海洋防結垢系統和方法

2023-06-08 14:03:31

專利名稱：海洋防結垢系統和方法
海洋防結垢系統和方法
背景技術：
生物結垢，海洋生物對海洋設備和船隻的附著，可對海上作業產生嚴重問題。對於海洋地震勘探、生物結垢，其通常是藤壺結垢/附著，對於地震行業是成本昂貴的問題。例如，拖曳如圖I所示的被海洋生物如藤壺結垢的等浮電纜，可由於引發的阻力或湍流增強，導致拖船油耗增加。而且，嚴重結垢的等浮電纜的質量可能導致等浮電纜部件在所產生的應力下破裂。此外，在操作後，在等浮電纜被捲回到船隻前，必須物理方法去除附著的海洋生物，如藤壺等。這個去除過程是耗時的、人工的、機械釋放過程，其因生產時間的損失以及增加的勞動花費以及對地震等浮電纜完整性的潛在破壞導致的經濟損失可達到極限。一種典型的地震等浮電纜包括全部設置在聚氨酯套殼中的傳感器、加強件和封裝電纜。套殼可由擠出的柔性聚氨酯管道層或類似物製造，其可起到保護等浮電纜組件免受海洋環境影響的作用。正是該套殼的外表面提供了適合生物結垢，如藤壺定植的表面。雖然套殼材料，如聚氨酯，通常難以化學或生物附著，但生物結垢，尤其是藤壺的結垢，是海洋 地震行業中的問題。在藤壺定植過程中，有幾個達到高潮的步驟。一旦等浮電纜表面浸泡在水中，立即被薄薄的主要由蛋白質和其他溶解的有機分子構成的「條件化」膜覆蓋。該初始步驟後隨之將會附著單浮遊菌。一旦附著，細菌開始產生外多糖(「EPS」)層，這導致在細菌間形成網絡且增強對浸沒表面的附著。這個過程通常稱為微結垢並導致形成生物膜。微結垢過程被認為對隨後大結垢物(如藤壺)的快速定植具有巨大貢獻，因為富生物質的生物膜提供了容易利用的食物來源。長期以來，防結垢漆一直是防止鋼殼海上船隻大面積生物汙著的最有效的方法。在這種漆中，由這種漆釋放浸出殺生物劑或重金屬化合物，如三丁基氧化錫(「TBT0」)，以抑制微生物附著。通常，這些漆是帶有與聚合物酯鍵連接的三丁基錫基的丙烯酸聚合物構成。有機錫部分具有生物殺滅性能且對於所附著的生物為劇毒性的。三丁基錫化合物是史上最有效的預防生物結垢的化合物，可提供多達幾年的保護。不幸的是，三丁基錫化合物對非目標海洋生物體也有毒。此外，三丁基錫化合物在水中不可生物降解，其結果是該化合物可在水中積聚並危害環境。因此，國際海事組織(「MO」)於2003年禁止了三丁基錫化合物的應用，並要求到2008年在全球清除所有TBT塗料。因此已經尋求總毒性低得多並因此更符合環保要求的防止海洋生物結垢的替代對策。在地震行業中，防止用於採集地震數據的地震等浮電纜生物結垢的系統和方法包括，對等浮電纜皮塗漆或附著塗層；地震等浮電纜的皮通常是包圍地震等浮電纜的傳感器系統的聚氨酯層/包膜。因此，以前地震等浮電纜的防結垢策略主要集中在兩種不同的方式上。地震等浮電纜防結垢的第一總策略是基於將殺生物劑化合物用在等浮電纜皮上。已知廣泛系列的化學品其性質是抗微生物的。這些抗微生物的化學品包括多種聚合物，如聚氧化乙烯、聚丙烯醯胺，季銨鹽如苯扎氯銨和有機化合物如敵草隆。對於地震等浮電纜，已經將對於定棲在管表面的生物具有生物活性的化合物用於等浮電纜皮，並因此作為定棲後策略起作用。使用殺生物劑的防結垢方法的一個問題是，雖然殺生物劑殺死了等浮電纜表面上的生物體，但生物體不會從表面上被去除。正因為如此，生物結垢表面仍然保留在等浮電纜上，並可能作為持續結垢/新的生物結垢的定植初始點。第二種防止地震等浮電纜生物結垢的方法涉及將基於矽氧烷的塗層施加到等浮電纜皮，所述塗層由於產生疏水/高接觸角的等浮電纜表面而起到防止初始附著的作用，或幫助去除大的結垢生物體。矽氧烷具有使其可作為防結垢塗料的獨特性質。基於矽氧烷的塗層通常是基於將聚二甲基矽氧烷(「PDMS」)引入塗到地震等浮電纜表面的塗層中。PDMS包含引起低表面能(20-24mJ/m2)的甲基(-CH3)側鏈，和產生極低彈性模量(約IMPa)的柔性無機氧化矽(-Si-O)主鏈連接。這兩種PDMS性質被認為對於矽氧烷塗層的低附著性是關鍵的。典型的地震等浮電纜皮包含聚氨酯，聚氨酯是一種難以用化學或物理方法附著現有技術的疏水性/高接觸角防結垢塗層的基材。解決矽氧烷聚合物與聚氨酯的化學附著以及老化產生的聚合物塗層分解/破壞問題的方法是基於將中間層(連接塗層)應用到聚氨酯上，然後施用通過熱固化工藝附著到中間連接塗層的矽氧烷彈性體塗層。