TW201412898A - 埋地式鐵基管件的外塗層、塗層管件、以及沉積該塗層的方法 - Google Patents

埋地式鐵基管件的外塗層、塗層管件、以及沉積該塗層的方法 Download PDF

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Abstract

一種埋地式鐵基管件(7)的外塗層(9)，該鐵基特別是鑄鐵，該外塗層(9)包含一第一多孔層(11)以及一第二多孔層(13)，該第二多孔層(13)設置於該第多孔一層(11)上且可堵塞住該第一多孔層(11)的多個微孔，該外塗層(9)的特徵在於：該第一多孔層包含為實質純的鋅、鋅合金、或擬合金，該鋅合金或該擬合金包含質量比例為至少50%的鋅，且該第二多孔層(13)包含為分散或溶解在水中的至少一個乳化合成樹脂為基礎的一在水相中的單成分塗料。一種塗層管件及一種用於沉積相應的塗層的方法。

Description

埋地式鐵基管件的外塗層、塗層管件、以及沉積該塗層的方法
本發明係關於一種用於一鐵基(特別是鑄鐵)之埋地式管件類型的外塗層，該外塗層包含：一第一多孔層；以及一第二多孔層，該二多孔層係設置於該第一多孔層之上且能夠堵塞住該第一多孔層的多數個孔件。
本發明還關於一種塗有該外塗層的管件，以及一種用於沉積該塗層於管件的方法。
「管件」係指「管子」及各種配件，例如彎頭、連結件等，例如，用於水域引用(water adduction)領域。
一種製造鋼管塗層的方法已見於文件JP-A-23010357。此文件設想藉由噴塗犧牲性(sacrificial)鋅/鋁合金之後予以沉積環氧樹脂。該樹脂層應為防漏的。此方法為自一「乾燥空間」而應用於管件的塗層，因此必定包含由鐵或鋼組成的架空管(aerial tubes)。
鐵的金屬被土壤腐蝕是一種與大氣的腐蝕為不同性質的現象，並且本質上包含有電性關聯於位於某些距離的收縮區域(reduction areas)處之氧化區域的產生。因此，受局部化而因此發生含鐵金屬的實質惡化。
使埋地式管件免於腐蝕的保護具有特別的困難，特別是由於土壤是非均質的且性質也非常多樣，管件依據其使用之 不同而在不同的溫度載送流體，腐蝕條件的修改以及處理將為埋地式管件經常導致其外表面在不同位置的損傷。
文件EP-A-0686246描述了一種延伸性鑄鐵的管件，包括一塗層，該塗層包含有一第一多孔金屬層以及可確保「微孔堵塞」效果的一第二塗料層。當管道被掩埋後，該塗層確保有效的以及長效地保護管道免於腐蝕。然而，這種塗料在衛生和環境方面再也不符合日益增強的需求。
本發明的目的係提供一具有價格競爭力和改善衛生及環境特性的塗層，該塗層確保更有效的保護管件免於防腐蝕，特別是在腐蝕性土壤中。
緣此，本發明的目的在提供一種上述類型的外塗層，其中：-該第一多孔層(11)包含為實質純的鋅、鋅合金、或擬合金，該鋅合金或該擬合金包含質量比例為至少50%的鋅及較佳地介於0.5%與40%之間的鋁，及-該第二多孔層(13)包含為分散或溶解在水中的至少一個乳化合成樹脂為基礎的一在水相中的單成分塗料。
