DE102020127230A1

DE102020127230A1 - Aushärtung von Linern mittels kohärenter elektromagnetischer Strahlung

Info

Publication number: DE102020127230A1
Application number: DE102020127230.8A
Authority: DE
Inventors: Nils Füchtjohann
Original assignee: Saertex Multicom GmbH
Current assignee: Saertex Multicom GmbH
Priority date: 2020-10-15
Filing date: 2020-10-15
Publication date: 2022-04-21
Also published as: EP4017906A1; US20230375122A1; CA3193931A1; AU2021359626A1; WO2022078708A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Harzsystem zur Aushärtung mit kohärenter elektromagnetischer Strahlung umfassend optisches Material und wenigstens einen Initiator, einen nicht ausgehärteten Liner, ein Verfahren zum Aushärten von Linern, die Verwendung von kohärenter elektromagnetischer Strahlung zur Aushärtung von Linern und ein Verfahren zum Aushärten eines Harzsystems.

Description

Die Erfindung betrifft ein Harzsystem, das zur Aushärtung mit kohärenter elektromagnetischer Strahlung geeignet ist, umfassend ein optisches Material und wenigstens einen Initiator, einen nicht ausgehärteten Liner, ein Verfahren zum Aushärten von Linern, die Verwendung von kohärenter elektromagnetischer Strahlung zur Aushärtung von Linern und ein Verfahren zum Aushärten eines Harzsystems.
Bislang werden Liner mit Hilfe von UV-Licht und/oder Wärme ausgehärtet. Die Lichtaushärtung hat bisher den Nachteil, dass das Licht nicht sehr effizient eingesetzt wird und ein großer Teil der emittierten Lichtmenge nicht zur Aushärtung beitragen kann. Das UV-Licht kann nicht sehr tief in den Liner eindringen und die weiter in der Tiefe liegenden, d.h. weiter von der Lichtquelle entfernten, Bereiche des Liners werden dann möglicherweise nicht vollständig ausgehärtet, oder man muss die Dauer der Beleuchtung mit UV-Licht verlängern, was zu einer erheblichen Verzögerung des Aushärtungsprozesses führt. Das eingestrahlte UV-Licht wird nämlich vom Harzsystem absorbiert. Außerdem wird Licht auch bei Wellenlängen eingestrahlt, bei denen der Aushärtungsprozess nicht bzw. nicht ausreichend gestartet wird.
WO9851960A1 beschreibt die Aushärtung eines Liners mittels Laser, wobei ein Härtungsmittel verkapselt ist und die Kapseln das Härtungsmittel durch Lasereinstrahlung freisetzen. Das Härtungsmittel ist kein Photoinitiator. Die Kapseln müssen dabei das Laserlicht absorbieren. Sie erzeugen keine eigene Lichtstrahlung.
Das Problem, das der Erfindung zu Grunde liegt, ist daher, dass Aushärtung durch die bislang eingesetzten Lichtquellen ineffizient ist, da ein großer Teil der Intensität des Lichts nicht der Aushärtung der Liner dient und verloren geht.
Dieses der Erfindung zu Grunde liegende Problem wird in einer ersten Ausführungsform durch ein Harzsystem, das zur Aushärtung mit kohärenter elektromagnetischer Strahlung geeignet ist, umfassend wenigstens ein optisches Material und wenigstens einen (Photo-Initiator, gelöst.
Im Stand der Technik war es bislang das Ziel einen Photoinitiator auszuwählen, der möglichst genau bei der Wellenlänge des einstrahlenden UV-Lichts ein Absorptionsmaximum hat. Die Erfinder haben nun herausgefunden, dass ein Harzsystem viel effizienter ausgehärtet werden kann, wenn zur Aktivierung des Initiators die sekundäre elektromagnetische Strahlung von optischen Materialien zur Aktivierung des Initiators genutzt wird.
