JP4801727B2 - パイプラインのための紫外線硬化性管状ライニング材料 - Google Patents

Description

本発明は、パイプ内にパイプのライニングとして強力なパイプを形成できる、水、汚水またはガス用パイプなどのパイプラインのためのライニング材料に関する。

特に地下パイプラインのためのパイプ交換作業は多くのコストを必要とし、困難を伴うので、溝掘りをすることなく、地中に埋設されている破損または老朽化したパイプラインを補修したり、補強するために、これまで何年もの間管状ライニング材料が使用されている。初期の段階で開発されたパイプライニング方法、例えば米国特許第3,132,062号および同第3,494,813号に開示されている方法は、かなり原始的な方法であり、実際のパイプライニング作業では多数の欠点があった。このような状況でパイプライニング方法およびパイプ内で使用されるライニング材料の双方で種々の改良が行われた。

例えば、米国特許第4,368,091号、同第4,334,943号、同第4,350,548号、同第4,427,480号および同第4,334,943号では、いくつかの改良されたライニング方法が提案されており、これらの方法は、パイプラインをライニングするための優れた方法として注目されている。これらの方法によれば、内部面に硬化性バインダーまたは樹脂が塗布された管状ライニング材料をパイプライン内に挿入し、内部でライニングを回転（翻転または反転）しながら、ライニングを内部に前進させ、樹脂がパイプラインとライニング材料の間に挟持された状態でパイプラインの内部表面にライニング材料を当接する。ＡＳＴＭ Ｆ １２１６「設置手順」には、ライニングを内転することによるキュア・イン・プレースパイプを設置するための標準的な実施方法がより詳細に記載されている。

パイプライン内にライニングを挿入する周知の別の技術は、いわゆるプル・イン・プレース方法であり、この方法によれば、パイプライン内にライニング材料を引き込み、次に反転を行うことなくライニング材料を膨張させる方法である。設置のためにこのプル・イン・プレース方法を使用するとき、設置されているパイプ内にウィンチケーブルによりライナーを引き込む。ライナーの端部をシールした状態で、複合体を硬化するために、空気圧および／またはスチーム圧により、ライナーを膨張させる。ライナーの硬化が完了するまで圧力を維持する。かかるライナーは通常、更に外側保護シートを含み、この保護シートは樹脂で含浸された管状ジャケットを摩耗から保護している。ＡＳＴＭ Ｆ１７４３−９６「キュア・イン・プレース熱硬化性樹脂パイプ（ＣＩＰＰ）のプル・イン・プレース設置による設置済みのパイプラインおよび導管の再生」には、標準的なプル・イン・プレース方法がより詳細に記載されている。

反転タイプの設置をするためのライニング材料は、通常管状ジャケットから製造されており、このジャケットはフェルトおよび／または布および／または他の多孔性の可撓性または発泡材料から製造されており、このジャケット材料は合成樹脂で含浸されており、防水性および／または空気不透性シート、またはコーティングをその上に有する。

管状ジャケットの空気不透性シートまたはコーティングを形成するために使用される合成ポリマーは、種々のタイプの可撓性合成ポリマー、例えばポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＰＥ−ＰＡのコポリマーなどから選択されている。

管状ジャケットを製造した後に、従来のコーティング方法に従い、空気不透性コーティングを管状ジャケットに重ねる。例えばポリマーを溶融状態にし、押し出し器から管状ジャケットの外部表面に溶融ポリマーを塗布する。ポリマーをジャケットの間隙またはテクスチャー内に十分進入させ、いわゆるポリマーの「アンカー作用」により管状ジャケット上へのポリマーコーティングの接着力を保証する。管状ジャケットの外部表面に形成されるコーティングの厚さは、種々の条件、例えば直径、材料、設置パラメータなどに従い、選択することができる。通常、０.２〜２.０ｍｍ、好ましくは０.５〜１.５ｍｍの範囲内の厚さを有するコーティングが使用される。この厚さが極端に薄い場合、ピンホールが生じたり、または反転作業中にコーティングが機械的ダメージにより、コーティングの空気不透性性能が失われることになる。

