专利名称：具有在内部以聚氨酯涂衬的测量管的在线测量仪表以及用于制造该在线测量仪表的方法
技术领域：
本发明涉及一种在线测量仪表，特别是用于测量管道中流动的流 体的流量计，其中在线测量仪表包括测量传感器，特别是磁感应测量 传感器，其具有用于引导待测流体的测量管，该测量管接入管道且在 内部被涂衬了衬里，并且其中衬里由聚氨酯制成，该聚氨酯是使用包 含金属有机化合物的催化剂产生的。进一步，本发明涉及一种用于制 造上述在线测量仪表的方法。
背景技术：
已知利用具有磁感应测量传感器的在线测量仪表测量沿流动方向 流经测量传感器测量管的导电流体的流速和/或体积流量。为此，磁感 应传感器通常使用在直径上对置的磁场线圈，这些磁路系统的磁场线 圈与在线测量仪表的激励电子装置电连接，以产生磁场，该磁场至少 部分垂直于流动方向在给定的测量体积之内经过流体并且在流体外部 自封闭。在这种情况中，测量管通常由非铁磁性材料制成，从而磁场 不会在测量期间受到不受欢迎的影响。由于流体的自由载流子在磁场 中的运动，根据磁动力原理而在测量体积中产生电场。电场的方向垂 直于磁场并垂直于液体的流动方向。因此，在流体中感生的电压可以 利用在电场方向上彼此间隔设置的至少两个测量电极以及连接至这些 电极的在线测量仪表的分析电子装置而测量。反过来，感生电压是体 积流率的量度。接触流体的流电测量电极或者不接触流体的电容性测 量电极可以例如用于感测感生电压。为了将磁场引导并耦合入测量体 积，磁路系统通常包括由场线圈包围的线圈铁心，线圈铁心沿测量管 的外围彼此间隔，特别是在直径上对置，并且以各自一个自由端侧的 端面特别是彼此镜像对称地设置。在操作中，利用连接至激励电子装置的场线圈创建的磁场经由线圈铁心耦合入测量管，使得它至少逐段 地垂直于流动方向切割在两个端面之间流动的流体。
作为具有磁感应测量传感器的在线测量仪表的替代，为了测量流 动的流体的流速和/或体积流量，还经常使用利用超音波声学地测量的 在线测量仪表，其带有具有相应的超声发射器及接收器的测量管。
由于对于这种测量管要求较高的机械稳定性，磁感应传感器以及 声学测量传感器的测量管都通常包含外部的特别是金属的支持管，其 具有可预定的强度和口径，在内部涂覆了具有可预定厚度的不导电的
绝缘材料，即所谓的衬里。例如US陽B 65 95 069、 US-A 56 64 315、 US-A 52 80 727、 US-A 46 79 442、 US-A 42 53 340、 US-A 32 13 685或JP-Y 53
-51 181公开了磁感应测量传感器，其包括可流体密封地接入管道中的 测量管，测量管具有入口侧第一末端和出口侧第二末端，带有作为测 量管外壳的非铁磁性支持管和安置在支持管内腔中的由绝缘材料制成 的管状衬里，用于引导与支持管绝缘的流动流体。
衬里通常由热塑性、热硬化性或弹性的塑料制成，用于将支持管 与流体化学隔离。在磁感应测量传感器装备有具有高电导率的支持管 的情况中，例如通过使用金属支持管，衬里还用作支持管和流体之间 的电隔离或绝缘，以防止电场通过支持管短路。于是通过合适地设计 支持管，可以实现测量管的强度匹配各种应用场合中存在的机械负荷， 而利用衬里可以实现测量管匹配对于各种应用场合的化学和/或生物需 求。
由于一方面具有良好的可加工性另一方面具有良好的化学和机械 特性，除了硬橡胶或含氟合成材料(诸如PTFE、 PFA)，特别地，聚 氨酯也可用作特别是具有磁感应测量传感器的在线测量仪表的衬里的 材料。
10用于制造上述类型的衬里的聚氨酯主要是弹性体塑料，其是基于 刚刚在由反应活性起始组分进行处理之前形成的液态的多组分体系制 造的，其中该多组分体系在混合之后被施加在以增附剂(即，所谓的 底漆)预处理的支持管内壁上并在那里在可预定的反应时间之内固化 至衬里。可喷涂的或涂覆的塑料(例如，合成树脂漆、醇酸树脂漆、 丙烯酸涂料、乳化漆、水玻璃涂料、环氧树脂等)可以用作底漆。