然而，在現 場實驗中，雖然證明了這種方式施用於等浮電纜皮上的矽氧烷外層在短期內可防止藤壺結垢，但在一段時間後，觀察到矽氧烷彈性體外塗層的脫層。此外，在現場測試中，在地震激發(seismic shooting)之前和之後,在將等浮電纜收卷到船隻上以及將等浮電纜從船隻上卷放到海中的操作過程中塗層與聚氨酯管的脫層加重了。矽氧烷塗層與聚氨酯等浮電纜皮脫層的傾向是塗層的固有性質，這是由於塗層的固有低耐磨性。值得注意的是，在等浮電纜分層最為明顯的區域，觀察到了等浮電纜表面上藤壺的快速定植。事實上，層壓矽氧烷聚合物塗層的現有技術方法在長期運行中實際上增加了生物結垢。如上所討論的，以前解決地震等浮電纜的生物結垢問題的方法已將塗料或油漆塗到等浮電纜皮上。將塗層和油漆施用到等浮電纜上已經進行，因為塗料和油漆可以直接施用於所形成的等浮電纜套殼/皮，並因此，尤其是沒有關於塗層和/或油漆與等浮電纜的成分相互作用，對等浮電纜的強度或操作性能產生不良影響，對等浮電纜皮的生產產生不良影響和/或與地震等浮電纜的內部元件相互作用的問題；例如，許多地震等浮電纜包含在等浮電纜中作為孔隙填充材料的煤油，且煤油可能不利地與塗料或油漆的成分相互作用。作為生物結垢的解決方法，施加於地震等浮電纜的皮上的塗料和油漆一直不是有效的，因為在現場條件下這種塗料和油漆的分解/解體/脫層。發明概述在本發明的一種實施方式中，提供地震等浮電纜的防生物結垢的套殼，所述套殼包括外皮，所述外皮包括基礎材料和分子添加劑的混合物，其中所述分子添加劑處於整個基礎材料中且所配置的所述分子添加劑使得防生物結垢套殼的外表面具有高接觸角/低表面能，以防止活生物體對其的附著。在本發明的某些方面，所述外皮構成等浮電纜的整個套殼，使得所述等浮電纜皮包括基礎材料和處於整個等浮電纜皮中的分子添加劑。在本發明的一個方面，所配置的添加劑的分子量使得所述添加劑選擇性地遷移到防生物結垢套殼的表面。僅作為舉例的方式，所配置的添加劑可具有高或超高分子量以提供向防生物結垢套殼的表面的選擇性遷移。
在本發明的另一個實施方式中，防生物結垢套殼還包括內皮，其中內皮包括基礎材料但不含分子添加劑，在這樣的實施方式中，內皮和外皮構成多層套殼，其中內皮和外皮粘合在一起並可施加於等浮電纜上。在某些方面，為了製造多層套殼，內皮和外皮可同時熱擠出以提供內皮和外皮的粘合。在本發明的一個實施方式中，提供一種利用包含基礎材料和分子添加劑的防生物結垢套殼製造地震等浮電纜的方法，其中將所述防生物結垢套殼熱擠出至地震等浮電纜上。在本發明的另一個實施方式中，提供製造地震等浮電纜的方法，其中包含基礎材料和分子添加劑的外皮與包含基礎材料的內皮同時熱擠出到地震等浮電纜上。在本發明的一種實施方式中，提供一種製造地震等浮電纜的防生物結垢套殼的方法，所述方法包括將基礎材料和分子添加劑混合，其中所配置的所述分子添加劑賦予防生物結垢套殼的外表面疏水性/低表面能，以防止活生物體對其的附著，以及將所述基礎材料和分子添加劑的混合物熱擠出。


在附圖中，類似的組件和/或特徵可具有相同的附圖標記。此外，同一類型的多個組件可以由在附圖標記之後跟隨破折號和在類似組件之間進行區分的第二標記進行區別。如果在說明書中僅用第一附圖標記，則該描述適合於具有同樣的第一附圖標記而不考慮第二標記的任何類似組件之一。通過以下的詳細說明和附圖，將更全面了解本發明，其中圖I說明海洋地震等浮電纜的生物結垢；圖2說明海洋地震等浮電纜的橫截面；圖3A顯示生物體與聚氨酯表面的有效水性粘膠附著的接觸角；圖3B說明在聚氨酯表面上的接觸角；圖3C說明生物體與矽塗覆的聚氨酯表面的非有效水性粘膠附著的接觸角；圖4A說明根據本發明的一種實施方式處於整個等浮電纜皮中的防結垢添加劑；圖4B說明根據本發明的一種實施方式防結垢添加劑向等浮電纜表面的遷移。圖4C說明根據本發明的一種實施方式的等浮電纜皮，其包括外皮和內皮，所述外皮包含基礎材料和防生物結垢添加劑以及所述內皮包含基礎材料；圖5A和5B說明根據本發明的一種實施方式，由未經處理的聚氨酯和包含防生物結垢添加劑的聚氨酯產生的接觸角；以及圖6是說明根據本發明的一種實施方式製造防生物結垢的地震等浮電纜皮的方法的流程圖。