Jedes optische Material gibt elektromagnetische Strahlung, wie beispielsweise Licht, ab, wenn es mit elektromagnetischer Strahlung, wie beispielsweise Licht, bestrahlt wird. In der Regel wird am meisten Strahlung mit der Wellenlänge abgegeben, die der Wellenlänge der einstrahlenden Strahlung entspricht. Allerdings kann auch Strahlung mit den Wellenlängen der sogenannten Obertöne oder Harmonischen abgegeben werden, das heißt Licht mit 1/2, 1/3, 1/4, ...(also der ersten, zweiten, dritten, ... Harmonischen) der Wellenlänge der einstrahlenden Strahlung. Dieses Phänomen macht sich die vorliegende Erfindung zu Nutze. UV-Licht dringt in der Regel nicht sehr tief in den nicht ausgehärteten Liner ein. Daher muss man entweder aktuell sehr intensives UV-Licht verwenden und/oder die Beleuchtungszeit vergrößern. Beides hat erhebliche Nachteile (Gefahr der thermischen Schädigung des Liners, Verfahrensdauer, ...). Mit der vorliegenden Erfindung kann man eine elektromagnetische Strahlung, wie Licht, bei einer wesentlich größeren Wellenlänge, wie beispielsweise Infrarotlicht, verwenden. Das optische Material sorgt dann dafür, dass das einstrahlende Licht mit einer hohen Wellenlänge von dem optischen Material in Form von Obertönen mit einer niedrigeren Wellenlänge, beispielsweise im Bereich des UV-Lichts, abgegeben wird. Dieses UV-Licht wird dann beispielsweise vom optischen Material mit homogener Intensität innerhalb des gesamten Harzsystems abgegeben. Der Liner kann so sehr schnell und sehr homogen aushärten. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können auch sehr dicke Volumina eines Harzsystems und insbesondere dickwandige Liner schnell und mit hoher Homogenität ausgehärtet werden.
Initiatoren im Sinne der vorliegenden Erfindung sind chemische Verbindungen, die nach Absorption von elektromagnetischer Strahlung in einer Reaktion zerfallen und so reaktive Spezies bilden, die eine Reaktion starten (initiieren) können (meist eine Polymerisation). Bei den reaktiven Spezies handelt es sich in der Regel um Radikale oder um Kationen. Vorzugsweise handelt es sich um Photoinitiatoren.
Elektromagnetische Strahlung im UV-Bereich im Sinne der Erfindung heißt elektromagnetische Strahlung im ultravioletten Bereich.
Liner im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise ein Liner für die Rohrleitungs- oder Kanalsanierung.
Optisches Material
Optisches Material im Sinne der Erfindung ist ein Dielektrikum und ist insbesondere ein Material, das bei der Wellenlänge der kohärenten elektromagnetischen Strahlung mindestens eine Transmission von 0,0001%, besonders bevorzugt 0,1%, ganz besonders bevorzugt mindestens 15%, aufweist.
Optische Materialien im Sinne der Erfindung umfassen beispielsweise klassische optische Materialien, wie beispielsweise Glas oder Rutil, die 1/3, 1/5, 1/7, ... der eingestrahlten Wellenlänge als Obertöne abstrahlen, als auch nichtlineare optische Materialien, wie beispielsweise BaTiO₃, die 1/2, 1/3,1/4, 1/5, ...der eingestrahlten Wellenlänge als Obertöne abstrahlen.
Optisches Material im Sinne der Erfindung ist beispielsweise jedes Material, das bei der Wellenlänge der einstrahlenden elektromagnetischen Strahlung eine gewisse Transmission aufweist. Das Material emittiert Licht der sog. Harmonischen (Obertöne), wenn es mit Licht bestrahlt wird. Die Harmonischen können eine Wellenlänge von 1/2, 1/3, 1/4, ... der Wellenlänge des einstrahlenden Lichtes und abnehmende Intensität haben. Die Harmonischen haben also eine andere Lichtfarbe als die Farbe des einstrahlenden Lichts. Die einstrahlende Strahlung dringt beispielsweise tief in das Volumen ein und weist eine hohe Intensität auch noch im Lichtaustrittsbereich des Liners auf.