已知利用加聚作用法由二聚异氰酯及聚异氰酸酯和二价醇或多价 醇制成聚氨酯。在这种情况中，起始组分可以例如是预聚物，其由脂 肪族和/或芳香族醚基和/或酯基以及能够与提供的二价醇或多价醇合 适反应的乙二醇基和异氰酸酯基构成。除此之外，如果需要，还混和 粉末状或糊状也可以是着色的填充材料，诸如碳酸盐、硅酸盐、煤烟、 色素或反应活性色彩材料。
为了制造由聚氨酯构成的衬里，经常使用是所谓的ribbon flow法，
其中先前制备的液态多组分体系被利用合适的浇注或喷涂头而均匀地 分布在支持管的以合适的方式移动的经预处理的内壁上。多组分体系 随后固化所需的反应时间可以由起始组分的用量而设置，并且在很大 程度上通过合适地控制处理温度而得到设置。然而，在大约室温的处 理温度下廉价生产衬里所必需的小于一分钟的较短反应时间通常仅仅 能够通过向多组分体系增加合适的催化剂而实现，催化剂通常是含重 金属和/或含胺的催化剂。这里，特别是叔胺和/或汞用作催化剂。考虑 到催化剂本身在得到的聚氨酯中基本保持不变，所以得到的聚氨酯不 可避免地也有毒或者至少在生理学上不是完全无害的。大量调查已经 显示，至少在存在水的情况下，特别是催化剂可以显著地溶解或泄漏 出衬里。对于一种或其它其它起始组分的可能残留在衬里中的未反应 的残余物或者对于反应中间产物或反应副产品，通常也是这样的。
结果是，当前在在线测量仪表中使用的聚氨酯仅仅有条件地适用 于具有较高卫生需求的应用，例如在饮用水领域中的测量，这是因为不能够毫无问题地满足在饮用水领域中对于接触流体的元件的化学稳 定性以及生理学兼容性方面较高的需求。因此，现在特别是在饮用水
领域中使用相对较贵的由PFA、 PTFE或硬橡胶制成的衬里。
在饮用水领域，特别要注意的是，维持关于总有机碳含量(TOC) 的最大容许迁移率(Mmax,TOC)和/或对于毒理学关键物质限定的特定迁 移极限值(SML)。衬里对于饮用水的外部状态的影响也有同样严格 的要求，特别是关于在存在水的情况下衬里的味觉、色彩、浑浊度和/ 或气味中性，以及最大容许耗氯率(Mmax,cl)。
考虑到不可能容易地排除在在线测量仪表的总操作时间上，使用 的合成材料的较深的组分向被测流体内扩散和/或由于衬里可能的破坏 而析入被测流体，至少对于饮用水应用场合，不仅在操作期间接触流 体的衬里，而且可能在支持管和衬里之间使用的底漆，都必须满足同 样严格的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种在线测量仪表，其具有特别是磁感应的 测量传感器，在在线测量仪表的测量管的内部涂衬了衬里，该衬里具 有良好的生理学、感官及细菌学性能。另外，尽管对于衬里和底漆使 用了能够满足对于饮用水使用而提出的较高生化及卫生要求的材料， 在线测量仪表仍能尽可能价格低廉地制造。此外，在线测量仪表应当 能够尽可能用于多种应用领域，特别是饮用水领域。
为实现该目的，本发明提供了一种在线测量仪表，特别是用于测 量管道中流动的流体的流量计，该在线测量仪表包括特别是磁感应或 声学的测量传感器，其具有接入管道中且用于引导待测流体的测量管， 该测量管是利用特别地是金属的支持管以及利用在内部涂衬的衬里形 成的，其中衬里至少部分由适用于饮用水的聚氨酯构成。另外，本发明涉及一种用于制造特别是前面限定的在线测量仪表 的测量管的方法，其中测量管具有支持管以及在内部涂衬该支持管的 衬里，该方法包括以下步骤
-形成可流动的特别是可喷射的和/或可刷涂的第一多组分体系， 该多组分体系包含异氰酸酯特别是二异氰酸酯以及二价醇或多价醇；
-将第一多组分体系施加在特别是金属的支持管的内壁上，该支 持管用作测量管的一个组成部分；
-在支持管的内壁上固化至少部分第一多组分体系，以形成附着 于支持管的底漆；