次に、再生すべきパイプライン内にジャケットを挿入しながら、硬化性合成樹脂で管状ジャケットを含浸する。反転作業のために高い水圧を必要としないように反転方法を使用すべき場合、管状ライニング材料を可撓性の材料とすべきことが重要である。一般に、管状ライニング材料の厚さが厚くなればなるほど、反転作業はより困難となる。従って、硬化した管状ライニング材料のために硬化前に、圧力に対する抵抗性および構造上の抵抗性の外に、良好な可撓性が必要となる。

パイプまたはパイプラインのためのライニング材料として、種々のタイプの管状ライニング材料がこれまで使用されている。

基本的には管状ライニング材料には、次のような２つのタイプがある。

−紫外光硬化性ライナー（タイプ１）
このタイプのライナーは常にＰＥ−ＰＡのコポリマーから製造された透明フォイルと、
最大量の光がライニング材料を通過することを保証するためにグラスファイバーから製造された管状ジャケットとを含む。このタイプ１のライニング材料を用いた場合、管状ジャケットには透明シートは接合せず、ライニング材料をパイプラインに挿入し、ＵＶ光を照射することにより、ライニング材料を硬化した後、透明シートを剥離しなければならない。これらライニング材料は更に外部保護シートを含む。この保護シートは、ライニング材料を摩耗から保護すると共に、保管中に樹脂が早期に硬化してしまうことを防止するために光からも保護している。
かかるライニング材料は、例えば、商品名「ブランデンブルガーライナー（Brandenburger Liner）」としてＤ−７６８２９ランダウのブランデンブルガーライナー社、および商品名「インプレグマルチライナー（Impreg Multiliner）」としてＤ−７５３９２デッケンプロンのインプレグ社から販売されている。
これらタイプ１の紫外線硬化性ライナーの欠点は、管状ジャケット内に高価なグラスファイバーを使用すること、および透明なフォイルを必要とすることであり、この透明なフォイルは紫外線光を透過することを保証するために、硬化後取り除く必要がある。

−熱硬化性ライナー（タイプ２）
このタイプのライナーは、種々の態様で入手できる。外側の管状ジャケットは、フェルトおよび／またはグラスファイバーから製造される。これらライニング材料は、主に反転、引き込みまたは引き込みと反転との組み合わせにより設置される。これらライニング材料は周知であり、インスティフォーム社、ノルディチューブ社、インライナーＵＳＡ社などのような会社から市販されている。

このタイプ２の熱硬化性ライナーの欠点は、硬化時間が長いことであり、ライナーの各ポイントでの品質保証が制限されることである。高温水またはスチーム硬化を用いた場合、エンドポイントでの硬化の進行を制御できるにすぎない。パイプラインの所定の位置において、ライニング材料がコールドスポット（例えば水が侵入することに起因して生じるパイプライン内のクラック部において）と接触することがあり、硬化が完了せず、これらの位置においてライニング材料がウィークスポットを生じさせる。

次の記載において、「外側」および「内側」なる用語は、設置されるライニング材料に関連して使用するものである。すなわち「外側」表面とは再生すべきパイプラインの壁に隣接して位置するライニング材料の表面を意味し、「内側」表面とはパイプラインの内側に向いている反対側の表面を意味する。「外部」および「内部」なる用語は、設置前の管状ライニング材料に関して使用する用語である。

ライニング材料を設置するのに反転方法を使用する場合、ライニング材料は内側に向く。すなわち「外部」層は設置後「内側」層となる。プル・イン・プレース方法を使用する場合、ライニング材料は内側に向かないので、ライニング材料の「外部］層は「外側」表面となる。

本発明の目的は、ポリマーの空気／流体不透性かつ光不透過性内側層と、織物、織られた構造、不織構造、および／またはフェルト構造および高温水またはスチームを使用することなく急速に硬化できる硬化性樹脂を含む外側管状ジャケットとを含むパイプラインを再生するための、新しいタイプの管状ライニング材料を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、管状ライニング材料（この材料を構成するコーティングされた管状材料は、硬化性樹脂で含浸されている）をパイプラインに挿入し、流体の圧力をかけながら、パイプラインの内部で管状ライニング材料を回転しながら、パイプライン内に前進させ、よって管状ライニング材料をパイプラインの表面に当接する、再生方法で使用可能な、パイプラインを再生するための管状ライニング材料を提案するものである。

