DE102021134231A1

DE102021134231A1 - Einlegeschlauch zum Auskleiden von Rohrleitungen oder Kanälen

Info

Publication number: DE102021134231A1
Application number: DE102021134231.7A
Authority: DE
Inventors: Daniel Will
Original assignee: Impreg GmbH
Current assignee: Impreg GmbH
Priority date: 2021-12-22
Filing date: 2021-12-22
Publication date: 2023-06-22
Also published as: WO2023117228A1

Abstract

Ein Einlegeschlauch (10) zum Auskleiden von Rohrleitungen (12) oder Kanälen umfasst eine Innenfolie (IF), eine im installierten Zustand zu einer Innenwand (14) der Rohrleitung (12) bzw. des Kanals weisende Außenfolie (AF) und mindestens eine zwischen der Innenfolie (F) und der Außenfolie (AF) angeordnete Verstärkungslage. Diese enthält ein Verstärkungsmaterial, das mit einem aushärtbaren Reaktionsmaterial getränkt ist. Das Reaktionsmaterial enthält einen Feststoff und ein Lösungsmittelgemisch, wobei der Feststoff in dem Reaktionsmaterial einen Anteil hat, der zwischen 45 und 65 Gewichtsprozent beträgt. Erfindungsgemäß ist das Lösungsmittelgemisch eine Mischung aus Styrol und/oder Vinyltoluol und mindestens einem Lösungsmittel, das nicht Styrol oder Vinyltoluol ist. Das Styrol und/oder Vinyltoluol hat dabei im Lösungsmittelgemisch einen Anteil zwischen 5 und 80 und vorzugsweise zwischen 15 und 50 Gewichtsprozent.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Einlegeschlauch zum Auskleiden von sanierungsbedürftigen Rohrleitungen oder Kanälen, und zwar insbesondere das Reaktionsharz, mit dem eine oder mehrere Verstärkungslagen des Einlegeschlauchs getränkt sind.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Zur Rekonstruktion und Sanierung von beschädigten Rohrleitungen und Kanälen werden Einlegeschläuche eingesetzt, die auch als „Liner“ bezeichnet werden. Die Einlegeschläuche enthalten mindestens eine Verstärkungslage, deren Verstärkungsmaterial mit einem Reaktionsmaterial getränkt ist. Das Verstärkungsmaterial besteht häufig aus einem Glasfasergelege oder aus einer Kombination aus einem Glasfasergelege und einer Wirrfaserschicht (z.B. Polyester-Nadelfilz), wobei das Glasfasergelege seinerseits mehrere Gelegeschichten umfassen kann. Das Reaktionsmaterial härtet unter Einfluss von UV-Strahlung, Wasserdampf oder Heißwasser aus. Es finden jedoch gelegentlich auch Reaktionsmaterialien Verwendung, die unter Normaltemperatur aushärten.
Um eine beschädigte Rohrleitung zu sanieren, wird der Einlegeschlauch in die beschädigte Rohrleitung eingezogen oder darin umgestülpt (sog. Inversionsverfahren) und anschließend mittels Druckluft expandiert, so dass sich der Einlegeschlauch an die Innenmantelfläche der Rohrleitung anlegt. Dann wird das Reaktionsharz mittels UV-Strahlung oder Wasserdampf ausgehärtet, so dass der Einlegeschlauch eine flüssigkeits- und meist auch gasdichte Innenmantelfläche des sanierten Rohleitungs- oder Kanalabschnitts bildet.
Als Reaktionsmaterial werden meist ungesättigte Polyesterharze, gelegentlich aber auch Epoxid- oder Vinylesterharze eingesetzt. Sowohl Polyesterharze als auch Vinylesterharze bestehen in der Regel zu 45 bis 70 Gewichtsprozent aus ungesättigtem Polyester bzw. Vinylester (Feststoff) und mit den verbleibenden Gewichtsprozenten aus Styrol als Lösungsmittel. Das Styrol löst das bei Raumtemperatur halbfeste bis feste ungesättigte Polyester bzw. Vinylester und bildet so mit dem Ester ein flüssiges Harz, dessen Viskosität sich in weiten Bereichen einstellen lässt. Meist wird eine Viskosität von etwa 600 bis 1000 mPa*s zur Imprägnierung des Verstärkungsmaterials eingestellt.
Zum anderen fungiert das Styrol bei der Vernetzung als Reaktionspartner der reaktiven Doppelbindungen im ungesättigten Polyester bzw. im Vinylester. Ohne Styrol lassen sich diese Ester somit nicht effizient härten.