-形成可流动的第二多组分体系，该多组分体系包含异氰酸酯特别 是二异氰酸酯、二价醇或多价醇以及催化剂；
-将第二多组分体系施加在支持管内壁上形成的底漆上；以及
-在支持管中固化第二多组分体系，以形成衬里。
另外提出，前述在线测量仪表，特别是按照本发明的方法制造的 在线测量仪表，用于测量管道中流动的水，特别是饮用水的流量和/或 流速。
根据本发明的在线测量仪表的进一步发展，支持管和衬里通过在 其间的居间的特别是同样适合饮用水的底漆而彼此附着。
在本发明的在线测量仪表的第一实施例中，衬里的聚氨酯和底漆 的聚氨酯不同。
在本发明的在线测量仪表的第二实施例中，衬里和底漆至少部分 由基本相同的聚氨酯制成。
在本发明的在线测量仪表的第三实施例中，适用于饮用水的聚氨 酯用于衬里和底漆。在本发明的在线测量仪表的第四实施例中，衬里和底漆都适用于 饮用水。
在本发明的在线测量仪表的第五实施例中，衬里的聚氨酯和/或底 漆的聚氨酯包含芳香族和/或脂肪族化合物。
在本发明的在线测量仪表的第六实施例中，衬里的聚氨酯和/或底 漆的聚氨酯包含醚基，特别是脂族醚基。
在本发明的在线测量仪表的第七实施例中，衬里的聚氨酯和/或底 漆的聚氨酯包含酯基，特别是脂族酯基。
在本发明的在线测量仪表的第八实施例中，至少衬里的聚氨酯是 使用包含金属有机化合物的催化剂制成的。
在本发明的在线测量仪表的第九实施例中，为了制造衬里而使用 催化剂，通过该催化剂可能引入衬里并保留在衬里中的金属化学地特 别是原子地和/或物理地键合至衬里中形成的碳链。
在本发明的在线测量仪表的第十实施例中，至少用于制造衬里的 聚氨酯的催化剂包含锡，并且衬里包含有机键合的锡，特别是脂族键 合的锡。
在本发明的在线测量仪表的第十一实施例中，至少用于制造衬里 的聚氨酯的催化剂基本不含重金属。
在本发明的在线测量仪表的第十二实施例中，至少用于制造衬里 的聚氨酯的催化剂基本不含胺。
在本发明的在线测量仪表的第十三实施例中，底漆的聚氨酯是使物的催化剂制造的。
在本发明的在线测量仪表的第十四实施例中，衬里的聚氨酯和底 漆的聚氨酯是使用相同的催化剂制造的。
在本发明的在线测量仪表的第十五实施例中，衬里的聚氨酯和/或 底漆的聚氨酯是利用至少一种多组分体系制造的，该多组分体系是基 于特别是芳香族和/或脂肪族的异氰酸酯特别是基于二异氰酸酯，以及 基于二价醇或多价醇例如丁二醇而形成的。在本发明的在线测量仪表
的这个实施例中，至少一个多组分体系是基于单体的和/或预聚的和/或 聚合的异氰酸酯形成的。在本发明的这个实施例的进一步发展中，进 一步提出，至少一个多组分体系是使用二异氰酸酯形成的，特别是二 苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、己垸二异氰酸酯(HDI)、甲苯二异氰
酸酯(TDI)和/或异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)。
在本发明的在线测量仪表的第十六实施例中，衬里的聚氨酯和/或 底漆的聚氨酯是利用至少一种多组分体系制造的，该多组分体系是基 于特别是芳香族和/或脂肪族的异氰酸酯特别是基于二异氰酸酯，以及 基于作为预聚物构成的二价醇或多价醇形成的。在本发明的这个实施 例的进一步发展中，醇是基于蓖麻油的预聚物。
在本发明的在线测量仪表的第十七实施例中，衬里和底漆都基本 不含重金属。
在本发明的在线测量仪表的第十吧实施例中，衬里和底漆都基本 不含胺。
在本发明的在线测量仪表的第十九实施例中，衬里的厚度小于8 mm，特别是小于4mm。
15在本发明的在线测量仪表的第二十实施例中，底漆的厚度小于500
pm，特别是小于300 nm。
在本发明的在线测量仪表的第二十一实施例中，测量管的公称直 径小于等于2000 mm。
在本发明的在线测量仪表的第二十二实施例中，测量管的公称直 径大于等于25mm。
