制造流量計的測量管的襯里用塑料的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及制造流量計的測量管的襯里用塑料的方法，其中納米顆粒與聚合物化學結合。
【專利說明】制造流量計的測量管的襯里用塑料的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及制造流量計的測量管的襯里用塑料的方法【背景技術】
[0002]加工工業(yè)的流量計用測量管是本領域技術人員熟悉的課題。[0003]已知借助于具有磁感應測量傳感器的在線測量裝置測量在流動方向上流動穿過測量傳感器的測量管的導電流體的流速和/或體積流量。為此，在磁感應測量傳感器中，借助于磁路配置中最常見情況下沿直徑對置鋪設的場線圈產生磁場，所述磁路配置電連接于在線測量裝置的勵磁機電子設備，該磁場穿過預定測量體積內的流體、至少局部性垂直于流動方向且在流體的外部基本上與其自身閉合。該測量管因此通常由非鐵磁性材料構成，以便在測量期間不會不利地影響磁場。由于流體的自由載荷子根據(jù)磁流體動力學原理在磁場內移動，所以在測量體積中產生電場，其垂直延伸到磁場并垂直于流體的流動方向。借助于在電場方向上彼此隔開布置的至少兩個測量電極且借助于連接到這些測量電極的在線測量裝置的評估電子設備，因此，可測量在流體中感應的電壓，該電壓又是體積流量的量度。擔任分接(tapping)感應電壓的例如可以是流體接觸電流電極或非流體接觸電容測量電極。為了引導并內耦合磁場到測量體積中，磁路配置通常包括由場線圈包裹的線圈芯，它們沿測量管的外周布置，特別是彼此沿直徑隔開且在所有情況下都具有自由末端端面。這些末端端面彼此隔開布置，特別是彼此為鏡像。因此，在操作中，借助于連接到勵磁機電子設備的場線圈生成的磁場經(jīng)線圈芯耦合到測量管，以至于其至少局部性垂直于流動方向穿過在這兩個端面之間流動的流體。
[0004]常作為具有磁感應測量傳感器的在線測量裝置的替選物使用的是用于借助于超聲波測量流動流體的流動速度和/或體積流量的聲學在線測量裝置。
[0005]由于對于這種測量管需要高機械穩(wěn)定性，在磁感應測量傳感器以及聲學測量傳感器這兩種情況下，這些測量管最常由可預定強度和尺寸的外部、特別是金屬的支撐管構成，該支撐管內部用可預定厚度的不導電的絕緣材料，即所謂的襯里或內襯涂覆。例如，在 US-B6, 595，069、US-A5, 664，315、US-A5, 280，727、US-A4, 679，442、US-A4, 253，340、US-A3, 213，685或JP-Y53-51181中在各自情況下描述了磁感應測量傳感器，其包括測量管，該測量管可在入口側第一末端和出口側第二末端液密地插入管線中。該測量管包括:充當測量管的外護套的非鐵磁性支撐管和容納在支撐管的內腔中并由絕緣材料構成用于與支撐管絕緣地傳送流動流體的管狀襯里。
[0006]襯里通常為熱塑性、熱固性或彈性的、塑料，其用于將支撐管與流體進行化學隔離。在其中支撐管具有高電導率的磁感應測量傳感器的情況下，例如，在應用金屬支撐管的情況下，襯里此外充當支撐管與流體之間的電絕緣，這防止電場經(jīng)支撐管短路。通過支撐管的相應設計，因此，實現(xiàn)了測量管的強度與在相應使用情況下存在的機械負載的匹配，同時襯里提供測量管與相應使用情況所需要的化學和/或生物需求的匹配。
[0007]除了硬橡膠或含氟塑料如PTFE、PFA之外，在特殊測量中也已經(jīng)確立聚氨酯一方面因為其良好的可加工性且另一方面因為其良好的化學和機械性質而本身作為用于在線測量裝置的襯里，特別是磁感應測量傳感器的襯里的材料。另外，特別是還在細菌學方面，聚氨酯襯里最常具有良好的生物性質，且就此而言，其也非常適合對于水性流體應用。
[0008]用于制造所述類型的襯里的聚氨酯最常在應用之前，由反應起始組分形成的液態(tài)多組分體系直接生成。將由起始組分的混合產生的液態(tài)多組分體系應用到早先用增粘劑處理過的支撐管的內壁，且在此在可預定的反應時間內使其硬化以形成襯里。根據(jù)已知，聚氨酯通過二異氰酸酯和聚異氰酸酯與具有兩個或更多個官能團的醇的加聚反應生成。在這種情況下，充當起始組分的可以是例如由脂族和/或芳族醚基以及二醇和異氰酸酯基團構成的預聚物，它們可以與所供應的雙官能或多官能醇反應。