Das optische Material erwärmt sich vorzugsweise durch die Absorption der Strahlung und insbesondere durch Absorption des Lichts eines Pumplasers nicht. Das optische Material trägt vorzugsweise nicht zur thermischen Reaktion bei.
Mit dem optischen Material können beispielsweise Wellenlängen oder Frequenzen im gesamten Spektralbereich erzeugt werden, in dem das Material transmittierend ist. Die Wellenlänge der erzeugten elektromagnetischen Strahlung kann an das Transmissionsminimum des Initiators angepasst werden. Es können daher zahlreiche Initiatoren verwendet werden.
Es kann auch eine Mischung von optischen Materialien eingesetzt werden. Dies kann zur Erzeugung derselben Harmonischen oder zur Erzeugung unterschiedlicher Harmonischer zur Verwendung unterschiedlicher Photoionisatoren (also beispielsweise Pumpwellenlänge: 900 nm; Material 1 mit 1/3 zur Anregung bei 300 nm und Material 2 mit 1/2 zur Anregung bei 450 nm.) dienen. Transmission (von lateinisch trans „(hin)durch“ und (ap)parere „sich zeigen, scheinen“) ist in der Physik die Fähigkeit von Materie, elektromagnetische Wellen hindurchzulassen (Transmission). Die Transmission des optischen Materials liegt im Volumen bei einer einstrahlenden Wellenlänge von 800 nm vorzugsweise bei wenigstens 70%, ganz besonders bevorzugt bei wenigstens 80%. Die Transmission ist bekanntermaßen mit 100% als Obergrenze begrenzt. Die Transmission kann mit den im Bereich der Kanalsanierung üblichen Methoden gemessen werden.
Bei dem optischen Material kann es sich beispielsweise um Partikel oder Fasern handeln. Das optische Material kann beispielsweise Pulver, Konglomerat, Kristallit oder auch Molekül (Polymere,...) sein.
Vorzugsweise ist das optische Material partikulär. Vorzugsweise handelt es sich bei dem optischen Material um Nanopartikel. Die Partikelgröße des optischen Materials liegt vorzugsweise im Medium in einem Bereich von 20 bis 1000 nm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 50 bis 400 nm, ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von 150 bis 300 nm. Die Partikelgröße kann beispielsweise mithilfe von Laserbeugung beziehungsweise dynamischer Lichtstreuung bestimmt werden.
Die Größe der Partikel hat in der Regel keine Auswirkungen auf die erzeugte Wellenlänge beziehungsweise Lichtfarbe - allerdings auf die Intensität der abgegebenen elektromagnetischen Strahlung. Das optische Material, wie beispielsweise das Nanopartikel, kann auf die Streuung und/oder Reflexion des Gesamtmaterials angepasst beziehungsweise entsprechend ausgewählt werden.
Alternativ bevorzugt kann es sich bei dem optischen Material um Fasern handeln. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich um Glasfasern. In einem Liner werden häufig Glasfasern eingesetzt. Die Glasfasern können beispielsweise als Abschnitte, vorzugsweise im Median mit einer Länge in einem Bereich von 1 bis 20 cm, oder als längere Fasern vorliegen. Bei Linern werden häufig Glasfasermatten, -gelege und/oder -gewebe mit Harz getränkt. Die vorliegende Erfindung macht sich zunutze, dass diese Glasfasern das optisch aktive Material darstellen können und dadurch gar kein zusätzliches optisches Material eingesetzt werden muss. Die Fasern haben vorzugsweise im Median einen Filamentdurchmesser in einem Bereich von 200 bis 50.000 nm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 5.000 bis 24.000 nm. Anstelle der Nanopartikel oder zusätzlich zu den Nanopartikeln können also beispielsweise dielektrische Bestandteile des Volumenmaterials, wie beispielsweise Glasfasern (z.B. bei Linern), verwendet werden. Es sind im Falle dielektrischer Bestandteile des Volumenmaterials, wie beispielsweise der Glasfasern, beispielsweise keine zusätzlichen optischen Materialien erforderlich.