發明詳述隨後的描述僅是提供優選的示例性實施方式，並非用於限制本發明的範圍、適用性或構成。相反，隨後描述的優選示例性實施方式將使本領域技術人員能夠實施本發明的優選實施方式。應了解在不偏離所附權利要求給出的本發明範圍的前提下，可以進行功能和成分排列上的多種變化。以下提供詳細說明以充分了解實施方式。然而，本領域技術人員應理解實施方式可在沒有這些具體描述的情況下實施。例如，為了不以不必要的細節使實施方式模糊，流程可用框圖表示。在其他情形中，人們熟知的流程、工藝、算法、結構和技術，可在沒有不必要的細節的情況下顯示，以避免使實施方式不清楚。同時，應注意，這些實施方式可作為工藝進行描述，其作為流程圖、流程示意圖、數據流程圖、結構圖、或框圖描述。雖然流程圖可以將操作描述為順序的過程，但很多操作可以平行或同時進行。此外，可以重新排列操作的順序。當操作完成時過程終止，但可有圖中未包含的其他步驟。過程可對應方法、功能、程序、子程序等。當過程對應於功能時，其終止相當於該功能返回到調用功能或主功能。此外，如本文所公開的，術語「存儲介質」可以代表一個或多個存儲數據的設備，包括只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、磁性RAM、磁心存儲器、磁碟存儲介質、光存儲介質、快閃記憶體設備和/或其他用於存儲信息的機器可讀介質。術語「計算機可讀介質」包括但不限於可攜式或固定的存儲設備、光存儲設備，無線信道和其他多種能夠存儲、包含或載有指令和/或數據的介質。 此外，實施方式可通過硬體、軟體、固件、中間件、微代碼、硬體描述語言的硬體，或其任何組合實施。當以軟體、固件、中間件或微代碼實施時，執行必要任務的程序代碼或代碼段可以存儲在機器可讀介質如存儲介質中。處理器可執行必要的任務。代碼段可代表過程、函數、子程序、程序、例程、子例程、模塊、軟體包、類別或指令、數據結構或程序語句的任意組合。通過發送和/或接收信息、數據、自變量、參數、或存儲內容，代碼段可與另一個代碼段或硬體電路耦合。可以通過任何適當的手段，包括存儲器共享、信息傳遞、令牌傳遞、網絡傳輸等傳遞、發送或傳輸信息、自變量、參數、數據等。如上所述，在地震行業中長期需要一種防生物結垢的系統，以防止地震等浮電纜的生物結垢，生物結垢幹擾等浮電纜的運行，並需要昂貴的維護操作。更具體地，長期需要解決對於塗層策略為固有的問題的防生物結垢系統，特別是差的塗層附著，在暴露或使用過程中過早與聚氨酯表面塗層脫離。圖2說明了海洋地震等浮電纜的橫截面。等浮電纜10包括中央芯12，其具有由加強件16包圍的傳輸線束14。中央芯12通常在增加傳感器和/或傳感器電子裝置之前預先製造。用來連接傳感器和傳感器電子裝置的局部布線18也設置在等浮電纜10中的本體20和皮22內。在某些方面，本體20可包括聚合物本體，用於保持等浮電纜10的內部機構的支持結構和/或類似物。本體20可填充有液體、凝膠、固體和/或類似物，以提供等浮電纜10的內部機構與等浮電纜周圍的水體的連通。一般情況下，地震等浮電纜充滿液體煤油，以提供等浮電纜10的內部機構與等浮電纜周圍的水體的連通。如此，對於皮22的成分，皮22的組成一直是個問題，因為煤油可與套殼22的某些成分產生不利的相互作用。在等浮電纜10內設置布線18的典型方式是將線以一定捻距(或節距)纏繞到中央芯12上以允許等浮電纜10拉伸循環和彎曲而不在線中產生高的應力。電纜中的布線層通常與中央芯12 —起預先製造。在本發明的一些實施方式中，等浮電纜10可包括流體等浮電纜，其包含流體如煤油。在本發明的其他實施方式中，等浮電纜10可包含由固體/凝膠型材料設置在等浮電纜10的芯周圍的固體等浮電纜。僅作為實施例，對於固體等浮電纜，可能重要的是防止生物結垢以便可適當保持固體等浮電纜以及固體等浮電纜的適當操作。因此，通過利用根據本發明實施方式的防生物結垢系統和方法，可增強固體等浮電纜的操作。圖3A是顯示海洋生物如何附著於表面的示意圖。如所描述的，藤壺(未顯示)使用水性粘膠50附著到聚氨酯表面60。水性粘膠50包含由藤壺幼蟲分泌的能附著的蛋白和多糖的水基混合物。初始附著由親水性表面如典型的地震等浮電纜表面的存在而促進，其中親水表面提供了小於90度的接觸角60。圖3B說明了未經處理的聚氨酯等浮電纜套殼的接觸角。