在本发明的在线测量仪表的进一步发展中，测量传感器包括设置 在测量管上的磁路布置，用于产生并引导磁场，该磁场在流动的流体 中感生电场，测量传感器还包括测量电极，用于感测在流动的流体中 感生的电压。
在本发明的方法的第一实施例中，第二多组分体系的催化剂包含 特别是由生理学安全的金属形成的金属有机化合物，例如有机锡化合 物等。在本发明的方法的这个实施例的进一步发展中，第二多组分体 系的催化剂包含有机锡化合物，特别是二正辛基锡化合物。在本发明 的方法的这个实施例的另一进一步发展中，催化剂是二正辛基二月桂 酸锡和/或二正辛基二丙二酸锡。
在本发明的方法的第二实施例中，第一和/或第二多组分体系的预 聚物包含至少两种反应活性NCO基团。
在本发明的方法的第三实施例中，第一和/或第二多组分体系的预 聚物包含芳香族和/或脂肪族异氰酸酯基团。
在本发明的方法的第四实施例中，第一和/或第二多组分体系包含 单体的和/或预聚的和/或聚合的异氰酸酯。在本发明的方法的第五实施例中，第一和/或第二多组分体系是使 用基于二异氰酸酯的预聚物形成的。在本发明的方法的这个实施例的 进一步发展中，第一和/或第二多组分体系的预聚物是基于二苯基甲垸
二异氰酸酯(MDI)、己垸二异氰酸酯(HDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI) 和/或异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)形成的。
在本发明的方法的第六实施例中，第一和/或第二多组分体系包含 特别是脂肪族和/或芳香族的醚基和/或特别是脂肪族和/或芳香族的酯 基。
在本发明的方法的第七实施例中，第一和/或第二多组分体系的醇 是二醇，特别是丁二醇。
在本发明的方法的第八实施例中，第一和/或第二多组分体系的醇 是基于蓖麻油形成的预聚物。
在本发明的方法的第九实施例中，第一多组分体系包含催化剂。 在本发明的方法的这个实施例的进一步发展中，第一多组分体系的催 化剂包含金属有机化合物，特别是由生理学安全的金属形成的金属有 机化合物，诸如有机锡化合物等。在本发明的方法的这个实施例的另 一进一步发展中，第一多组分体系的催化剂包含有机锡化合物，特别 是二正辛基锡化合物。
在本发明的方法的第十实施例中，该方法是在小于100°C，特别是 约25°C的工作温度下进行的。
本发明在于以下令人惊奇的发现聚氨酯制成的衬里特别是在细 菌学意义上具有良好的生物性能，并因而能够非常适用于上述对于测 量液态流体特别是饮用水而提供的在线测量仪表。本发明的一个基本思想是，为了制造可能由多层构成的衬里而使 用适用于饮用水的聚氨酯，如果需要，对于可能位于衬里之下的底漆 也是如此。特别地，这是通过使用这种聚氨酯而实现的，这种聚氨酯 制造时可能残留的单体的和/或金属的残留物同样对于饮用水应用没有 不可允许的不良影响和/或扩散率。
本发明还考虑至少对于衬里使用通过添加金属有机催化剂而制造 的聚氨酯，该催化剂并没有胺和重金属。通过使用基于金属有机化合 物的催化剂，可以实现通过催化剂引入衬里的金属物理地和/或化学地 特别是原子地和/或交键地与碳链键合，并且因而非常稳定且持久地内 嵌于聚氨酯中。于是，保证在在线测量仪表的操作期间，总共仅有非 常少量的金属或金属化合物以生理学安全的速率从衬里进入到待测流 体中。另外，通过为催化剂使用生理学上非常安全的非重金属(例如， 锡)，形成了实际上考虑到所使用的催化剂而"固有安全"的聚氨酯， 利用该聚氨酯能够保证即使在随同催化剂引入的金属和/或金属化合物 可能侵入的情况中，至少不会因此引起相关流体的在卫生上不可接受 的污染。
本发明的一个优点是，衬里和可能使用的底漆能够至少部分利用 相同的起始组分制造，从而测量管的制造成本，特别是衬里和底漆的 起始组分的获得、存储及物流成本以及在线测量仪表的制造成本整体 能够降低。