Alternativ oder zusätzlich zu Glasfasern können auch Fasern aus Polymer, Aramid oder Kohlenstoff eingesetzt werden. Diese Fasern können auch einen bevorzugten Filamentdurchmesser in einem Bereich von 4.000 bis 15.000 nm aufweisen. Im Falle von Polymerfasern kann der Filamentdurchmesser in einem Bereich von 10 bis 60 µm liegen.
Vorzugsweise ist das optische Material dielektrisch, besonders bevorzugt dielektrisch polar, d.h. es weist eine Vorzugsrichtung in der Kristallstruktur auf. Dadurch kann auch die zweite Harmonische genutzt werden. Übliches Glas von Glasfasern ist nicht polar. Dadurch kann bei Einsatz von Glasfasern die zweite Harmonische nicht verwendet werden. Die zweite Harmonische hat eine wesentlich höhere Intensität als die dritte Harmonische.
Das optische Material sind also vorzugsweise dielektrische Nanopartikel und/oder dielektrische Fasern.
Vorzugsweise ist die kohärente elektromagnetische Strahlung Laserlicht.
Vorzugsweise liegt die Wellenlänge der kohärenten elektromagnetischen Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 200 bis 20000 nm, besonders bevorzugt in einem Wellenlängenbereich von 300 bis 5000 nm, ganz besonders bevorzugt in einem Wellenlängenbereich von 700 bis 2000 nm, am meisten bevorzugt in einem Bereich von 800 bis 1600 nm.
Das optische Material ist in dem Harzsystem vorzugsweise in einer Menge in einem Bereich 0,01 bis 200 Gewichtsteilen in Bezug auf 100 Gewichtsteile Harz enthalten. Handelt es sich bei dem optischen Material um Partikel, so ist das optische Material vorzugsweise in einer Menge in einem Bereich von 0,01 bis 10 Gewichtsteilen, besonders bevorzugt von 0,02 bis 2 Gewichtsteilen, in Bezug auf 100 Gewichtsteile Harz enthalten. Handelt es sich bei dem optischen Material um Fasern, so ist das optische Material vorzugsweise in einer Menge in einem Bereich von 30 bis 150 Gewichtsteilen in Bezug auf 100 Gewichtsteile Harz enthalten.
Die Konzentration der Nanopartikel kann in einem großen Bereich variiert werden. Die Konzentration der Nanopartikel kann auch sehr gering sein, da das Auslösen der Reaktion durch die Initiatoren im Abstand der Reichweite der erzeugten Strahlung erfolgen kann, also mit einem relativ großen Abstand der Nanopartikel. Die Konzentration der Nanopartikel in dem gesamten Harzsystem kann beispielsweise in einem Bereich von 0,01 bis 10 Gew.%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,02 bis 1 Gew.%, des Harzsystems liegen.
Der Brechungsindex des optischen Materials kann durch die Wahl des optischen Materials vorzugsweise dem Harzsystem angepasst werden. Insbesondere weicht der Brechungsindex des optischen Materials vorzugsweise weniger als 50%, ganz besonders bevorzugt weniger als 20%, vom Brechungsindex des Harzsystems ab.
Die Wellenlänge oder Frequenz der im optischen Material erzeugten elektromagnetischen Strahlung hängt bei gleicher Symmetrieklasse (beispielsweise polar oder unpolar) in der Regel nicht vom Material, beispielsweise der Fasern oder der Nanopartikel, ab. Es kann im Prinzip jede Art von optischem Material verwendet werden.