圖3中地震等浮電纜的未經處理的皮70是相對水潤溼的，其接觸角75為約68. 70°。因此，未經處理的皮70是親水的且容易被生物結垢。圖3C是顯示如何通過提供疏水表面(接觸角大於90度)減少海洋生物體對表面的初始附著的示意圖。如圖3C所示的，經處理過的表面80包含具有矽塗層的聚氨酯。矽塗層導致經處理的表面80的接觸角85大於90度。接觸角85大於90度的結果，海洋生物體(未顯示)，在這個例子中是藤壺幼蟲，不能利用水性粘膠50附著到處理過的表面80，該水性粘膠包含分泌的蛋白質和多糖的水基混合物。 地震等浮電纜皮的接觸角的改變可通過施加塗層實現。通過施加包含氨基烷基官能化的聚二甲基矽氧烷的矽氧烷塗層，觀察到了接觸角的大的變化。然而，這種矽氧烷塗層非常難以施加到等浮電纜皮上，這是由於該塗層和地震等浮電纜的聚氨酯的化學性質的差別產生的。此外，申請人觀察到，在40°C鹽水中的老化過程對塗覆的聚氨酯等浮電纜皮有影響，導致塗層從等浮電纜表面脫離。由於老化導致的這種塗層的脫離使原聚氨酯的區域暴露並有生物結垢的風險。如上所討論的，由於塗層方案固有的問題，特別是差的附著和在暴露或使用過程中過早與聚氨酯表面脫離的問題，需要一種替代方法以產生尤其持久的防結垢技術，其可在地震等浮電纜工作的長時間內防止生物結垢。圖4A說明根據本發明的一種實施方式處於整個等浮電纜皮中的防結垢添加劑。在本發明的一種實施方式中，等浮電纜皮222，也常常被稱為外罩，等浮電纜套殼和/或類似物-用於包含拖曳的地震等浮電纜陣列的聲學設備(未顯示)。在本發明的一種實施方式中，等浮電纜皮222包括基礎材料222A，如聚氨酯、熱塑性聚氨酯(「TPU」)和/或類似物。基礎材料222A還可包含氨基甲酸乙酯、聚氯乙烯、聚乙烯和/或類似物。一般來說，聚氨酯是最廣泛用於地震等浮電纜的材料。在本發明的一種實施方式中，防結垢添加劑222B處於整個等浮電纜皮222中。在本發明的一種實施方式中，防結垢添加劑222B可包含設置用於增加等浮電纜皮222的表面疏水性和/或減小等浮電纜皮222的表面能的化合物。等浮電纜皮222的疏水性可通過增加等浮電纜皮222的接觸角來提高。為了使防結垢添加劑222B處於整個等浮電纜皮222中，防結垢添加劑222B可與等浮電纜皮222的基礎材料222A混合，然後等浮電纜皮222被擠出到地震等浮電纜上。僅作為舉例的方式，使防結垢添加劑222B處於整個等浮電纜皮222中的一種方法是將防結垢添加劑222B添加到熔融形式的基礎材料222A中。另一種方法是取防結垢添加劑222B和基礎材料222k的粒料並使粒料一起熔化。摻和或混合技術可用於使防結垢添加劑222B與基礎材料222k混合。在本發明的其他方面，其他方法可用於摻和或混合防結垢添加劑222B與基礎材料222A。在本發明的一種實施方式中，基礎材料222A和防結垢添加劑222B的混合物可被熱擠出到地震等浮電纜上。通過混合防結垢添加劑222B和基礎材料222A產生等浮電纜皮，控制等浮電纜皮的接觸角，而無需將塗層施加到等浮電纜皮。因此，根據本發明的一種實施方式，等浮電纜皮提供一種持久和有效的防生物結垢的等浮電纜皮，而沒有與塗覆的等浮電纜皮有關的不利性能。申請人已確定包含基礎材料222k和防結垢添加劑222B的等浮電纜皮可持久和有效地作為等浮電纜皮。而且根據本發明的一種實施方式的等浮電纜皮可在等浮電纜皮的內表面210B和外表面210A中都存在防結垢添加劑222B。根據本發明的一種實施方式，在內表面210B上存在防結垢添加劑222B可便於將等浮電纜皮擠出到固體或凝膠的等浮電纜上。僅作為舉例的方式，當防結垢添加劑222B是矽時，矽可有助於將等浮電纜皮擠出到固體或凝膠的等浮電纜上。如圖4B所示，在本發明的一種實施方式中，防結垢添加劑222B可包含優先遷移到等浮電纜皮222的內表面2IOB和/或外表面2IOA的化合物、聚合物或類似物。為了使防結垢添加劑222B遷移到內表面210B和外表面210A，在本發明的一個方面，防結垢添加劑222B可包含超高分子量或高分子量成分或化合物。在本發明的一個方面，超高分子量或高 分子量成分或化合物趨於在等浮電纜222中優先向等浮電纜222的內表面210B和/或外表面210A遷移。