根據本發明的一實施例，該外塗層可以包括採取個別或根據所有技術上可能的組合之下列特徵中的一個或多個：-所述的至少一個合成樹脂係以至少一高分子或至少一共聚物所配製而成，該高分子或該共聚物係選自以丙烯酸類或苯乙烯丙烯酸類、諸如氯乙烯、氯乙烯丙烯酸酯的乙烯基鹵化物，諸如偏二氯乙烯、乙烯基的亞乙烯基鹵化物、甲基丙烯酸或聚乙酸乙烯酯、以及其混合物所組成的列表，-該第一層包含質量濃度分別為介於0%與5%之間的鎂、銅、及/或銀，且較佳地介於0.5%與3%之間；-該第一層具有一至少為200 g/m2的表面密度，且較佳地至少 為350 g/m2；-該第二層係不具有任何有機的溶劑或助溶劑，特別是不具有來自烴的任何有機溶劑或助溶劑，且不具有任何雙酚；-該第二層包含一種或多種能夠接觸於供人類消耗的水且具有殺菌及/或鈍化作用的活性成分；-該第二層具有一包含介於120 g/m2及350 g/m2之間的乾燥表面密度；-該第一層係以熱投射法沉積，優選地為電弧；-該塗料中包含質量介於20%與60%之間的水，優選地為30%與50%之間的水、介於20%與70%之間的至少一合成樹脂，優選地為25%與45%之間的至少一合成樹脂、以及介於1%與30%之間的至少一有機或無機顏料/著色劑；-所述至少一有機或無機顏料/著色劑係選自一金屬氧化物，例如以氧化鐵、氧化鈦、氧化鉻、炭黑、銅酞菁、或其混合為組成的列表；-塗料中含有質量介於1%與10%之間的至少一種防腐蝕顏料；-該防腐蝕顏料係選自以磷酸鋅、改質氧化鋅、氧化鋅、或其混合為組成的列表；-該塗料包括質量介於10%與40%之間的至少一填充料，該填充料係選自以硫酸鋇、碳酸鈣、滑石、雲母、矽酸鹽、二氧化矽、高嶺土、白雲石、或其混合為組成的列表；且-該塗料包括質量介於0.1%與5%之間的至少一塗料添加劑，該塗料添加劑係選自以增稠劑、鈍化劑、滅菌劑、殺菌劑、潤濕劑、分散劑、防腐蝕劑、消泡劑、乳化劑、表面活性劑、或其混合為組成的列表。
本發明還關於一種用於埋地式鐵基管件，特別是鑄鐵，包含如上述的外塗層。
本發明最後還關於一種方法，用於在一埋地式鐵基管件上沉積一外塗層，該鐵基特別是鑄鐵，該方法包含以下步驟：(a)在該管件(7)上以金屬化沉積出一第一多孔層(11)，該第一多孔層(11)包含為實質純的鋅、鋅合金、或擬合金，該鋅合金或該擬合金包含質量比例為至少50%的鋅以及較佳地介於0.5%及40%的鋁該金屬化較佳地為電弧；以及(b)在未覆蓋有白色金屬塊的該第一層(11)進行沉積而形成一第二多孔層(13)，該第二多孔層(13)包含以至少一個分散或溶解在水中的乳化合成樹脂為基礎的在水相中的單成分塗料。
根據本發明的一實施例，該方法以包括下列特徵中的一個或多個，採取單獨或根據所有的在技術上可能的組合：-在步驟(b)中，所述之至少一個合成樹脂係以至少一高分子或至少一共聚物所配製而成，該高分子或該共聚物係選自以丙烯酸類或苯乙烯丙烯酸類、諸如氯乙烯、氯乙烯丙烯酸酯的乙烯基鹵化物，諸如偏二氯乙烯、乙烯基的亞乙烯基鹵化物、甲基丙烯酸或聚乙酸乙烯酯、以及其混合物所組成的列表；-步驟(b)對於該第二層(13)的沉積係以一槍、及/或一刷子或一碾軋機進行，以使該第二層(13)具有一介於60μm至150μm之間的乾燥厚度；-步驟(b)進行沉積該第二多孔層而使該第二多孔層(13)具有一介於120g/m2至350g/m2之間的乾燥表面密度；-步驟(b)至少部分地以一不具有任何壓縮空氣的槍進行該第二層(13)的沉積，其以槍而實施的應用為在一表面介於35℃至60℃之間的溫度而完成；-在步驟(b)中，該表面為被帶入介於35℃至60℃之間的溫度，其方式為將該管件的至少一部分浸漬在較佳地包含有一表面轉化劑之水中而由一轉化合金膜包覆該第一多孔層(11)，該表面轉化劑 