Der hohe Marktanteil der Polyersterharze hängt vor allem damit zusammen, dass sie ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis haben. Außerdem liefert bereits das unverstärkte Material nach der Härtung brauchbare mechanische Eigenschaften; diese werden durch das eingebettete Verstärkungsmaterial weiter verbessert. Die Vernetzung durch radikalische Polymerisation führt zu einer sehr raschen Härtung.
Styrol ist allerdings mit Blick auf die Gesundheit bei der Verarbeitung möglicherweise nicht unbedenklich. Styrol führt im Tierversuch mit Mäusen - nicht jedoch mit Ratten und anderen Versuchstieren - zu Lungenkrebs. Zudem wird seit vielen Jahren das Erbgut verändernde Potential von Styrol kontrovers diskutiert. Styrol dünstet sowohl während des in der Regel werksseitigen Imprägnierens des Verstärkungsmaterials als auch beim Aushärten unter Wärme und/oder UV-Licht in größerer Menge aus, was sich durch einen zwar nicht unangenehmen, aber deutlich wahrnehmbaren Geruch bemerkbar macht.
Ähnliches gilt für Vinyltoluol, bei dem es sich um ein Methylstyrol handelt, das ähnliche Eigenschaften wie Styrol hat und ebenfalls als gesundheitlich problematisch gilt. Soweit im Folgenden von Styrol die Rede ist, gilt dies sinngemäß auch für Vinyltoluol.
Wegen der gesundheitlichen Bedenken wird deswegen im Zusammenhang mit Einlegeschläuchen schon seit längerer Zeit nach einem Ersatz für Styrol gesucht. Die hohen Anforderungen an das Harzsystem für Einlegeschläuche machen die Suche nach Alternativen für Styrol allerdings schwierig. Die Harze müssen ohne Spaltprodukte (z.B. Wasser oder Methanol) härten, und zwar möglichst mit hoher Härtungsgeschwindigkeit. Nach der Härtung ist ein Mindestmaß an Zähigkeit sowie eine ausgeprägte chemische Beständigkeit erforderlich, um eine mindestens 50-jährige Beständigkeit gegen kommunales Abwasser zu gewährleisten.
Als Alternative zu Styrol wird teilweise ein Methacrylat eingesetzt; die entsprechenden Harzsysteme werden dann als styrolfrei bezeichnet. Methacrylate sind allerdings erheblich teurer als Styrol, was mit Blick auf die erheblichen Mengen, die bei Einlegeschläuchen benötigt werden, dazu führen kann, dass die Sanierung mit einem Einlegeschlauch unwirtschaftlich wird. Außerdem haben methacrylatbasierte Harze den Nachteil einer geringeren Reaktivität. Da vor allem bei großen Schlauchdicken immer weniger Wärme oder UV-Licht zu den außen liegenden Verstärkungslagen gelangt, kann die Aushärtung dort mitunter sehr lange dauern.
Dagegen sind Epoxidharze grundsätzlich styrolfrei. Allerdings sind ihre Inhaltsstoffe teilweise allergen und auch nicht völlig geruchsfrei. Hinzu kommt, dass Epoxidharze wegen kurzer Topfzeiten erst kurz vor dem Einziehen des Einlegeschlauchs aufgebracht werden können, was weder arbeitshygienisch noch fertigungstechnisch erstrebenswert ist.
Um die nachteiligen Eigenschaften des als Styrolersatz verwendeten Methacrylat auszugleichen, werden dem Harz gelegentlich Peroxide zugesetzt, wie dies aus der DD 133 953 bekannt ist. Durch den Zerfall des Peroxids und die dadurch entstehende Freisetzung von Radikalen wird die Polymerisation auch in jenen Bereichen des Einlegeschlauches ausgelöst, die nicht oder nicht in ausreichender Weise vom UV-Licht erreicht werden. Dabei handelt es sich um einen selbstverstärkenden Effekt, da die Polymerisation eine exotherme Reaktion ist, welche die Wärme für den weiteren Zerfall des Peroxids erzeugt.
Allerdings sind Peroxide labile Verbindungen und können besonders in höheren Konzentrationen und bei erhöhter Temperatur ein explosives und brandförderndes Verhalten zeigen.
Die EP 2 525 130 A1 löst das Problem der unzureichenden Durchhärtung dadurch, dass auf die Glasfasern der Verstärkungslagen eine spezielle Schlichte (also eine Art Haftvermittler) aufgebracht wird, die den Absorptionskoeffizienten des Einlegeschlauches für das UV-Licht derart herabsetzt, dass eine peroxidfreie Reaktionsmasse auch bei Schlauchdicken von mehr als 10 mm mit UV-Licht aushärtbar ist. In der Praxis hat sich dieser Ansatz jedoch aus unterschiedlichen Gründen nicht durchgesetzt. Darunter zählen vor allem die Kosten, die für das Aufbringen der speziellen Schlichte anfallen und zu den ohnehin hohen Kosten für die Methacrylate hinzukommen.