因此，超高分子量或高分子量成分或化合物提供了一種將添加劑引入整個等浮電纜皮222的手段，這增加等浮電纜皮222的表面上的效果。這可不使用油漆或塗料而提供表面效果。僅作為舉例的方式，在本發明的某些方面，超高分子量或高分子量成分/化合物可包括超高或高分子量矽氧烷聚合物。可在不同塑性載體樹脂中以粒料形式提供這種高/超高分子量矽氧烷聚合物，且這些粒料可熔融並與TPU熔體混合。其他超高分子量或高分子量成分或化合物可包括氟聚合物、矽聚合物和/或類似物。在本發明的其他方面，超高分子量或高分子量成分/化合物可包括矽氧烷膠。在這些方面，矽氧烷膠可用於形成聚合物熔體中的分散體，其可在擠出等浮電纜皮之前混合。其他超高分子量或高分子量成分/化合物可用於本發明的其他實施方式，其中超高分子量或高分子量成分/化合物包括疏水部分，如氟、矽氧烷和/或類似物，以及基礎材料，如可用於賦予化合物高分子量的聚合物，高分子量導致化合物遷移到表面。僅作為舉例的方式，這種高分子量添加劑可包括高分子量聚乙烯物質，超高分子量聚乙烯物質和/或氟或矽衍生化的高分子量聚乙烯的物質或氟或矽衍生化的超高分子量聚乙烯物質。在本發明的實施方式中，氟-聚合物、矽氧烷、矽氧烷衍生物、氟-矽氧烷、高分子量聚乙烯物質和/或類似物分布於整個等浮電纜皮222中。根據本發明的一種實施方式，氟聚合物、矽氧烷、矽氧烷衍生物、氟-矽氧烷、高分子量聚乙烯物質在等浮電纜皮222上形成可調節的防結垢屏障。除了防結垢添加劑222B外，殺生物劑(未顯示)也可處於整個等浮電纜皮222中以提供對生物結垢的二次防禦。在本發明的一種實施方式中，防結垢添加劑222B在整個基礎材料222A和/或等浮電纜皮222中的分布使得在外表面210A具有防結垢添加劑222B，在此防結垢添加劑222B起到增加外表面210A的接觸角和/或減小外表面210A的表面能的作用，以防止等浮電纜皮222的生物結垢。通過使防結垢添加劑222B處於整個基礎材料222k和/或等浮電纜皮222中，避免在等浮電纜上施加油漆和/或塗層所具有的不利影響，如脫層、侵蝕和/或類似情況。在本發明的實施方式中，通過使防結垢添加劑222B處於整個基礎材料222A和/或等浮電纜皮222中，防結垢添加劑222B存在於等浮電纜皮222的內表面210B。在本發明的地震等浮電纜包含煤油填充材料的某些方面，可選擇防結垢添加劑222B以防止煤油與防結垢添加劑222B之間的不良的相互作用。例如，在本發明的某些方面，防結垢添加劑222B可包括特氟龍、PTFE、聚乙烯或類似物。然而，不可能或不希望選擇與煤油進行不利的相互作用的防結垢添加劑。此外，等浮電纜皮由多層聚合物構成可能是所希望的。例如多層聚合物皮的層可配置為使得外層具有硬的彈性、不可滲透性表面且內層提供符合等浮電纜的內部結構的更韌性層。圖4C說明根據本發明的一種實施方式的多層聚合物等浮電纜皮。根據本發明的一種實施方式，等浮電纜套殼的外皮230包含基礎材料222k和防結垢添加劑222B，其中防結垢添加劑222B處於整個外皮230中。內皮240可以由基礎材料222A組成。在本發明的一種實施方式中，夕卜皮230和內皮240同時熱擠出以形成多層聚合物。通過同時熱擠出外 皮230和內皮240，外皮230中的基礎材料222A與內皮240中的基礎材料222A熱相互作用，提供外皮230和內皮240的有效整合。在這種方式下，與在外皮230和內皮240之間具有邊界層不同，外皮230和內皮240彼此粘合以有效形成多層聚合物。外皮230與內皮240的這種粘合，不像防結垢塗層，不會使外皮230與內皮240脫層。在本發明的實施方式中，外皮230和內皮240可同時熱擠出到地震等浮電纜上。在某些方面，該地震等浮電纜可包含煤油填料、固體填料和/或凝膠填料。在本發明的一些實施方案中，防結垢等浮電纜套殼可應用於包含固體、凝膠和/或類似的填料(未顯示)的地震等浮電纜中。僅作為舉例的方式，固體/凝膠填料可包括Kraton熱凝膠或其他形式的熱凝膠以及熱凝膠可與材料,如Isoper M或類似物混合。在這樣的實施方式中，防結垢添加劑222B在內表面201B上的存在可以不會造成防結垢添加劑222B與固體/凝膠填料之間的不良相互作用。因此，在本發明的實施方式中，氟聚合物、矽氧烷、矽氧烷衍生物、氟-矽氧烷、高分子量聚乙烯物質和/或類似物可用作用於包含固體/凝膠填料的地震等浮電纜的防結垢添加劑222B。