[0009]為了制造聚氨酯的襯里，常常應用所謂的帶流法(ribbon-flow method),在這種情況下，早先制造的液態(tài)多組分體系借助于相應的澆注或噴霧頭被均勻地分配在以合適方式移動的支撐管的內壁上。DE-A102004059525公開了用于涂覆管以生成襯里的這種侵入設備。該多組分體系此后固化所需要的反應時間除了可以通過在顯著程度上計量起始組分以外，還可以通過適當控制工作溫度來調節(jié)。然而，諸如在處于例如室溫下的工作溫度下對于襯里的成本有效制造所需要的小于I分鐘的短反應時間通常僅可以通過向多組分體系中加入合適的最常含有重金屬和/或胺的催化劑來實現(xiàn)。在這種情況下，合適的催化劑特別是叔胺和/或汞。因為該催化劑在聚氨酯的制造中本身保持基本不變，就此而言，這帶來了不可避免甚至毒性的、然而至少生理學上不完全沒有危險的組合。許多研究另外表明，特別地，至少在存在水的情況下，該催化劑可以在相當程度上溶出襯里。就此而言，在線測量裝置中目前使用的聚氨酯僅有條件地適合具有高衛(wèi)生需求的應用，諸如在飲用水領域的測量，因為針對飲用水所規(guī)定的、對于流體接觸組分的化學耐久性以及生理學相容性方面的高要求不再能夠被直接滿足。在飲用水的情況下，除其它事項以外，尤其特別關注關于總有機碳含量(TOC)維持最大容許遷移率(Mmax，TOC)和/或對于限定的毒物學關鍵物質維持特定的遷移極限值(SML)。同等嚴格的要求還涉及以下方面:襯里對飲用水的外部特性的影響，特別是在水存在下襯里的味道中性(neutral ity )、顏色中性、混濁度中性和/或氣味中性，以及最大容許氯流失率(Mmax, Cl)。
[0010]W02006/067077公開了制造在線流量計的襯里的另一方法。

【發(fā)明內容】

[0011]本發(fā)明的一個目的在于提供制造流量計的測量管用襯里的方法，其中所述襯里的性質穩(wěn)定。
[0012]所述目的通過在獨立權利要求1和11中限定的主題達到。本發(fā)明的其它發(fā)展和實施方式由相應從屬權利要求的特征提供。
[0013]本發(fā)明容許多種形式的實施方式?，F(xiàn)在將更詳細地解釋其中的一些實施方式。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，納米顆粒與聚合物化學結合。在這方面，所述納米顆粒也可以與單體或隨后聚合物的低聚物結合。具有與其化學結合的納米顆粒的本發(fā)明的聚合物形成本發(fā)明的塑料的主要組分。
[0015]如果納米顆粒與聚合物化學結合，則其與所述聚合物的至少一個基本構筑單元(building block)化學結合。對于實際目的,多種納米顆粒與一種或多種聚合物化學結合。、[0016]納米顆粒是幾個至成千個原子或分子的復合物且具有通常在I~100納米范圍內的尺寸。
[0017]相對于其體積且相對于其重量，納米顆粒具有大表面積。因此，例如，灰粒具有10~1000m2/g的表面積,且貴金屬粒子具有250~300m2/g的表面積。具有預定性質的預定納米顆粒與預定聚合物化學結合。在聚合物與納米顆粒之間獲得穩(wěn)定的化學鍵或至少一個穩(wěn)定的化學鍵。在本發(fā)明的意義上相互作用如范德華(van der Waals)相互作用、偶極子相互作用或氫鍵不被視為化學鍵，因為這些包括在個別分子之間的弱吸引力。
[0018]單體在聚合反應中，特別是在聚合、縮聚、加聚或易位反應中組合以形成聚合物。所使用的納米顆粒適合在聚合反應期間和/或在聚合反應之后與聚合物形成化學鍵，或在聚合反應之前和/或在聚合反應期間與單體形成化學鍵，例如，所述納米顆粒具有一個或多個官能反應性端基。根據(jù)本發(fā)明，至少一種納米顆粒與聚合物化學結合。然而，所述化學鍵也可以在納米顆粒與單體之間生成，其中該單體隨后與其他單體結合以形成聚合物。根據(jù)本發(fā)明，因此，至少一種納米顆粒與聚合物的基本構筑單元穩(wěn)定地化學結合。