適用於接觸供人類消耗的水中；-所述之該至少一種合成樹脂係以至少一高分子或至少一共聚物所配製而成，該高分子或該共聚物係選自以丙烯酸類或苯乙烯丙烯酸類、諸如氯乙烯、氯乙烯丙烯酸酯的乙烯基鹵化物，諸如偏二氯乙烯、乙烯基的亞乙烯基鹵化物、甲基丙烯酸或聚乙酸乙烯酯、以及其混合物所組成的列表；-在步驟(a)中，該第一層是以熱投射法(thermal projection)沉積，優選地是電弧；-在步驟(b)中，該第二層是不含有有機溶劑，特別是來自烴的溶劑，且不含有雙酚；且-在步驟(b)中，該第二層包含一種或多種能夠接觸於供人類消耗的水且具有殺菌及/或鈍化作用的活性成分；-在步驟(b)中，該第二層的沉積是以一帶有壓縮空氣的槍進行；-在步驟(b)中，該第二層的沉積是以一不帶有任何壓縮空氣的槍進行。
藉由閱讀以下說明(僅作為一個範例)並配合參考單一圖式，將更容易地理解本發明。
1‧‧‧塗層管件
3‧‧‧地面
5‧‧‧流體
7‧‧‧管件
9‧‧‧外塗層
11‧‧‧第一層
13‧‧‧第二層
L‧‧‧長度方向
第1圖係顯示根據發明的管件的橫截面的局部示意圖。
第1圖表示一被掩埋於一地面3，且用於運輸一流體5(例如飲用水)的塗層管件1。
塗層管件1包括一管件7和位於地面3和管件7之間的一外塗層9，外塗層9較佳地分佈於管件7上，從而使管件7隔離於地面3。
管件7係以鐵為基底，較佳地為延伸性鑄鐵。管件7為例如一管子。在所示的實施例中，管件7沿著垂直於第1圖的 平面的一長度方向L延伸。第1圖中僅顯示管件7的一個部分，毫無困難地，從所示的部分可以推斷出管件7的其餘部分。
流體5沿著長度方向L在管件7內側而循環。一內塗層(圖未示)可存在於管件7的內壁而用於使流體5隔離於管件7。
外塗層9包含一第一層11和一置於的該第一層上的第二層13。
第一層11為多孔的，且較佳地以電弧的金屬化(metallization with an electric arc)而沉積。第一層11包含實質的純鋅(例如：具有質量濃度大於或等於99.9%)、鋅合金、或擬合金。該合金或擬合金包含質量比例為：至少50%的鋅及介於0.5%與40%之間的鋁。例如：第一層包含質量比例為鋅85%及鋁15%。
在土壤腐蝕劑的作用下，第一層11係轉換成防腐蝕產品的保護層，而穩定於其生成所在的媒介。鋅鋁合金層並且被稱為相對於鑄鐵的「陽極」，因為其在由鑄鐵、合金、及土壤所形成的電化學電池的作用下之氧化而被逐漸地被轉換，而藉由形成該保護層以保護於合金層的瑕疵處的底層或裸露的鑄鐵。
由於藉由一電弧的金屬化而沈積，該第一層11由凝固液滴所組成而因此是多孔的。藉由採用金屬處理的調整而控制該多孔的大小以及該層之厚度，在本領域中的技術人員可調整其條件，特別是保護層的形成速率。更可看出鋅/鋁合金的兩相結構為促進了鋅的轉化產物的積陷(trapping)。
較佳地，該第一層11還包括質量濃度分別為介於0%與5%之間的鎂、銅、及/或銀。這些元素例如以元素態的形式添加，或以氧化物的形式添加。
該第一層11具有至少為200 g/m2的一表面密度，且優選地至少為350 g/m2，例如約400 g/m2。較佳地，為了獲得上述的表面密度，該第一層是以熱投射法沉積。