此外，在本發明的某些方面，內表面210B處存在防結垢添加劑可提供固體/凝膠填料型地震等浮電纜的改善的製造。在本發明的實施方式中，防結垢添加劑222B處於整個基礎材料222k和/或等浮電纜皮222中，使得等浮電纜皮222的外表面2IOA沒有塗層或油漆。在本發明的某些方面，外表面210A可經熱處理或類似處理以成為有光澤的硬表面。在本發明的實施方式中，可提供外表面210A使得其是未摻雜的、光滑的、堅硬而有光澤的和/或類似性質的，這樣的表面可有助與外表面210A的增加的接觸角/低表面能結合,從而防止生物結垢。作為一種非限制性例子，在本發明的實施方式中，防結垢添加劑222B可能包括氟代脂族硬脂酸酯氟表面活性劑(如MASURF FS-1400)。MASURF FS-1400被稱為「聚合物熔體添加劑」，並具有100%活性的淡褐色固體形式。在本發明的實施方式中，添加劑，如MASURFFS-1400或類似物，在擠出過程中遷移到聚氨酯基質的表面。因此，防結垢添加劑優先集中在結垢生物體定植的位置。在本發明的實施方式中，防結垢添加劑222B可佔等浮電纜皮222的每百萬10-100份的水平。防結垢添加劑222B的這種濃度水平尤其可降低製造成本。此外，在本發明的這類實施方式中，因為防結垢添加劑222B以這樣低的濃度引入等浮電纜皮222中，等浮電纜皮222，即等浮電纜皮222的聚氨酯基礎材料或類似物的本體性能(如硬度、拉伸強度、滲透性等)不會過分受到影響。在其他實施方式中，高分子量聚乙烯物質可用作防結垢添加劑222B。僅通過舉例的方式,這種分子可從Inhance Product得到(例如從UH1000系列)。在本發明的某些方面，UH1000或類似物可在等浮電纜皮222擠出之前，通過熔融混合過程與基礎材料222k混合。UH1000可提供對等浮電纜皮222的表面的接觸角/表面能改善。圖5A說明了聚氨酯等浮電纜皮的表面的未經處理的表面320的接觸角310。如圖5A所示，未經處理的表面320包含聚氨酯且是相對水潤溼的,產生的接觸角310 (水在空氣中的接觸角)為78度，即親水性表面。圖5B說明了聚氨酯等浮電纜皮的經處理過的表面340的接觸角330。聚氨酯等浮 電纜皮包含分散於整個等浮電纜皮中的防結垢添加劑。如圖5B所示，聚氨酯包含15%濃度的UH1000添加劑，這種組合提供接觸角340為102度，即疏水性表面。在另一種實施方式中，防結垢添加劑可包括微粉化的聚四氟乙烯(PTFE)，如Polymist 554。在該實施方式中，PTFE可在熔融加工階段與等浮電纜皮的基礎材料混合。然後，在本發明的某些方面，得到的混合物加熱並擠出成粒料。在本發明的一些實施方式中，接著，粒料可熱擠出形成所需規格(外徑、內徑、長度等)的等浮電纜皮。如上所述的，防結垢添加劑可包括氟聚合物、矽氧烷、矽氧烷衍生物、氟矽氧烷、高分子量聚乙烯物質和/或類似物。在本發明的一種實施方式中，一種或多種此類防結垢添加劑在整個等浮電纜皮中的分布可使等浮電纜皮的表面的接觸角大於100度，大於110度或大於120度。較高的接觸角防止生物體附著到等浮電纜皮上。雖然在一些實施方式中防結垢添加劑採用了固體形式，但在其他實施方式中防結垢添加劑可包括液體添加劑。僅作為舉例的方式，在本發明的某些方面，液體防結垢添加劑可通過預備階段添加到等浮電纜皮製造的熔融加工階段。在這樣的一種實施方式中，基礎材料，如TPU，可被包覆在液體防結垢添加劑，即聚二甲基矽氧烷(PDMS，液體)中並乾燥。僅作為舉例的方式，在某些方面，塗覆的TPU可在65°C和氮氣氣氛下乾燥。然後改性的TPU的可被熔融、擠出、成粒料並與未改性的TPU混合生成包含TPU和防結垢添加劑的混合物的改性TPU。本發明的這種實施方式提供了包含任何液體基矽氧烷、氟聚合物、氟矽氧烷作為防結垢添加劑的物質的用途。本發明的一些實施方式提供了通過在生產過程中添加氟聚合物、矽氧烷，氟矽氧烷或高分子聚乙烯添加劑來對等浮電纜皮(所述等浮電纜皮可包含聚氨酯、TPU或類似物)的表面性能的改進。矽氧烷可處於整個等浮電纜皮中，以減少表面能和增加等浮電纜皮的接觸角。氟化聚合物具有甚至比矽氧烷更低的表面能，因此，這些材料在本發明的某些實施方案中用作防結垢添加劑。