Es können beispielsweise sehr kostengünstige dielektrische Nanopartikel, wie TiO₂, verwendet werden. Der Einsatz solcher günstigen Nanopartikel erhöht die Gesamtkosten nicht wesentlich.
Die Benetzbarkeit des optischen Materials mit dem Harzsystem hängt vermutlich stark von der Oberflächenspannung des Harzsystems ab. Daher ist es besonders bevorzugt, wenn die Oberflächenspannung des Harzystems in einem Bereich von 10 bis 40 mN/m liegt. Die Oberflächenspannung von Harzen im flüssigen Zustand entspricht in der Regel der Oberflächenspannung von Harzen in festen Zustand, die nach Vorrückwinkel berechnet wird. So haben UP-Harze typischerweise eine Oberflächenspannung in einem Bereich von 30 bis 40 mN/m (Kopczynska et. al., Sonderdruck Oberflächenspannung von Kunststoffen - Messmethoden am LKT, Lehrstuhl für Kunststofftechnik, Universität Erlangen-Nürnberg, 2007, 2010 überarbeitet, Abschnitt 4.3). Die Oberflächenspannung des flüssigen Harzsystems kann beispielsweise nach der Wilhelmy-Plättchen-Methode, wie dort beschrieben, bestimmt werden.
Das optische Material ist mit dem Harzsystem vorzugsweise dispersionsfähig.
Das optische Material kann auf der Oberfläche vorzugsweise funktionalisiert sein. Lediglich bei sehr kleinen Partikeln (z.B. Durchmesser kleiner als 20 nm) kann der Oberflächeneffekt signifikant werden. Es kann daher vorzugsweise eine chemische und/oder mechanische und/oder optische Anpassung des optischen Materials an die Umgebung realisiert werden, ohne dass der Prozess insgesamt beeinflusst würde. Dadurch können beispielsweise die Benetzbarkeit und die Dispersionsfähigkeit verbessert werden.
Initiator
In dem erfindungsgemäßen Harzsystem ist wenigstens ein Initiator vorzugsweise in einer Menge in einem Bereich von 0,01 bis 5 Gew.%, ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,05 bis 1 Gew.% enthalten. Durch die neue Technologie wird wesentlich weniger Initiator benötigt. Vorzugsweise handelt es sich um einen Photoinitiator.
Vorzugsweise weist der Initiator bei der Wellenlänge der eingestrahlten elektromagnetischen Strahlung eine Transmission von mehr als 95% auf.
Vorzugsweise stimmt die Bande des größten, zweitgrößsten und/oder drittgrößsten Transmissionsminimums des Initiators nicht mit der Wellenlänge der eingestrahlten elektromagnetischen Strahlung überein.
Vorzugsweise weist der Initiator wenigstens ein Transmissionsminimum in einem Wellenlängenbereich von 3 bis 60 % der Wellenlänge der kohärenten elektromagnetischen Strahlung auf.
Vorzugsweise weist wenigstens ein Initiator ein Transmissionsminimum an einer Wellenlänge auf, die maximal 100 nm, besonders bevorzugt maximal 50 nm, von 1/2 oder 1/3 oder 1/4 von der Wellenlänge der einstrahlenden kohärenten elektromagnetischen Strahlung abweicht. Vorzugsweise ist dieses Transmissionsminimum das stärkste, zweitstärkste oder drittstärkste Transmissionsminimum des Initiators.
Vorzugsweise ist der Initiator nicht verkapselt. So kann er sofort wirken und zu einer homogenen Aushärtung führen. Vorzugsweise wird der Initiator durch elektromagnetischen Strahlung, insbesondere Licht, aktiviert.