該第二層13是一水相的塗料(乾燥前)，亦稱為具 有水溶性的。該第二層13是多孔的，且可藉由該第一層11所帶來的電流保護的適當操作，其一方面是藉由第二層13為阻塞第一層11的微孔的能力，其另一方面是藉由第二層13的多孔性來控制在第一層11的附近的電化學反應的速率。
該塗料是一在水相中的單成分塗料。該塗料包括至 少一個合成樹脂，且係以諸如丙烯酸類、苯乙烯丙烯酸類的高分子或共聚物、及諸如氯乙烯、氯乙烯丙烯酸酯、偏二氯乙烯、乙烯基、甲基丙烯酸、或聚乙酸乙烯酯的高分子或共聚物等高分子或共聚物所配製而成。
較佳地，該第二層13及該塗料係不具有任何有機的 溶劑或助溶劑，特別是自烴取得而不具有任何雙酚。
該塗料是以例如符合歐洲聯盟的正面列表化合物的 接觸食品(歐規UE第10/2011號)的化合物配製而成，且在本專利申請之日得到將產品放置接觸於供人類消耗的水的通常批准(例如法國健康合格認證「Attestation de Conformité Sanitaire(ACS)」，或英國WRAS認證證書)。
較佳地，該第二層13包括一種或多種能夠接觸於供 人類消耗的水的活性成分，例如殺菌劑及/或鈍化劑(例如：銀、銅、氧化銅、磷酸鋅、氧化鋅)。該殺菌劑是，例如為銅鹽，能夠限制土壤3的細菌的活性。較佳地，一旦乳化發生聚結，該殺菌活性成分為很慢的遷移(水，土壤)。然後，該殺菌劑的固體顆粒藉由樹脂而封裝：由外部介質通過樹酯的擴散水將導致隨後將緩慢擴散到外部介質中的此些試劑之離子化。
現在將描述一種在管件7上沉積一外塗層9的方 法。該方法包括一步驟(a)用以在該管件7上沉積出前述的第一層11、以及一步驟(b)用以在該第一層11上沉積出前述的第二層13。
在步驟(a)中，較佳地，該第一層11是以熱投射法沉 積，優選地為電弧。
以足量的材料沉積以使第一層11的表面密度至少為200 g/m2，優選地至少為350 g/m2。熱投射例如是以取決於鋅合金的可用性而以大量的接線或填充線而完成。
在步驟(b)中，較佳地，當該第一層11未覆蓋有白色金屬塊，該第二層13是沉積於該第一層11，亦即：在該第二層13和該第一層11的沉積之間具有一減少的時間遲滯。
在步驟(b)中，較佳地，該第二層是以一不具有任何壓縮空氣的槍(特別是對於大的表面)，且/或以一刷子(，特別是對於小的表面或補漆操作)而沈積，使得該第二層13具有一較佳地介於60μm至150μm之乾燥厚度，例如，該第二層13在乾燥狀況下具有一約為120μm的乾燥厚度。較佳地，該第二層13具有一介於120 g/m2及350 g/m2之間的乾燥表面密度，例如一250 g/m2的乾燥表面密度。
較佳地，該第二層13的沉積至少部分地以一不具有任何壓縮空氣的槍完成，以槍而在表面完成而實施的應用，其溫度為介於35℃至60℃之間。此表面被帶至此溫度係藉由例如在此溫度下而浸漬塗覆有該第一層11的該管件7的至少一部分至一水槽。
較佳地，該水包含一表面轉化劑，例如磷酸鋅、氧化鋅，用於以一表面轉化合金的一薄膜而覆蓋該第一層11。優選地，適用鋅合金的該表面轉化劑較佳地為具有通過監管部門的能接觸供人類消耗的水之許可。
當該管件1已在其操作環境中並想要增加保護時效時，以含有活性成分的水而濕化該第一層11將導致例如氫氧化鋅、氧化鋅、或磷酸鋅的表面形成的合金之膜而覆蓋在該第一層11的表面以延遲該第一層11後續的氧化作用。