ある状況では、まずパイプラインにプリ（予備）ライナーを設置する。次に、パイプライン内に直接設置する代わりに、このプリライナー内にライニング材料を設置する。

管状ライニング材料は、合成材料の空気不透性かつ光不透過性内側層を含み、このライニング材料の外側には外側管状ジャケットが設けられる。この外側管状ジャケットは、織物、織られた構造、不織構造、および／またはフェルト構造と紫外線イニシエータと過酸化物との混合物を含む硬化性樹脂を含む。

驚くことに、内側コーティングおよびかかるライナーの管状ジャケットがほとんど光を透過しないと考えられる場合でも、高温水またはスチームを用いる代わりに紫外線光でライナーを硬化できること、およびパイプライン内に強力な布−ファイバーで補強されたライナーを形成できることが分かった。

この新しいライナーの利点は、高温水またはスチームを用いるタイプ２の従来の熱硬化性ライナー材料の硬化時間と比較して、硬化時間を３０％まで短くできることである

タイプ２のライナーと比較した別の利点は、しわの存在を検出するカメラにより硬化前にライナーを制御できるので、再生されたパイプラインの品質がより高くなっていることである。

更に、各ロケーションにてライナーの硬化をより効率的に制御でき、局部的に硬化が不十分なことによるウィークスポットの発生を効率的に解消できる。

紫外光を透過できる内側コーティングまたはシートを有するタイプ１の紫外線透過性ライナーに、過酸化タイプのイニシエータを添加することがこれまで試みられているが（例えば欧州特許第EP1262708A1号参照）、当業者にはタイプ２に関する熱硬化性ライナーに紫外線硬化性イニシエータを添加することはこれまで提案されていない。その理由は、ＰＵコーティングおよびフェルトの管状ジャケットを有するこれらライナーは、光を透過しないと考えられているからである。従って、入射する紫外光をＰＵコーティングが極めて効率的にブロックするので、紫外線硬化性イニシエータは、外側管状ジャケット内の硬化性樹脂の硬化を誘発しないので、当業者は紫外線硬化性イニシエータを使用することをこれまで検討していなかった。

ライニング材料に対して入射する光の量または光の強度を大きくし、空気不透性かつ光不透過性内側コーティング内部での光のロスを補うだけでは、本発明に係わる紫外光によるライナーの硬化を達成できないことを強調しなければならない。実際にこのような光のロスを補う場合、ライニング材料は過熱され、火災の危険性が過度に高くなる。タイプ１に関する従来の紫外線硬化性ライナーでも、ライナーを過度に強い光、従って危険なほど高い温度に曝さないように、大きな注意を払わなければならない。従って、ライナーが局部的に過熱されることによって生じる問題について検討しているドイツ特許第DE19817413号は、管状ライナーの所定の位置における温度に応じて、光硬化性ライニング材料によってライニングされたパイプラインを通過する紫外線光源の移動速度を変えることにより、従来の紫外線硬化性ライニング材料の露光を制御するかなり複雑なシステムについて述べている。一般に、紫外光の露光は約８００Ｗ／ｍ^２より大きくできないことが認められている。その理由は、この値よりも大きくした場合、火災の危険性が過度に高くなるからである。

本発明に係わる管状ライニング材料の別の利点として、タイプ１の従来の紫外線硬化性管状ライニング材料と比較して、材料のコストを大幅に削減できることを挙げることができる。これら従来の紫外線硬化性管状ライニング材料では、光不透過性特性に関して、各成分を選択する。これら成分は、光透過係数をできるだけ大きくするように選択される。欧州特許第EP1262708A1号では、管状ライナーは、ポリアミド、ポリエチレン、ＰＶＣから製造された光不透過性内側保護シートを含む。かかる材料の光透過係数は９０％をはるかに越える。すなわちこれらの材料は入射光のうちの９０％よりも多い光を透過できる。更に外側ジャケットの材料がグラスファイバーマットから製造されていても、この材料は良好な光透過係数を有する。

更に、従来の紫外線硬化性管状ライナーでは、内側保護シートは光透過性シート、例えばポリアミド、ポリエチレンまたはＰＶＣから製造されており、更にこれらの材料は、硬化後、外側ジャケットおよび樹脂に接合しないので、管状ライニング材料をパイプライン内に設置し、この材料が硬化した後に、内側保護シートを剥離（除去）しなければならない。このことは、設置中に別の作業ステップが必要となることを意味する。更に、樹脂で含浸されたグラスファイバー製の外側管状ジャケットは、リフォームされたパイプラインを通って移動する流体に曝されることになる。