[0019]如果相同物理/化學性質的單體組合成聚合物，則這些聚合物稱作單聚物或均聚物。由不同類型的單體形成的聚合物稱作共聚物。根據(jù)本發(fā)明使用的納米顆粒具有預定的物理/化學性質。在這種情況下，根據(jù)本發(fā)明，相同物理/化學性質的納米顆粒可以與單體或聚合物化學結合，其中所述單體具有相同的物理/化學性質且因此存在均聚物，或其中不同物理/化學性質的至少兩種單體結合以形成共聚物?；蛘?，不同類型、因此具有不同物理/化學性質的納米顆粒與又具有相同或不同物理/化學性質的單體或與聚合物、因此相應地與均聚物或共聚物化學結合。
[0020]所述納米顆粒的預定性質提供具有預定性質的本發(fā)明的塑料。因此，所述塑料可以例如制成疏水的，其中不僅僅是通過用疏水材料涂覆使其表面疏水，而是通過在聚合反應期間使納米顆粒結合到聚合物中而使整個塑料疏水，因為所述納米顆?；瘜W結合到所述塑料的結構中。因此，即使在 其表面由于磨損或因與侵蝕性介質接觸隨其壽命而變化時，該塑料也保持疏水。因為所述化學結合，所述納米顆粒不會從所述塑料中直接溶出并且因此抑制在所述塑料中的遷移。根據(jù)本發(fā)明，所述塑料可以具有均勻的性質。本發(fā)明的塑料的聚合物部分也可以稱為基質，所述納米顆粒結合在所述基質中。
[0021]在這種情況下，納米顆?？梢詾橛袡C的，并且也可以為無機的。在所述聚合物中，它們結合本發(fā)明同樣被稱為所述聚合物的基本構筑單元。它們可以結合在聚合物的末端上或者結合在所述聚合物的基本構筑單元的鏈中。
[0022]已知含有聚合物的塑料，其含有金屬原子，即所述金屬原子是所述聚合物的主鏈的組分且經(jīng)共價或配位鍵與聚合物骨架保持在一起，或者，然而，它們可以直接或經(jīng)間隔物橫向地附著到所述聚合物。這些聚合物稱作雜化聚合物。同樣，本發(fā)明的塑料可以分別稱為有機聚合物、無機聚合物、雜化聚合物。
[0023]本發(fā)明的另一發(fā)展中，所述一種或多種納米顆粒通過自由基反應如低聚或聚合反應、通過縮合反應、通過加成反應或通過易位反應與所述一種或多種聚合物化學結合。
[0024]在這種情況下,也稱作配位聚合的插聚(polyinsertion)為特殊形式的聚合。所述聚合可以例如自由基地、親電地、親核地或僅僅通過插聚發(fā)生。因此，所述納米顆粒通過與其他基本構筑單元相同的化學反應與所述一種或多種聚合物的基本構筑單元化學結合。[0025]在本發(fā)明的另一發(fā)展中，所述一種或多種納米顆粒具有一個或多個預定的端基，它們適合與所述一種或多種聚合物形成化學鍵。
[0026]所述納米顆粒被相應地選擇或端基改性。當然，這些納米顆粒隨后也適合與一種或多種單體形成一個或多個穩(wěn)定的化學鍵，所述單體組合以形成聚合物。特別地，所述納米顆粒具有與所述單體相同的端基，所述單體組合形成聚合物。如果不同的單體組合形成共聚物，則所述納米顆粒至少具有與所述共聚物的單體之一相同的端基。
[0027]在本發(fā)明的另一發(fā)展中，具有預定的例如也是反應性的端基的單體與具有一個或多個預定的例如也是反應性的端基的一種或多種納米顆粒組合以形成聚合物。
[0028]本領域的技術人員已知所述反應性端基并不是聚合反應所必需的，但是縮聚反應或加聚反應所必需的。
[0029]術語端基改性是指本發(fā)明的納米顆粒具有反應性基團。如果所述聚合物也是端基改性的，則它們在該聚合物的α-端或ω-端也具有反應性基團。術語反應性是指該端基為能夠自由基加成聚合、自由基共聚合、自由基低聚合或自由基二聚合的基團。
[0030]所述納米顆粒的預定端基適合與所述聚合物的一個或多個官能團、特別是端基反應且適合形成化學穩(wěn)定的鍵。納米顆粒因此通過與一種或多種單體或聚合物的化學反應而在兩種或更多種單體或聚合物之間或在單體或聚合物的末端與聚合物化學永久結合。
[0031]聚合物的實例包括TOR、PFA或PTFE。
[0032]如果所述聚合物例如為聚氨酯，則所述納米顆粒具有相應改性的端基，以便與異氰酸酯基團類，例如至少一個羥基或異氰酸酯基、伯胺基或仲胺基、脲基甲酸酯基、環(huán)氧基或氨基甲酸酯基或氨基甲酸酯類似基團化學結合。