下面基于附图更加详细说明本发明及其优选实施例。相同的部件 具有相同的附图标记。然而，为了清楚起见，在后续附图中省略参考 标记。
图1显示了特别是磁感应的在线测量仪表的测量管的透视性侧视 图；和图2显示了图1的测量管的纵截面。
具体实施例方式
图1和2以不同视图显示了用于在线测量仪表的测量传感器的测量管1，其用于测量在未显示的管道中流动的流体，例如其流速和/或其体积流率。在线测量仪表可以例如是磁感应测量的流量计或者基于
超声而声学测量的流量计。特别地，在线测量仪表用于饮用水分配网络。
测量管1包括具有可预定内腔的特别是金属的支持管2以及具有
可预定口径且由绝缘材料制成的管状衬里3。支持管2由非铁磁性材料，例如不锈钢或其他不锈金属制成，并且同轴地围绕衬里3，使得支持管2在内部被完全涂衬并且基本完全与在工作期间流经的流体隔绝。本发明的在线测量仪表的衬里3至少部分由聚氨酯(PUR3)制成。为了便于连接衬里3和支持管2，在衬里与支持管之间提供底漆4，其同样至少部分由聚氨酯(PUR4)制成。底漆4可以在测量管的制造期间，例如通过喷雾或刷涂而以液态作为薄层施加于支持管2的内壁。在形成底漆4的聚氨酯(PUR4)至少部分以足以进行后续处理的程度固化在支持管2的内壁上之后，可以例如通过将为衬里3提供的可流动的聚氨酯(PUR3)以离心方法或以所谓的ribbon-flow方法施加至支持管2的内壁上并在那里以平面覆盖且尽可能均匀的方式分配，而制造实际的衬里3。
在本发明的一个实施例中，用于制造衬里3的聚氨酯不同于用于底漆4的聚氨酯。然而，作为替代，特别是对于衬里3和底漆4具有基本相同的化学特性的情况，也可以使用基本相同的聚氨酯来制造衬里和底漆。
根据本发明的另一实施例，用于在线测量仪表中的测量管具有磁感应测量传感器的。相应地，测量传感器还包括测量电极以及设置在
19测量管上的磁路系统，磁路系统用于创建并引导在流动的(在这里是导电的)流体中感生出电压的磁场，测量电极用于感测在流动的流体中感生的电压。磁路系统通常具有两个励磁线圈，它们在测量操作期间与在线测量仪表的这里未显示的激励电子装置相连，该激励电子装置产生具有可预定的电流强度的可变电流，并且励磁线圈至少间歇地由相应的激励电流流过。由此创建的磁场至少部分垂直于流体流动方向贯穿测量管1中流动的流体。为了感测在流动的流体中相应的感生电压，测量传感器具有安装于测量管1的传感器组件。传感器组件包括第一和第二测量电极31、 32，它们在直径上彼此对置，其中测量管1的虚拟连接测量电极的直径垂直于测量管1的虚拟连接励磁线圈的直径。当然，如果需要，特别是在测量电极多于两个的情况中，测量电
极31、 32可以彼此间隔地设置在测量管1上，但并不在直径上对置。
这可以是例如提供附加的测量电极用于参考电位的情况，或者提供与测量管1的安装位置水平的测量电极用于监控测量管1中流体的最低液位的情况。为了液密地接入管道，测量管1还具有在第一测量管末
端上的第一法兰5和在第二测量管末端上的第二法兰6。在这里所示的实施例中，支持管2和法兰5、 6都具有圆形横截面。
在制造测量管1时，首先提供支持管2，其具有期望长度的并且如果需要还具有为了装配电极或励磁线圈而可能需要的侧向外壳开口。同样相应准备金属法兰5、 6。然后，法兰5、 6被分别在支持管2的外侧上被推上支持管2的一端。每一金属法兰5、 6的后侧在机械上牢固且紧密地与支持管2的外侧相连。这在使用金属支持管和金属法兰的情况下，可以例如通过锡焊、铜焊或熔焊而实现，以上焊接导致了相应的焊锡、焊铜或焊缝7。正如特别是在磁感应测量传感器中常见的，由法兰5、 6和支持管2形成的居间空间可以利用围绕的金属板材而封闭。在测量管将用于磁感应测量传感器的情况中，该居间空间可以例如用于容纳产生上述磁场的励磁线圈以及上述磁路系统的其他部件。如果在这种情况中，板材要用作磁路的组成部件，那么它优选地铁磁性构成。