氟聚合物的低表面能來自C-F鍵的低的鍵極化。在本發明的實施方式中，除了防結垢添加劑，等浮電纜皮還可包含殺生物劑添加齊U。在某些方面，殺生物劑可採用，但不限於，銀、氧化銅或氧化鋅的納米顆粒的形式、季銨鹽和有機物質如苯甲酸、鞣酸或辣椒素。在本發明的實施方式中，殺生物劑可在與等浮電纜皮的基礎材料混合之前與防結垢添加劑混合。在其他實施方式中，殺生物劑材料可塗在等浮電纜皮上，所述等浮電纜皮包含處於其整體中的防結垢添加劑。殺生物劑成分可防止海洋生物，包括微型結垢物(這是大結垢物的食物來源)，在地震等浮電纜上積聚。在其他方面，殺生物劑可與多層聚合物等浮電纜皮的內皮混合。圖6說明了具有接觸角改進添加劑處於等浮電纜皮的至少整個一層的地震等浮電纜皮的製造方法。在步驟410中，接觸角改進添加劑與形成等浮電纜皮的基礎材料混合。接觸角改進添加劑包括，當存在於基礎材料表面時改進表面接觸角的添加劑。如上所述的，接觸角改進添加劑可包括氟聚合物、矽氧烷，矽衍生物、氟矽氧烷、高分子量聚乙烯物質和/或可增加表面的接觸角並由此防止生物體對表面的附著的類似物。在步驟410，殺生物劑或類似物也可與基礎材料混合。在一些實施方式中，在步驟410，接觸角改進添加劑可與基礎材料的一部分混合。如上所述的，等浮電纜皮的基礎材料可包含聚氨酯、TPU和/或類似物。在某些方面，接觸角改進添加劑和部分基礎材料的混合物可加熱並轉化成粒料。在其他實施方式中，接觸角改進添加劑可以粒料的形式提供並與基礎材料的粒料一起加熱，使接觸角改進添加劑和基礎材料混合。在其他實施方式中，接觸角改進添加劑可直接混入基礎材料的加熱混合物中。
在步驟420，接觸角改進添加劑和基礎材料的混合物可熱擠出到地震等浮電纜上。在本發明的接觸角改進添加劑已與部分基礎材料混合併轉化為粒料的方面，這些粒料可與基體材料的粒料混合併熱擠出到地震等浮電纜上。在本發明的接觸角改進添加劑已與基礎材料混合併轉化為粒料的方面，這些粒料可熱擠出到地震等浮電纜上。在其他方面，基礎材料可加熱、與接觸角改進添加劑混合併擠出到地震等浮電纜上。在本發明的某些方面，地震等浮電纜可包含煤油填料以及接觸角改進添加劑與基礎材料的混合物可在未包含接觸角改進添加劑的地震等浮電纜上擠出和/或共擠出。在步驟430，可提供內皮混合物。內皮混合物可包含聚氨酯、TPU或類似物。內皮混合物可以是粒料、顆粒或類似的形式。在本發明的某些方面，內皮混合物可包含與殺生物劑(銀、銅等的微米/納米顆粒)熔融混合的聚氨酯、TPU和/或類似物，其然後擠出並顆粒化/粒料化以得到內皮粒料。在步驟440，接觸角改進添加劑和基礎材料的混合物以及內皮混合物都可熔化並同時擠出到地震等浮電纜上。以這種方式，兩混合物(接觸角改進添加劑和基礎材料的混合物以及內皮混合物)可用於形成在擠出過程中自身不會塌陷的自支撐管。接觸角改進添加劑和基礎材料的混合物可擠出到內皮上以形成多(雙)層聚氨酯基管。在某些方面，接觸角改進添加劑和基礎材料的混合物以及內皮混合物可同時熱擠出以形成多層聚合物，且該多層聚合物接著可擠出到地震等浮電纜上。在本發明的一些方面，內皮混合物和外皮混合物同時熱擠出以使兩種混合物彼此粘合。在本發明的一種實施方式中，外套殼構成為包括高接觸角、低表面能的表面以及內皮構成為包括生物殺滅性質。在本發明的一些方面，接觸角改進添加劑和基礎材料的混合物中的基礎材料與內皮混合物是相同的，由此,通過同時熱擠出兩種混合物使兩種混合物彼此粘合，所形成的整個多層聚合物層上基礎材料有效整合，從而防止當塗層施加於等浮電纜皮時發生的解體、脫層問題。雖然以上結合具體設備和方法對本公開的主要部分進行了描述，但應清楚了解本說明書僅作為舉例的方式進行，並不對本發明的範圍構成限制。
權利要求
1.地震等浮電纜的防生物結垢套殼，包括 外皮，所述外皮包含基礎材料和分子添加劑的混合物，其中， 分子添加劑處於整個基礎材料內；以及 所配置的分子添加劑使得防生物結垢套殼的外表面具有高的接觸角和/或低的表面能，以防止活生物體對其的附著。
2.權利要求I的防生物結垢套殼，還包括 內皮，所述內皮包含基礎材料，其中內皮和外皮構成多層套殼。
3.權利要求2的防生物結垢套殼，其中外皮與內皮粘合。
4.權利要求3的防生物結垢套殼，其中外皮與內皮的粘合是通過加熱並共擠出外皮和內皮來進行的。