Die vorstehend erläuterten Probleme führen dazu, dass nach wie vor die meisten Einlegeschläuche mit einem Reaktionsmaterial imprägniert sind, das zu 30 bis 55 Gewichtsprozent aus Styrol besteht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Einlegeschlauch anzugeben, der die mit der Styrolverwendung zusammenhängenden Probleme zumindest teilweise löst.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Einlegeschlauch zum Auskleiden von Rohrleitungen oder Kanälen, mit einer Innenfolie, einer im installierten Zustand zu einer Innenwand der Rohrleitung bzw. des Kanals weisenden Außenfolie, und mit mindestens einer zwischen der Innenfolie und der Außenfolie angeordneten Verstärkungslage, die ein Verstärkungsmaterial aufweist, das mit einem aushärtbaren Reaktionsmaterial getränkt ist. Das Reaktionsmaterial enthält einen Feststoff und ein Lösungsmittelgemisch, wobei der Feststoff in dem Reaktionsmaterial einen Feststoffanteil hat, der zwischen 45 und 65 Gewichtsprozent beträgt. Das Lösungsmittelgemisch ist eine Mischung aus Styrol und/oder Vinyltoluol und mindestens einem Lösungsmittel, das nicht Styrol oder Vinyltoluol ist, wobei das Styrol und/oder Vinyltoluol im Lösungsmittelgemisch einen Anteil zwischen 5 und 80 Gewichtsprozent, vorzugsweise zwischen 15 und 50 Gewichtsprozent, hat.
Der Erfinder hat erkannt, dass Styrol oder Vinyltoluol einerseits und styrolfreie Lösungsmittel wie Methacrylat (insbesondere Butanedioldimethacrylat) andererseits chemisch gut verträglich sind und sich als Mischung sehr gut verarbeiten lassen. Mit einer solchen Mischung lässt sich der Gesamtanteil an Styrol und/oder Vinyltoluol im Reaktionsmaterial von bisher 30 bis 55 Gewichtsprozent auf beispielsweise 5 bis 20 Gewichtsprozent reduzieren. Der geringe Anteil an Styrol und/oder Vinyltoluol stellt jedoch sicher, dass das Reaktionsmaterial rasch und vollständig nach dem Einziehen des Einlegeschlauchs unter der Einwirkung von Wärme und/oder UV-Strahlung aushärtet. Dies hängt damit zusammen, dass Vinyltoluol und stärker noch Styrol die Reaktivität (Exothermie) des Reaktionsmaterials steigert. Ersetzt man beispielsweise nur 15 Gewichtsprozent des Methacrylats durch Styrol, so beobachtet man eine Steigerung der Reaktivität um rund 25%.
Gleichzeitig bewirkt der geringe Anteil an Styrol und/oder Vinyltoluol aufgrund der im Vergleich zu Methacrylat besseren Wechselwirkung mit der die Glasfasern umgebende Schlichte eine erhöhte Durchlässigkeit für UV-Strahlung, was sich ebenfalls günstig auf die UV-induzierte Aushärtung auswirkt.
Das Ergebnis ist ein Einlegeschlauch, der hervorragend auch bei größeren Schlauchdicken aushärtet, die Umwelt und sich in der Nähe aufhaltende Personen aber nur mit einer sehr geringen Menge an Styrol oder Vinyltoluol belastet.
Im Stand der Technik sind zwar styrolarme Harze bekannt. Der geringe Styrolgehalt wird dort aber lediglich durch Verringerung des Lösungsmittelanteils auf etwa 30% erreicht. Für die Verwendung als Reaktionsmaterial in Einlegeschläuchen ist dies zu wenig. Bevorzugt ist dort - und auch für die vorliegende Erfindung - ein Anteil des Feststoffs im Reaktionsmaterial zwischen 52 und 58 Gewichtsprozent.
Bei dem im Reaktionsmaterial enthaltenen Feststoff kann es sich insbesondere um ungesättigtes Polyesterharz oder Vinylesterharz handeln. Das Polyesterharz kann dabei eine Kombination von Isophtalsäure und Neopentylglykol oder eine Kombination von Orthophtalsäure und Neopentylglykol enthalten.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Auskleidungsrohr, das aus einem erfindungsgemäßen Einlegeschlauch erhalten wurde, indem der zunächst zusammengefaltete Einlegeschlauch expandiert und das Reaktionsmaterial ausgehärtet wurde.
Außerdem ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Einlegeschlauchs zum Auskleiden von Rohrleitungen oder Kanälen mit den folgenden Schritten:

a) Zuführen einer schlauchförmigen Innenfolie;
b) Zuführen mindestens einer Verstärkungslage, die ein Verstärkungsmaterial aufweist,
c) Umschließen der mindestens einen Verstärkungslage mit einer Außenfolie;
d) Tränken der mindestens einen Verstärkungslage mit einem aushärtbaren Reaktionsmaterial, wobei das Reaktionsmaterial einen Feststoff und ein Lösungsmittelgemisch enthält, und wobei der Feststoff in dem Reaktionsmaterial einen Anteil hat, der zwischen 45 und 65 Gewichtsprozent beträgt,

Die oben zum Einlegeschlauch erläuterten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen gelten für das Verfahren entsprechend.
Figurenliste
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Einlegeschlauch nach dessen Installation in einer beschädigten Rohrleitung;
2 den in der 1 gezeigten Einlegeschlauch vor der Installation, aber ohne Au-ßenfolie.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1. Einlegeschlauch
Die 1 zeigt beispielhaft einen Einlegeschlauch 10 nach dessen Installation in einer Rohrleitung 12. Der Einlegeschlauch 10 hat einen mehrlagigen Aufbau, der in dem vergrößerten Ausschnitt A besser erkennbar ist. Der Einlegeschlauch 10 umfasst eine styroldichte Innenfolie IF und eine im installierten Zustand zu einer Innenwand 14 der Rohrleitung 12 weisende Außenfolie AF. Zwischen der Außenfolie AF und der Innenwand 14 befindet sich im dargestellten Ausführungsbeispiel noch eine Schutzfolie SF, die den Einlegeschlauch 10 beim Einziehen in die Rohrleitung 12 vor Beschädigungen schützt.
Zwischen der Innenfolie IF und der Außenfolie AF ist eine Verstärkungsschicht VS angeordnet, die mehrere Verstärkungslagen umfasst. Jeder Verstärkungslage enthält ein Verstärkungsmaterial, das mit einem unter UV-Strahlung aushärtbaren Reaktionsmaterial imprägniert ist. Die Zusammensetzung des Reaktionsmaterials wird im Abschnitt 2 erläutert.
Außerdem umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel der Einlegeschlauch 10 eine Zwischenfolie ZF, die zwischen der Außenfolie AF und der Verstärkungsschicht VS angeordnet ist.
Der Einlegeschlauch 10, und zwar insbesondere dessen ausgehärtete Verstärkungsschicht VS, bildet eine flüssigkeits- und gasdichte neue Innenmantelfläche der Rohrleitung 12, sodass darin geführte Flüssigkeit 15 nicht aus Rissen 16, Ausbrüchen 18 oder anderen Beschädigungen der Rohrleitung 12 austreten kann.
Die 2 zeigt den Einlegeschlauch 10 vor der Installation in der Rohrleitung und ohne die Zwischenfolie ZF und die Außenfolie AF. Um die schlauchförmige und flachgelegte Innenfolie IF sind drei Verstärkungslagen VL1, VL2, VL3 geschlagen, die gemeinsam die in der 1 gezeigte Verstärkungsschicht VS bilden und jeweils ein Glasfasergewebe als Verstärkungsmaterial aufweisen, das mit dem unter UV-Licht aushärtbaren Reaktionsmaterial getränkt ist. Jede Verstärkungslage VL1, VL2, VL3 hat einen Überlappungsbereich B1, B2 bzw. B3, an dem sich in einer Umfangsrichtung U gegenüberliegende Längsseiten der Verstärkungslagen VL1, VL2, VL3 lose (d.h. ohne dabei verbunden zu sein) überlappen.
2. Reaktionsmaterial
Bei dem Reaktionsmaterial handelt es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um ein Polyesterharz, das zu 52 Gewichtsprozent aus einem ungesättigten Polyesterharz als Feststoff und zu 48 Gewichtsprozent aus einem Lösungsmittelgemisch besteht. Das Lösungsmittelgemisch ist eine Mischung aus gut 31 Gewichtsprozent Styrol und knapp 69 Gewichtsprozent Butanedioldimethacrylat (BDDMA). Dies entspricht einem Gesamtanteil des Styrols am Reaktionsmaterial von 15 Gewichtsprozent und einem Gesamtanteil des Butanedioldimethacrylat am Reaktionsmaterial von 33 Gewichtsprozent.
Die nachfolgende Tabelle enthält die Ergebnisse von Vergleichsversuchen. Ausgegangen wurde auch dort von einem Lösungsmittelgemischanteil von 48 Gewichtsprozent, variiert wurde der Styrolanteil im Reaktionsmaterial.