20正如已经提到的，在线测量仪表特别地用于测量在生化及细菌纯度上具有更高需求的流体，诸如饮用水。于是，在本发明的测量管1的情况中，还提出，衬里3的聚氨酯(PUR3)和底漆4的聚氨酯(PUR4)
分别适用于特别是还允许饮用水领域的应用。换言之，衬里3的聚氨酯(PUR3)和底漆4的聚氨酯(PUR4)分别被构成为，尽管持续接触待测流体，特别是饮用水，但是衬里和/或底漆中含有的成分尽可能不会引起流体的不允许地高的污染，所述的成分例如是反应的聚氨酯自身或者各个起始组分的可能不反应的残余物、中间反应产物和/或其反应副产品或可能引入的其中可能含有的金属或金属化合物。用作衬里3和底漆4的材料可以例如是含有脂肪族和/或芳香族醚基和/或脂肪族和/或芳香族酯基的聚氨酯。用于衬里3的聚氨酯(PUR3)以及用于底漆的聚氨酯(PUR4)也可以是基于单体的和/或预聚的和/或聚合的异氰酸酯而形成的，根据需要，也可以是利用由其得到的三聚物而形成的。
在本发明的另一实施例中，衬里3的聚氨酯(PUR3)是基于多组分体系而制造的，其中该多组分体系是利用含有异氰酸酯特别是二异氰酸酯的第一衬里起始组分(A3)以及含有二价或多价醇的第二衬里起始组分(B3)形成的。作为替代或者补充，底漆4的聚氨酯(PUR4)是基于多组分体系而制造的，其中该多组分体系是利用含有异氰酸酯特别是二异氰酸酯和/或高价异氰酸酯的第一底漆起始组分(A3)以及含有二价或多价醇的第二底漆起始组分(B3)形成的。
为了令衬里3和底漆4适用于饮用水，根据本发明的另一实施例，为了制造用于衬里3的聚氨酯(PUR3)以及为了制造用于底漆4的聚氨酯(PUR4)，此外禁止使用含重金属和/或含胺的催化剂，尽管这些催化剂由于具有其良好的反应活性而实际上对于合适地制造衬里3和制造底漆4是非常有优点的。作为替代，在本发明的在线测量仪表的情况中，为了制造至少其衬里3而使用聚氨酯(PUR3)，其是通过添加含有金属有机化合物且用作第三衬里起始组分的的催化剂(C3)而形成的。另外，这样选择用于衬里3的聚氨酯(PUR3)，使得随催化
剂(C3)带入衬里并残留于其中的金属(Me)化学地特别是原子地和/
或物理地特别是交键地与衬里中形成的碳链键合。这种催化剂(c3)
的一个优点是，其金属有机化合物被内建于衬里的材料中，使得即使在在线测量仪表操作期间在水的作用下，这些催化剂也不会浸出衬里，或者仅仅以生理学安全的量和速率浸出。作为补充，在本发明的进一
步发展中，对于底漆4使用聚氨酯(PUR4)，其也是借助于同样含有金属有机化合物的催化剂(C4)制备的。然而，考虑到在制造底漆4的情况中，无需对于制造速度和/或尺寸精度提出与衬里3同样的需求，在制造底漆4时甚至可以完全省略使用催化剂(C4)。然而，如果需要，当然也可以为底漆4的聚氨酯(PUR4)混合用作第三底漆起始组分且同样适合饮用水的催化剂(C4)。其可以例如与用于衬里3的聚氨酯(PUR3)的催化剂(C3)基本相符。
根据本发明的一个实施例，至少为了制造衬里3的聚氨酯(PUR3)而使用的催化剂(C3)包含有机锡化合物，特别是二正辛基锡化合物，从而可以保证通过催化剂引入制成的衬里3并最终残留其中的锡(Sn)自身化学地和/或物理地键合在衬里3中，并因而持久地内嵌于其中。根据本发明的一个实施例中，下面的有机锡化合物用作用于制造衬里3的聚氨酯(PUR3)的催化剂(C3):
C40H8()O4Sn
已经证明用于制造衬里3的催化剂(C3)特别具有优点的是例如二正辛基二月桂酸锡(DOTL)，特别是具有CAS No. 3648-18-8，其结构可以示意性表示为
22另外，例如二辛基二丙二酸锡或类似的金属有机化合物可以用作用于制造衬里3的催化剂(C3)。
根据本发明的一个实施例，至少衬里的聚氨酯(PUR3)是基于多