根據本發明的塗層的實施例：
在延展性鑄鐵的一管件7上的一外塗層9係包含：由以電弧而沉積的第一金屬化層11，其具有15%鋁的400 g/m2鋅鋁合金；以及第二層13，其含有在水相中的單成分塗料，該第二層具有一120 μm的乾燥厚度和一250 g/m2的乾燥表面密度。
該塗料是一乳液，以一丙烯酸聚二氯乙烯(acrylic-PVDC)共聚物為基礎，且應用於將塗覆有該第一層11的該管件7浸漬於含有一聚磷酸鋅(poly(zinc phosphate))的一60℃水槽中之後而產生一數微米的表面薄膜在該第一層11的表面上。
以丙烯酸聚二氯乙烯為基礎的該共聚物乳液包括一活性成分，例如一銅鹽，以限制該外塗層9外的該土壤3的細菌的活性。
藉由前述的該第一層11及該第二層13的特性，該外塗層9確保對於該管件7的腐蝕更有效的保護，特別是在腐蝕性該土壤3中，以改善衛生和環境性能。實際上，該第二層13能非常有效地阻塞該第一層11的微孔。在該第一層11上的該第二層的結合促進了形成該第一層11的金屬液滴的表面的轉化之初始化。進一步地，因為該外塗層9的結構及應用方法，該外塗層9的價格是非常具有競爭力的。
根據將該第一層11的表面帶入至介於35℃與60℃之間的溫度的選擇性特性(藉由將塗覆有該第一層11之該管件7的至少一部分浸漬在優選地含有一表面轉化劑的水中)，而促進表面轉化合金薄膜的生成。
進一步地，根據該不具有任何有機的溶劑或助溶劑，特別是不具有來自烴的任何有機溶劑或助溶劑的第二層13的該選擇特徵，具有該外塗層9是符合供人類消耗的水的目前相關的法規要求的優點。
進一步地，選定的樹脂配方中沒有雙酚，抑制關於這種分子對於人類的毒性的潛在風險。
這方便於該管件7的塗覆的操作。實際上，該外塗層9可只沉積於會接觸到該腐蝕性土壤3的管件7的區域以及經發現會接觸供人類消耗的水5的例如管子末端的區域或切出區域之處。
此外，藉由抑制排放揮發性有機溶劑或揮發性有機化合物(VOCs)，明顯地降低對環境的影響。對於製造或鋪設該塗層管件1的操作者而言，改善了安全狀況。關於塗層管件1的廢料的處理和處置可以用傳統的裝置來完成以回收漆料。
藉由根據包含一種或多種夠殺菌及/或鈍化作用的活性成分的該第二層13的選擇的特徵，於在所有土壤中改善了外塗層9的長期防腐蝕性。
以上之敘述僅為本發明之較佳實施例說明，凡精於此項技藝者當可依據上述之說明而作其它種種之改良，惟這些改變仍屬於本發明之發明精神及以下所界定之專利範圍中。
1‧‧‧塗層管件
3‧‧‧地面
5‧‧‧流體
7‧‧‧管件
9‧‧‧外塗層
11‧‧‧第一層
13‧‧‧第二層
L‧‧‧長度方向

Claims (14)

  1. 一種埋地式鐵基管件(7)的外塗層(9)，該鐵基特別是鑄鐵，該外塗層(9)包含一第一多孔層(11)以及一第二多孔層(13)，該第二多孔層設置於該第一多孔層(11)上且可堵塞該第一多孔層(11)的多個微孔，該外塗層(9)的特徵在於：該第一多孔層(11)包含為實質純的鋅、鋅合金、或擬合金，該鋅合金或該擬合金包含質量比例為至少50%的鋅及較佳地介於0.5%與40%之間的鋁，及該第二多孔層(13)包含為分散或溶解在水中的至少一個乳化合成樹脂為基礎的一在水相中的單成分塗料。