[0033]在本發(fā)明方法的另一發(fā)展中，所述一種或多種納米顆粒包括端基改性的熱源(pyrogenic)娃酸。
[0034]在本發(fā)明的另一發(fā)展中，所述納米顆粒來自硅烷、特別是硅的含氧酸硅酸的化合物群組。除此以外，所述納米顆粒例如來自烷烴的化學群組。例如使用端基改性的熱源硅酸以獲得疏水性塑料且用此獲得疏水性襯里。所使用的納米顆粒展示出例如化學官能團氨基、二氣基、服基、烷氧基或疏基，即它們隨后具有作為端基的至少一個氣基、服基、烷氧基或疏基。
[0035]在另一發(fā)展中，納米顆粒以預定的濃度加到起始物質中，以使得它們在所述塑料中以0.1~5重量％、特別是I~2重量％的濃度存在。
[0036]除了單體之外或在給定情況下除了預聚物之外，在所述起始物質中包括或者也是所述方法的離析物的可以是其他材料，諸如溶劑和/或催化劑，在給定情況下，它們不是本發(fā)明的塑料的一部分且僅出于反應目的而存在。
[0037]首先，根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)展，形成液態(tài)多組分體系。這包含至少一種預聚物或至少兩種單體:醇，特別是雙官能醇；和催化劑。另外，其包含預定量的納米顆粒。在這種情況下，這些可以在形成多組分體系之前已經(jīng)單獨地加到單體或預聚物、醇或催化劑中或者可以將它們加到多組分體系中，所述多組分體系隨后從通過化學反應而化學結合有納米顆粒的聚合物形成塑料，并且就此硬化。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，所述聚氨酯基于多組分體系生成，所述多組分體系借助于預聚物；醇，特別是雙官能醇和催化劑形成。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，所應用的預聚物包括醚基，特別是脂族醚基。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，所應用的預聚物包括芳族化合物。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，用于制造所述聚氨酯的催化劑不包含胺，從而所述襯里本身也不含胺。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，用于制造所述聚氨酯的催化劑不包含重金屬，從而所述襯里本身也不含重金屬。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，用于制造所述聚氨酯的催化劑含有錫，且所述襯里包括原子結合的錫。
[0039]根據(jù)本發(fā)明方法的另一實施方式，所應用的催化劑包括錫有機化合物，例如二正辛基錫化合物。根據(jù)本發(fā)明方法的另一實施方式，所應用的催化劑包括二月桂酸二正辛基錫和/或二丙二酸(dimalinate) 二正辛基錫。根據(jù)本發(fā)明方法的另一實施方式，所述預聚物包含醚基，特別是脂族和/或芳族醚基。根據(jù)本發(fā)明方法的另一實施方式，所述預聚物包含芳族或脂族異氰酸酯基。根據(jù)本發(fā)明方法的另一實施方式，所述預聚物包含至少兩個反應性NCO基團。根據(jù)本發(fā)明方法的另一實施方式，所述醇包含至少兩個官能性OH基團。根據(jù)本發(fā)明方法的另一實施方式，所述醇為二醇，特別是丁二醇。根據(jù)本發(fā)明方法的另一實施方式，其在小于100°C的工作溫度下、特別是在例如25°C下進行。
[0040]在本發(fā)明方法的一個實施方式中，液態(tài)多組分體系由異氰酸酯、醇和具有異氰酸酯端基的納米尺度的硅酸形成。
[0041]在本發(fā)明的制造流量計的測量管用襯里的方法中，對于所述襯里使用本發(fā)明的塑料，其中，在第一方法步驟中，液態(tài)多組分體系由至少一種預聚物或多種單體以及納米顆粒形成，其中，在另一方法步驟中，特別是根據(jù)已知的帶流法將所述液態(tài)多組分體系施加在支撐管、特別是金屬支撐管的內壁上且使其硬化。