Anteil Styrol [Gewichtsprozent] Anteil BDDMA [Gewichtsprozent] Reaktivität [kJ/kg]

0 48 200

15 33 250

48 0 320
Die erste und letzte Zeile entspricht dem Stand der Technik, d.h. ein styrolfreies Reaktionsmaterial bzw. ein Reaktionsmaterial, das ausschließlich Styrol als Lösungsmittel enthält. Man erkennt, dass durch einen vergleichsweise kleinen Styrolanteil von 15% die Reaktivität auf 250 kJ/kg erhöht werden kann, was für eine Aushärtung von Einlegeschläuchen mit größeren Schlauchdicken genügt.
Werden die 15 Gewichtsprozent Styrol durch 15 Gewichtsprozent Vinyltoluol ersetzt, verringert sich die Reaktivität geringfügig auf 240 kJ/kg.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DD 133953 [0012]
EP 2525130 A1 [0014]

Claims

Einlegeschlauch (10) zum Auskleiden von Rohrleitungen (12) oder Kanälen, mit einer Innenfolie (IF), einer im installierten Zustand zu einer Innenwand (14) der Rohrleitung (12) bzw. des Kanals weisenden Außenfolie (AF), und mit mindestens einer zwischen der Innenfolie (F) und der Außenfolie (AF) angeordneten Verstärkungslage, die ein Verstärkungsmaterial aufweist, das mit einem aushärtbaren Reaktionsmaterial getränkt ist, wobei das Reaktionsmaterial einen Feststoff und ein Lösungsmittelgemisch enthält, und wobei der Feststoff in dem Reaktionsmaterial einen Anteil hat, der zwischen 45 und 65 Gewichtsprozent beträgt, wobei das Lösungsmittelgemisch eine Mischung aus Styrol und/oder Vinyltoluol und mindestens einem Lösungsmittel ist, das nicht Styrol oder Vinyltoluol ist, wobei das Styrol und/oder Vinyltoluol im Lösungsmittelgemisch einen Anteil zwischen 5 und 80 Gewichtsprozent hat.
Einlegeschlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Styrol und/oder Vinyltoluol im Lösungsmittelgemisch einen Anteil zwischen 15 und 50 Gewichtsprozent hat.
Einlegeschlauch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Feststoffs in dem Reaktionsmaterial zwischen 52 und 58 Gewichtsprozent beträgt.
Einlegeschlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsmaterial einen Gesamtanteil an Styrol und/oder Vinyltoluol zwischen 5 und 20 Gewichtsprozent hat.
Einlegeschlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Lösungsmittel, das nicht Styrol oder Vinyltoluol ist, ein Methacrylat, insbesondere Butanedioldimethacrylat, ist.
Einlegeschlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoff ungesättigtes Polyesterharz oder Vinylesterharz enthält.
Einlegeschlauch nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyesterharz eine Kombination von Isophtalsäure und Neopentylglykol oder eine Kombination von Orthophtalsäure und Neopentylglykol enthält.
Auskleidungsrohr, das aus einem Einlegeschlauch (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche erhalten wurde, indem der zunächst zusammengefaltete Einlegeschlauch (10) expandiert und das Reaktionsmaterial ausgehärtet wurde.
Verfahren zur Herstellung eines Einlegeschlauchs zum Auskleiden von Rohrleitungen oder Kanälen mit den folgenden Schritten: a) Zuführen einer schlauchförmigen Innenfolie; b) Zuführen mindestens einer Verstärkungslage, die ein Verstärkungsmaterial aufweist, c) Umschließen der mindestens einen Verstärkungslage mit einer Außenfolie; d) Tränken der mindestens einen Verstärkungslage mit einem aushärtbaren Reaktionsmaterial, wobei das Reaktionsmaterial einen Feststoff und ein Lösungsmittelgemisch enthält, und wobei der Feststoff in dem Reaktionsmaterial einen Anteil hat, der zwischen 45 und 65 Gewichtsprozent beträgt, wobei das Lösungsmittelgemisch eine Mischung aus Styrol und/oder Vinyltoluol und mindestens einem Lösungsmittel ist, das nicht Styrol oder Vinyltoluol ist, wobei das Styrol und/oder Vinyltoluol im Lösungsmittelgemisch einen Anteil zwischen 5 und 80 Gewichtsprozent hat.