  2. 如請求項1所述之外塗層(9)，其中該至少一個合成樹脂係以至少一高分子或至少一共聚物所配製而成，該高分子或該共聚物係選自以丙烯酸類或苯乙烯丙烯酸類、諸如氯乙烯、氯乙烯丙烯酸酯的乙烯基鹵化物，諸如偏二氯乙烯、乙烯基的亞乙烯基鹵化物、甲基丙烯酸或聚乙酸乙烯酯、以及其混合物所組成的列表。
  3. 如請求項1或2所述之外塗層(9)，其中該第一層(11)包含質量濃度分別為介於0%與5%之間的鎂、銅、及/或銀，且較佳地介於0.5%及3%之間。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之外塗層(9)，其中該第一層(11)具有一至少為200 g/m2的表面密度，且較佳地至少為350 g/m2。
  5. 如請求項1至4中任一項所述之外塗層(9)，其中該第二層(13)係不具有任何有機的溶劑或助溶劑，特別是不具有來自烴的任何有機溶劑或助溶劑，且不具有任何雙酚。
  6. 如請求項1至5中任一項所述之外塗層(9)，其中該第二層(13)包含一種或多種能夠接觸於供人類消耗的水且具有殺菌及/或鈍化作用的活性成分。
  7. 如請求項1至6中任一項所述之外塗層，其中該第二層具有一包含介於120 g/m2及350 g/m2之間的乾燥表面密度。
  8. 一種埋地式鐵基塗層管件(1)，該鐵基特別是鑄鐵，包含如請求項1至7中任一項所述之外塗層(9)。
  9. 一種方法，用於在一鐵基管件(7)上沉積一外塗層(9)，該鐵基特別是鑄鐵，該方法包含以下步驟：(a)在該管件(7)上以金屬化沉積出一第一多孔層(11)，該第一多孔層(11)包含為實質純的鋅、鋅合金、或擬合金，該鋅合金或該擬合金包含質量比例為至少50%的鋅以及較佳地介於0.5%及40%的鋁，該金屬化較佳地為電弧；以及(b)在未覆蓋有白色金屬塊的該第一層(11)進行沉積而形成一第二多孔層(13)，該第二多孔層(13)包含以至少一個分散或溶解在水中的乳化合成樹脂為基礎的在水相中的單成分塗料。
  10. 如請求項9所述之方法，其中在步驟(b)中，該至少一個合成樹脂係以至少一高分子或至少一共聚物所配製而成，該高分子或該共聚物係選自以丙烯酸類或苯乙烯丙烯酸類、諸如氯乙烯、氯乙烯丙烯酸酯的乙烯基鹵化物，諸如偏二氯乙烯、乙烯基的亞乙烯基鹵化物、甲基丙烯酸或聚乙酸乙烯酯、以及其混合物所組成的列表。
  11. 如請求項9或10所述之方法，其中步驟(b)對於該第二多孔 層(13)的沉積係以一槍、及/或一刷子或一碾軋機進行，以使該第二多孔層(13)具有一介於60μm至150μm之間的乾燥厚度。
  12. 如請求項9至11中任一項所述之方法，其中步驟(b)進行沉積該第二層而使該第二層(13)具有一介於120g/m2至350g/m2之間的乾燥表面密度。
  13. 如請求項9至12中任一項所述之方法，其中步驟(b)至少部分地以一不具有任何壓縮空氣的槍進行該第二層(13)的沉積，其以槍而實施的應用為在一表面介於35℃至60℃之間的溫度而完成。
  14. 如請求項13所述之方法，其中在步驟(b)中，該表面為被帶入介於35℃至60℃之間的溫度，其方式為將該管件的至少一部分浸漬在較佳地包含有一表面轉化劑之水中而由一轉化合金膜包覆該第一多孔層(11)，該表面轉化劑適用於接觸供人類消耗的水中。
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