Mit dem optischen Material können durch die Harmonischen simultan mehrere Wellenlängen oder Frequenzen im gesamten Spektralbereich erzeugt werden, in dem das optische Material transmittierend ist. Es kann daher auch eine Mischung mehrerer Initiatoren verwendet werden. Es kann daher bevorzugt sein, dass eine Mischung mehrerer Initiatoren in dem Harzsystem enthalten ist.
Vorzugsweise werden Initiatoren mit wenigstens einem Transmissionsminimum im Bereich von 200 bis 10000 nm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 300 bis 700 nm, ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von 380 bis 450 nm eingesetzt.
Vorzugsweise liegt die optische Absorption des Initiators bei der Wellenlänge der einstrahlenden elektromagnetischen Strahlung bei weniger als 10%, ganz besonders bevorzugt bei weniger als 5%, am besten bevorzugt bei weniger als 2%. Die Messung der Absorption oder Transmission kann beispielsweise in üblicher Weise durch ein Spektrometer, wie einem UV-Spektrometer oder einem Infrarotspektrometer, erfolgen. Dadurch kann die einstrahlende elektromagnetische Strahlung besonders tief in das Harzsystem eindringen und das Harzsystem besonders homogen, schnell und vollständig aushärten.
Harzsystem
Vorzugsweise handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Harzsystem um ein Harzsystem für die Aushärtung von Linern. Beispielsweise kann es sich um ein Harzsystem aus ungesättigtem Polyester, Vinylester oder um ein Epoxidharzsystem handeln.
Das erfindungsgemäße Harzsystem kann vorzugsweise auch thermische Initiatoren, wie beispielsweise Azoverbindungen oder Peroxide, enthalten. Vorzugsweise wird allerdings kein Benzoylperoxid als thermischer Initiator eingesetzt, da es umweltgefährlich ist.
Vorzugsweise enthält das Harzsystem Tonpartikel in einer Menge von höchstens 1 Gew.%, ganz bevorzugt keine Tonpartikel.
Vorzugsweise enthält das Harzsystem Naturfasern in einer Menge von höchstens 1 Gew.%, ganz bevorzugt keine Naturfasern.
Es können auch weitere Füllstoffe (beispielsweise Aluminiumhydroxid oder Calciumcarbonat) und Additive enthalten sein.
Weitere Ausführungsformen
In einer weiteren Ausführungsform wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe durch einen nicht ausgehärteten Liner gelöst, der mit einem erfindungsgemäßen Harzsystem imprägniert ist.
In einer weiteren Ausführungsform wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe durch ein Verfahren zur Aushärtung eines Liners gelöst, bei dem man einen Liner mittels kohärenter elektromagnetischer Strahlung aushärtet.
Die zuvor zu den vorigen Ausführungsformen beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen gelten entsprechend für dieses erfindungsgemäße Verfahren.
Vorzugsweise ist daher die kohärente elektromagnetische Strahlung Laserlicht.
Vorzugsweise umfasst das Harzsystem einen Initiator, der bei der Wellenlänge der eingestrahlten elektromagnetischen Strahlung eine Transmission von mehr als 95% aufweist.
Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Laserlicht mit einer Intensität in einem Bereich von 10¹⁰ bis 10¹⁶ W/m² eingesetzt. Die Effizienz der Erzeugung von Licht durch Frequenzkonversion lässt sich beispielsweise durch die Intensität kontrollieren. Eine hohe Laserleistung und/oder Wellenlänge reichen in der Regel nicht aus, um Harmonische zu erzeugen. Die Intensität ist üblicherweise definiert als Leistung pro Fläche, also Watt pro Quadratmeter, also W/m².
Vorzugsweise wird Pulslaserlicht eingesetzt, da hierdurch sehr hohe Intensitäten von Licht erzeugt werden können. Die Pulslänge liegt vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 150 Femtosekunden. Dadurch ist beispielsweise die Intensität höher und das Harz härtet effizient aus.