タイプ１の紫外線硬化ライナーで使用される外側管状ジャケットに対して使用される保護シートは、機械的処理のようなあらゆる衝撃による影響を極めて受けやすく、特に破損を防止するために種々のステップにおいて、ライニング材料を膨張させるために必要な圧力を極めて注意深く増加しなければならない。タイプ２のライナーにおける内側コーティングは極めて頑丈であり、樹脂で含浸された外側管状ジャケットに係止され、中間ステップを必要とすることなく、極めて迅速に圧力を上昇できる。更に、パイプラインにおける中間マンホールは、膨張中にこれらの位置におけるライナーの破裂を防止するための、いかなる補強も必要としない。

本発明の好ましい実施例によれば、内側コーティングのポリマーは、３０％未満の透過率、好ましくは２５％未満、最も好ましくは１５％未満の透過率を有する。
ライニング材料全体、すなわち外側ジャケットと内側ジャケットの透過率を１％より小さくできることに留意すべきである。

内側層、すなわちコーティングのポリマーは、エラストマー状または可撓性のある合成ポリマー、例えばポリウレタン（ＰＵ）を含むことが好ましい。このＰＵを使用することには、可撓性にするという利点があり、そのことによりしわを防止し、磨耗に対する耐性、空気や水などの流体を通さないようにホストパイプの形状に適合させるために内転する際にライナーを小型に作ることができる。

更に、（設置後、内側に位置する）ＰＵコーティングを有するライナーは、スムーズな表面を有し、この表面は再びライニングされたパイプラインの内側の流体の流れを高める。

空気不透性かつ光不透過性内側層のポリマーは、通常０.２〜２.０ｍｍのレンジ内、好ましくは０.５〜１.５ｍｍレンジ内の厚さを有する。

本発明で使用される樹脂は、不飽和硬化性ポリエステル樹脂であることが望ましい。ライニングパイプにポリエステルを使用することは（材料としては）最も適合する解決法である好適な樹脂としてはベンジルジメチルメタノール、好適な樹脂としては、商品名Palatal A410、Synolite59313としてD-67056ルートビッヒシャーヘンのＢＡＳＦ／ＤＳＭ社によって、または商品名Crystic 4044 V01またはCrystic 3846としてD-92632バイデンのＳｃｏｔｔ Ｂａｄｅｒ社によって販売されている。

紫外線イニシエータは、ベンジルジメチルケタール、ビスアクリルホスフィン、α−ヒドロキシケトン、α−アミノケトン、ＢＡＰＯおよびホスフィン−オキシドまたはそれらの混合物から成る群から選択することが好ましい。しかしながら、これら紫外線イニシエータは、使用される特定の樹脂と相容性があるものでなければならないことを強調したい。

過酸化物は、アルキルパーエステルおよびペルオキシジカーボネートまたはそれらの混合物から成る群から選択することが好ましい。
次の説明から、本発明の上記以外の目的、特徴および利点はより完全に明らかとなろう。

実施例１：市販されている異なるタイプの熱硬化性ライナーを通過する紫外線光の透過率

１つの孔を有するハウジング内に標準的な紫外線ランプ（Ｈｅｒａｅｕｓ Ｓｔｒａｈｌｅｒ社のRQ410 Z1F、45006373）を取り付けた。孔の前方にライナーをセットし、ライナーの背部に赤外線測定装置（X29-RCH-002-4、UVA-Blue、SN6492 Recalibration 2005-09）を設置し、透過した紫外光を測定した。表１にこれら比較テストの結果をリストとして示す。

表１：（硬化性樹脂を有しない）市販されている異なるライナーの紫外光の透過率
製造者 材 料 詳細事項 測定値 透過率（％）
（ｍＷ／ｃｍ^２）
ライナーなし − ２５７ １００
Norditube ＰＵライナー − ５２ ２０．２３
Norditube ＰＵライナー シーム部にて ９．２ ３．５８
Norditube ＰＵライナー 完了、２層、 ６．３ ２．４５
４.５ｍｍの公称厚さ

