuche eignen sich zur Sanierung von Leitungssystemen jeglicher Art. Beispielhaft seien hier verschiedenste Arten von Kanal- und sonstigen Abwassersystemen sowie Rohrleitungssysteme in industriellen Produktionsanlagen genannt. Die erfindungsgemäßen Auskleidungsschläuche ermöglichen die Sanierung von Leitungssystemen ohne dass das Leitungssystem selbst freigelegt werden muss, was insbesondere bei schwierig zugänglichen Leitungen eine erhebliche Erleichterung und Kosteneinsparung mit sich bringt, da beispielsweise aufwendige Erdarbeiten weitgehend entfallen. Dies ist insbesondere bei der Sanierung von Kanalsystemen in Städten von Vorteil, weil die grabenlose Sanierung auch den laufenden Verkehr wesentlich weniger beeinträchtigt als die traditionelle Sanierung.
Durch die kationische Härtung, insbesondere bei der Verwendung von Initiatorsystemen, die neben dem eigentlichen Initiator einen Sensibilisator enthalten, kann durch die Verwendung von sichtbarem Licht zur Bestrahlung das mit UV-Strahlung verbundene Risiko bei der Anwendung vermieden werden. Zudem kann it der kationischen Aushärtung, die, nachdem sie gestartet ist, auch ohne kontinuierliche Bestrahlung weiterläuft, auch eine Härtung in sogenannten Schattenbereichen erzielt werden, die nicht direkt von der Strahlung erreicht werden. Bislang war dies nur mit Peroxidsystemen zu erzielen, die auch gewisse Risiken bei der Handhabung mit sich bringen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 95/04646 [0006, 0085]
EP 23623 A [0008]
EP 1262708 A [0008]
DE 2021554 [0009]
EP 789721 [0010]
EP 1252551 [0010]
EP 6245827 [0011]
DE 2639395 A [0012]
WO 2011/006618 [0035, 0086]
WO 2003/038331 [0035]
WO 96/13538 [0047, 0060, 0074]
EP 770608 [0048]
US 6245827 B [0059]
WO 01/44873 [0059, 0061]
DE 2693395 A [0059]
US 3117099 A [0067]
EP 1262708 [0078]
WO 2006/061129 [0082]
US 6227764 A [0088]
WO 2008/101499 [0095]

Claims

Auskleidungsschlauch für die Sanierung von Leitungssystemen enthaltend mindestens ein mit einem Epoxidharz getränktes Faserband, dadurch gekennzeichnet, dass das Epoxidharz ein durch photochemisch initiierte kationische Polymerisation härtbares Epoxidharz ist.
Auskleidungsschlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Epoxidharz einen Photoinitiator, der durch Bestrahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 200 bis 350 nm aktiviert wird, enthält.
Auskleidungsschlauch nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ein Photoniitatorsystem enthaltend einen Initiator und einen Sensibilisator enthält.
Auskleidungsschlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Initiator ein Oniumsalz ist.
Auskleidungsschlauch nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Oniumsalz ein Aryliodoniumsalz oder ein Arylsulfoniumsalz ist.
Auskleidungsschlauch nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensibilisator ein Acylphosphinoxid, ein Diacylphosphinoxid, eine alpha-Dicarbonylverbindung, ein alpha-Hydroxyketon, ein aromatisches Amin oder ein aromatischer polycyclischer Kohlenwasserstoff ist.
Auskleidungsschlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Epoxidharz aus Epoxidverbindungen mit mehr als einer Epoxidgruppe im Molekül hergestellt ist.
Auskleidungsschlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Komponente des Epoxidharzes eine aliphatische Hydroxyverbindung mit mehr als einer Hydroxygruppe im Molekül enthalten ist.
Verwendung von kationisch härtbaren Epoxidharzen zur Herstellung von Auskleidungsschläuchen für die Sanierung von Leitungssystemen.
Verfahren zum Sanieren von Leitungssystemen durch a) Einführen eines Auskleidungsschlauches, der mit einem durch photochemisch initiierte kationische Polymerisation härtbaren Epoxidharz getränkt ist, in einen zu sanierenden Abschnitt des Leitungssystems, b) Aufweiten des Auskleidungsschlauches zum Inanlagebringen desselben an eine innere Wandung des Leitungssystems, die im Betriebszustand des Leitungssystems in Kontakt mit dem im Leitungssystem transportierten Medium steht, und c) Bestrahlung des Auskleidungsschlauchs mit elektromagnetischer Strahlung einer Wellenlänge, die zur Härtung des Epoxidharzes geeignet ist.