Die Kohärenzlänge kann vorzugsweise im Bereich vom Median des Partikeldurchmessers des optischen Materials - 10% bis Median des Partikeldurchmessers des optischen Materials + 10% liegen.
Vorzugsweise liegt, wie zuvor beschrieben, die Wellenlänge der kohärenten elektromagnetischen Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 200 bis 20000 nm, besonders bevorzugt in einem Wellenlängenbereich von 300 bis 5000 nm, ganz besonders bevorzugt in einem Wellenlängenbereich von 700 bis 2000 nm, am meisten bevorzugt in einem Bereich von 800 bis 1600 nm.
Die kohärente elektromagnetische Strahlung kann vorzugsweise eine Wellenlänge in einem Bereich von 760 bis 1600 nm aufweisen - also im (nahen) Infrarot liegen. Laser in diesem Spektralbereich sind sehr kostengünstig und effizient, haben eine hohe Eindringtiefe. Bei diesen Wellenlängen weist ein typisches Harzsystem hohe Transmission auf.
Das optische Material wie die dielektrischen Nanopartikel sind in dem Verfahren vorzugsweise mehrfach von Nutzen. Eine spätere Nutzung bei der Beleuchtung in mehreren Schritten und/oder eine wiederholte Beleuchtung im Falle einer fehlerhaften Reaktion ist möglich.
Vorzugsweise setzt man bei dem Verfahren einen erfindungsgemäßen Liner und/oder ein erfindungsgemäßes Harzsystem ein.
In einer weiteren Ausführungsform wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe durch die Verwendung von kohärenter elektromagnetischer Strahlung zum Aushärten eines Liners gelöst. Vorzugsweise wird dabei ein Initiator aktiviert, der nicht verkapselt ist.
Vorzugsweise weist der Initiator bei der Wellenlänge der eingestrahlten elektromagnetischen Strahlung eine Transmission von mehr als 95% auf.
In einer weiteren Ausführungsform wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe durch ein Verfahren zum Aushärten eines Harzsystems gelöst,

a. wobei man eine kohärente elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge in einem Wellenlängenbereich von 200 bis 20000 nm in das Harzsystem einstrahlt,
b. wobei das Harzsystem wenigstens ein optisches Material und wenigstens einen Initiator enthält,
c. wobei das optische Material wenigstens Licht mit einer Wellenlänge von 1/2, 1/3 und/oder 1/4 der Wellenlänge der kohärenten elektromagnetischen Strahlung abgibt, wodurch der Initiator aktiviert wird und das Harzsystem aushärtet.

Vorzugsweise weist der Initiator, wie zuvor beschrieben, wenigstens ein Transmissionsmimimum für elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 3 bis 60 % der Wellenlänge der eingestrahlten elektromagnetischen Strahlung auf.
Vorzugsweise setzt man ein erfindungsgemäßes Harzsystem ein.
Vorzugsweise wird die kohärente elektromagnetische Strahlung mit einem gepulsten Laser erzeugt, bei dem insbesondere die Pulslänge in einem Bereich von 10 bis 150 Femtosekunden liegt. Dadurch ist beispielsweise die Intensität höher und das Harz härtet effizient aus.
Die für Ausführungsformen beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen sollen im Rahmen der Erfindung auch als bevorzugte Ausführungsformen der anderen Ausführungsformen gelten, so lange dies von Fachleuten auf diesem Gebiet als sinnvoll angesehen wird.