Norditube ＴＰＰ１ − １９．８ ７．７０
Norditube ＴＰＰ１ペトロライナー − １８．３ ７．１２
Norditube ＴＰＰ１ペトロライナー シーム部にて １２．９ ５．０２
Norditube ＰＵライナー２ − ３５ １３．６２
Norditube ＰＵライナー２ シーム部にて ４．２ １．６５
Norditube Hytrel − ７．９ ３．０７
Norditube PEII − ２５．５ ９．９２
Norditube Nordiflex(SP45X) − ２．４ ０．９３
Norditube Nordiflex(SP45X) シーム部にて １．９ ０．７３
Norditube Nordiflex（SP80) − ０．４ ０．１６
Norditube Nordiflex（SP80) シーム部にて ０．２ ０．０８

添付図面を参照し、次の説明を読めば、本発明についてより完全に理解できよう。

ライニング材料は、０.５ｍｍの内側ＰＵコーティングおよび３〜９ｍｍのフェルトを有する、商品名ＰＵライナーとしてNorditube Technologies社から販売されているタイプの従来のライニング材料である。このライニング材料をＳｃｏｔｔ Ｂａｄｅｒ社により商品名Crystic4044T V01として販売されている100w/w部の不飽和ポリエステル樹脂と、40w/w部のＡｌ（ＯＨ）_３で含浸した。図１のライニング材料は、更に（Akzo Nobel社の）1w/w部のTri21と、0.7w/w部のD2（Ciba Spezialitaten Chemie社のBAPO）を更に含み、図２のライニング材料は、0.7w/w部のD2しか含まず、Tri21は全く含まず、一方、図３のライニング材料は、1w/w部のTri21しか含まず、D2は全く含んでいなかった。

上記のようにライニング材料に紫外光を照射し、３０秒照射すると、図１および２のライニング材料の表面は硬化し、ＵＶランプを切った。図３のライニング材料の場合、３分後にランプを切った。

ＵＶ光を露光した直後、２つのフィンにライニング材料を載せ、中間部に１０ｋｇの重量を加えた。図から容易に理解できるように、紫外線イニシエータと過酸化物イニシエータを組み合わせたライニング材料（図１）は、極めて良好な結果を示した。ライニング材料が固化したとき、ライニング材料に１０ｋｇの重みを加えても、材料は湾曲しなかった。樹脂は良好に硬化した。

第２のライニング材料（紫外線イニシエータだけを用いた場合−図２）は、一部だけが湾曲し、ライニング材料に１０ｋｇの重量を加えた後に、より湾曲した。

第３のライニング材料（過酸化物イニシエータだけを用いた場合−図３）は、全く硬化せず、前の２つのケースよりも５倍長い時間、紫外光に露光した後、１０ｋｇの重量をライニング材料に加えても、抵抗力を示さなかった。

本発明の要旨から逸脱することなく、本発明の明らかに広範な多くの異なる実施例が可能であるので、本発明は特許請求の範囲に記載した以外の特定の実施例だけに限定されないと考えるべきである。

本発明に係わるライニング材料の写真である。 紫外線イニシエータしか使用しない場合のライニング材料の写真である。 過酸化物イニシエータしか使用しない場合のライニング材料の写真である。

Claims (7)

1. 空気不透性かつ光不透過性のポリマー製内側層と、織物、織られた構造、不織構造、および／またはフェルト構造および硬化性樹脂を含む外側管状ジャケットとを備え、前記硬化性樹脂は紫外線イニシエータと過酸化物との混合物を含む、パイプラインを補強するための管状ライニング材料。
2. 前記内側層の前記ポリマーは、５０％未満の透過率を有する、請求項１記載の管状ライニング材料。
3. 前記内側層の前記ポリマーは、可撓性合成ポリマーを含む、請求項１または２記載の管状ライニング材料。
4. ０.２〜２.０ｍｍのレンジ内の厚さを有する前記空気不透性内側層の前記ポリマーを使用する、請求項１乃至３のいずれかに記載の管状ライニング材料。
5. 前記硬化性樹脂は、不飽和ポリエステル樹脂である、請求項１乃至４のいずれかに記載の管状ライニング材料。
6. 紫外線イニシエータは、ベンジルジメチルケタール、ビスアクリルホスフィン、α−ヒドロキシケトン、α−アミノケトン、ＢＡＰＯおよびホスファイン−オキシドまたはそれらの混合物から成る群から選択したものである、請求項１乃至５のいずれかに記載の管状ライニング材料。
7. 過酸化物は、アルキルパーエステルおよびペルオキシジカーボネートまたはそれらの混合物から成る群から選択したものである、請求項１乃至６のいずれかに記載の管状ライニング材料。

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