[0042]本發(fā)明的塑料可通過本發(fā)明的制造方法獲得。其因此包括具有化學結合的納米顆粒的聚合物。
[0043]本發(fā)明的流量計的 測量管用襯里可通過本發(fā)明的方法制造。例如，所述襯里包括聚合物，其中化學結合了端基改性的納米顆粒。
[0044]本發(fā)明的流量計用測量管包括支撐管，特別是金屬支撐管；和為所述支撐管加襯的根據(jù)先前權利要求所述的襯里。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的流量計、特別是在線流量計包括具有本發(fā)明的襯里的本發(fā)明的測量管。本發(fā)明的流量計可以例如以超聲流量計形式或以磁感應流量計形式體現(xiàn)。
[0046]根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)展，測量傳感器包括:布置在測量管上用于生成并引導磁場的磁路配置，其在流動流體中引起感應電場；以及用于分接在所述流動流體中產生的感應電壓的測量電極。
【權利要求】
1.制造流量計的測量管的襯里用塑料的方法， 其特征在于: 納米顆粒與作為所述塑料的組分的單體、低聚物或聚合物化學結合。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法， 其特征在于: 所述納米顆粒通過自由基反應、縮合反應、加成反應或易位反應與所述單體、低聚物或聚合物化學結合。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法， 其特征在于: 所述納米顆粒各自具有一個或多個端基，其適合與所述單體、低聚物或聚合物形成化學鍵。
4.根據(jù)權利要求1~3中任一項所述的方法， 其特征在于: 具有預定端基的單體與具有預定端基的納米顆粒組合以形成聚合物。
5.根據(jù)權利要求1~4中任一項所述的方法， 其特征在于: 所述聚合物包括TOR、PFA或PTFE。
6.根據(jù)權利要求1~5中任一項所述的方法， 其特征在于: 所述納米顆粒包括端基改性的熱源硅酸。
7.根據(jù)權利要求1~6中任一項所述的方法， 其特征在于: 所述納米顆粒以預定的濃度加到起始物質中，從而所述納米顆粒在所述塑料中以0.1~5重量％的濃度存在。
8.根據(jù)權利要求1~7中任一項所述的方法， 其特征在于: 形成液態(tài)多組分體系，其含有單體或預聚物、醇、催化劑和所述納米顆粒，其中所述單體或所述預聚物與所述納米顆粒反應以形成化學穩(wěn)定的鍵，且其中所述多組分體系硬化。
9.根據(jù)權利要求1~8中任一項所述的方法， 其特征在于: 液態(tài)多組分體系由異氰酸酯、醇和具有異氰酸酯端基或醇基的納米尺度的硅酸形成。
10.制造流量計的測量管的襯里的方法， 其特征在于: 使用根據(jù)權利要求1~9中任一項所述的方法制造的塑料用于襯里，其中，在第一方法步驟中，由至少一種預聚物或多種單體以及納米顆粒形成液態(tài)多組分體系，其中，在另一方法步驟中，將所述液態(tài)多組分體系施加在支撐管的內壁上并使其固化。
11.流量計的測量管的襯里用塑料， 其特征在于: 其可通過根據(jù)權利要求1~9中任一項所述的方法制造。
12.流量計的測量管用襯里，其特征在于:其可通過根據(jù)權利要求10所述的方法獲得。
13.流量計用測量管，其特征在于:其包括支撐管和為所述支撐管加襯的根據(jù)權利要求12所述的襯里。
14.流量計，其特征在于:其包括根據(jù)權利要求13所述的帶有襯里的測量管。
15.根據(jù)權利要求14所述的流量計，其特征在于其為磁 感應流量計。
【文檔編號】C09D175/04GK103476847SQ201280017483
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2012年3月15日 優(yōu)先權日:2011年4月4日
【發(fā)明者】約翰內斯·呂歇爾, 沃爾夫岡·布羅拜爾 申請人:恩德斯+豪斯流量技術股份有限公司