Ausführungsbeispiel
Es wurde ein handelsüblicher harzimprägnierter Liner hergestellt, wie er beispielsweise in EP2573442A1 beschrieben ist. Dem dort beschriebenen Harzsystem wurden allerdings 5 Gew.% Bariumtitanatnanokristalle (Fa. Merck) mit einem Durchmesser im Median von 300 nm zugesetzt. Zudem enthielt das Harzsystem 3 Gew. % Irgacure 819 als Photoinitiator. Der Liner wurde bei der Sanierung in das zu sanierenden Rohr eingezogen und anschließend mit Druckluft aufgestellt. Der Liner wurde anschließend mit einem Ti³⁺:Al₂O₃ Laseroszillator mit regenerativen Verstärker und einem nachgeschalteten optisch parametrischen Oszillator (OPA, Astrella der Firma Coherent Inc., HE Version mit 6 mJ; Wiederholrate 1 kHz; mittlere Leistung bei 1W, Pulspeakintensität: 3×10¹⁵ W/m², Pulsdauer 40 Femtosekunden) bestrahlt und so ausgehärtet. Die Wellenlänge am Ausgang des OPA betrug 840 nm. Durch die Glasfasern und die Nanopartikel im Liner wurde Licht der zweiten und dritten Harmonischen (1/2 der eingestrahlten Wellenlänge = 420 nm; 1/3 der eingestrahlten Wellenlänge = etwa 280 nm) emittiert. Dadurch konnte der Photoinitator aktiviert werden und das Harz ausgehärtet werden.
Die in der vorliegenden Beschreibung und in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 9851960 A1 [0003]
EP 2573442 A1 [0067]

Claims

Harzsystem zur Aushärtung mit kohärenter elektromagnetischer Strahlung umfassend wenigstens ein optisches Material und wenigstens einen Initiator.
Harzsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Initiator bei der Wellenlänge der eingestrahlten elektromagnetischen Strahlung eine Transmission von mehr als 95% aufweist.
Harzsystem gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex des optischen Materials weniger als 50% vom Brechungsindex des Harzsystems abweicht.
Harzsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge der kohärenten elektromagnetischen Strahlung in einem Bereich von 200 bis 20000 nm, insbesondere in einem Bereich von 800 bis 1600 nm, liegt.
Harzsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Material dielektrische Nanopartikel und/oder dielektrische Faser ist.
Harzsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Initiator in einer Menge in einem Bereich von 0,01 bis 5 Gew.%, insbesondere in einem Bereich von 0,05 bis 1 Gew.%, enthalten ist.
Harzsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Initiator nicht verkapselt ist und insbesondere durch elektromagnetische Strahlung aktiviert wird.
Nicht ausgehärteter Liner, der mit einem Harzsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 imprägniert ist.
Verfahren zur Aushärtung eines Liners bei dem man ein Harzsystem eines Liners mittels kohärenter elektromagnetischer Strahlung aushärtet.
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Liner gemäß Anspruch 8 einsetzt.
Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Harzsystem einen Initiator umfasst, der bei der Wellenlänge der eingestrahlten elektromagnetischen Strahlung eine Transmission von mehr als 95% aufweist.
Verwendung von kohärenter elektromagnetischer Strahlung zum Aushärten eines Liners.
Verwendung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Liner ein Harzsystem aufweist, das einen Initiator umfasst, der nicht verkapselt ist und der insbesondere bei der Wellenlänge der eingestrahlten elektromagnetischen Strahlung eine Transmission von mehr als 95% aufweist.
Verfahren zum Aushärten eines Harzsystems, a. wobei man eine kohärente elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge in einem Wellenlängenbereich von 200 bis 20000 nm in das Harzsystem einstrahlt, b. wobei das Harzsystem wenigstens ein optisches Material und wenigstens einen Initiator enthält, c. wobei das optische Material wenigstens elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von 1/2, 1/3 und/oder 1/4 der Wellenlänge der kohärenten elektromagnetischen Strahlung abgibt, wodurch der Initiator aktiviert wird und das Harzsystem aushärtet.
Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Harzsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, insbesondere ein Harzsystem, mit dem ein Liner imprägniert ist, einsetzt.
Verfahren gemäß Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die kohärente elektromagnetische Strahlung mit einem gepulsten Laser erzeugt wird, bei dem insbesondere die Pulslänge in einem Bereich von 10 bis 150 Femtosekunden liegt.