5.權利要求I的防生物結垢套殼，其中基礎材料包含聚氨酯、熱塑性聚氨酯、氨基甲酸乙酯、聚氯乙烯和聚乙烯中的一種。
6.權利要求I的防生物結垢套殼，其中分子添加劑包含氟衍生的聚合物、矽氧烷、矽衍生的聚合物、氟矽氧烷、高分子量聚乙烯、氟衍生的高分子量聚乙烯和矽衍生的高分子量聚乙烯中的一種。
7.權利要求I的防生物結垢套殼，其中分子添加劑包括聚二甲基矽氧烷、聚四氟乙烯、氟代脂族硬脂酸酯氟表面活性劑中的至少一種。
8.權利要求I的防生物結垢套殼，其中分子添加劑包括超高分子量或高分子量化合物，其中超高分子量或高分子量化合物包含疏水性部分。
9.權利要求8的防生物結垢套殼，其中超高分子量或高分子量化合物包括矽氧烷膠和矽氧烷聚合物中的至少一種。
10.權利要求8的防生物結垢套殼，其中疏水性部分包括氟、氟衍生物、矽和矽衍生物中的至少一種。
11.權利要求I的防生物結垢套殼，其中分子添加劑佔外皮的0-15重量％。
12.權利要求I的防生物結垢套殼，其中分子添加劑佔外皮的百萬分之10-100份。
13.權利要求I的防生物結垢套殼，其中所配置的分子添加劑使得外表面的接觸角大於80、90、100和110度中的至少一個。
14.權利要求I的防生物結垢的套殼，還包括 等浮電纜本體，其中 所述等浮電纜本體包括一個或多個傳感器、加強件和填料；以及 防生物結垢套殼覆蓋等浮電纜本體的外部。
15.權利要求14的防生物結垢套殼，其中填料包括至少一種煤油。
16.權利要求14的防生物結垢套殼，其中填料包括固體材料和凝膠中的至少一種。
17.權利要求I的防生物結垢套殼，還包含殺生物劑。
18.權利要求2的防生物結垢套殼，其中內皮包括殺生物劑。
19.權利要求17或18的防生物結垢套殼，其中殺生物劑包括聚氧化乙烯、聚丙烯醯胺、季銨鹽例如苯扎氯銨、氯化物和有機化合物以及銀、氧化銅或氧化鋅的納米顆粒/微粒中的一種，所述有機化合物是例如敵草隆、苯甲酸、鞣酸或辣椒素。
20.權利要求I的防生物結垢套殼，其中基礎材料和分子添加劑的混合物是通過熱擠出包含基礎材料的第一組粒料和包含分子添加劑的第二組粒料而生產的。
21.權利要求I的防生物結垢套殼，其中基礎材料和分子添加劑的混合物是通過熔融混合基礎材料和分子添加劑、並熱擠出所述混合物而生產的。
22.權利要求I的防生物結垢套殼，其中所述套殼包括光滑的外表面。
23.一種利用權利要求I的防生物結垢套殼製造地震等浮電纜的方法，包括 將防生物結垢套殼擠出到地震等浮電纜上。
24.一種利用權利要求2的防生物結垢套殼製造地震等浮電纜皮的方法，包括 將內皮和外皮共擠出以形成地震等浮電纜皮。
25.根據權利要求23所述的製造地震等浮電纜皮的方法，還包括 同時熱擠出內皮和外皮以將內皮與外皮粘合。
26.根據權利要求24所述的製造地震等浮電纜皮的方法，其中將內皮和外皮直接擠出到地震等浮電纜上。
27.根據要求24的方法，其中的內皮和外皮產生在擠出過程中自身不塌陷的自支撐管。
28.根據權利要求24的方法，其中外皮被加工成具有堅硬、不滲透性的外表面。
29.根據權利要求24的方法，其中外表面是光滑的。
30.一種製造地震等浮電纜的防生物結垢套殼的方法，包括 混合基礎材料和分子添加劑，其中所配置的分子添加劑賦予防生物結垢套殼的外表面疏水性和/或低表面能，以防止活生物體對其的附著；以及熱擠出基礎材料和分子添加劑的混合物。
31.製造根據權利要求30的地震等浮電纜的防生物結垢套殼的方法，還包括 使熱擠出的混合物形成為大量粒料。
全文摘要
本發明提供了一種地震等浮電纜的防生物結垢套殼，所述套殼包括外皮，所述外皮包含基礎材料和分子添加劑的混合物，其中分子添加劑處於整個基礎材料中以及分子添加劑配置為使得防生物結垢套殼的外表面具有高的接觸角和/或低表面能，以防止活生物體對其的附著。外皮可構成地震等浮電纜的套殼/皮，使得等浮電纜皮包含基礎材料和處於整個等浮電纜皮中的疏水分子添加劑。
文檔編號G01V1/16GK102753994SQ201080063691
公開日2012年10月24日 申請日期2010年11月15日 優先權日2009年12月10日
發明者G·J·塔斯廷, J·漢納, R·S·哈茨霍恩 申請人:格庫技術有限公司