组分体系(A3+B3+C3)制造的弹性体，该多组分体系是利用预聚物作为第一衬里起始组分(A3)、特别是二价或多价的醇作为第二衬里起始组分(B3)、以及上述类型的用作第三衬里起始组分的催化剂(C3)而形成的。
例如，用于衬里3的聚氨酯(PUR3)可以是至少部分具有基本以
下结构的弹性体<formula>formula see original document page 23</formula><formula>formula see original document page 24</formula>根据本发明的另一实施例，用于制造衬里3的醇(B3)是具有至少两个功能OH基团的醇，例如二醇。在这种情况中，例如通过使用丁二醇，特别是具有CAS No. 110-63-4的丁二醇，能够获得特别好的结
根据另一实施例，将用于衬里3的聚氨酯(PUR3)和/或用于底漆4的聚氨酯(PUR4)的醇构造为预聚物。在这种情况中具有优点的是，例如使用基于蓖麻油的预聚的醇。在本发明的另一实施例中，至少用于制造底漆4的醇(B4)是聚酯多元醇，例如德国勒沃库森BayerMaterialScience AG的Baycoll AD 1122或Baycoll CD 2084，禾口/或是聚醚多元醇，例如德国勒沃库森Bayer MaterialScience AG的Desmophen 1380 BT，和/或是合适的含羟基的聚酯，例如德国勒沃库森Bayer MaterialScience AG的Desmophen 650 MPA。
另外，已经证明具有两个或多个反应活性NCO基团特别是具有芳香族异氰酸酯的预聚物或聚合物对于制造衬里3和底漆4特别具有优点。然而，作为替代或者补充，还可以使用合适的基于脂肪族或脂环族异氰酸酯基团的异氰酸酯单体或预聚物或聚合物，用于制造衬里3的聚氨酯(PUR3)和/或底漆4的聚氨酯(PUR4)。
根据本发明的另一实施例，至少用于制造衬里3的第一衬里起始 组分(A3)是利用预聚物形成的，该预聚物至少部分基于以下结构式
构成
为了制造这种预聚物，根据本发明的进一步发展，使用聚环氧丙 烷，令其与特别是过量添加的芳香族和/或脂肪族二异氰酸酯反应。根
据本发明的另一实施例，至少用于衬里3的聚环氧丙垸是聚丙二醇
(PPG)，其结构可以简化描述为
<formula>formula see original document page 25</formula>
作为聚环氧丙垸的替代或补充，例如以下结构式的聚四亚甲基醚
二醇(PTMEG)可以用于至少制造用于衬里3的预聚物(A3):
另外，作为替代或补充，还可以使用其他脂肪族构成的具有聚合 醚基和端部OH基的二醇化合物，来制造用作衬里起始组分(A3)的 预聚物或者用于制造用作底漆起始组分(A4)的预聚物。根据本发明的另一实施例，制造用于衬里3的聚氨酯(PUR3)和
/或制造用于底漆4的聚氨酯(PUR4)所使用的二异氰酸酯基于芳香族 二苯基甲垸二异氰酸酯(MDI)，特别是对应于CAS No. 101-68-8且
具有至少一个以下同分异构结构
N=C=0 N=C=0
N=C=0
特别是基于二苯基甲垸二异氰酸酯的单体异氰酸酯例如可以从德 国勒沃库森 Bayer MaterialScience AG 以 Desmodur 44 M 或 Desmodur 2460 M得到。作为单体二异氰酸酯的替代或补充，也可以 使用它们的同系和/或相应预聚物，如果需要也可以使用基于这种二异 氰酸酯的聚合物，来制造用于衬里3的聚氨酯(PUR3)和/或制造用于 底漆4的聚氨酯(PUR4)，其特别是具有以下结构
前述基于二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)的预聚物类型例如可以 从德国勒沃库森Bayer MaterialScience AG以Desmodur E 23得到。
然而，作为替代或者补充，也可以使用基于芳香族甲苯二异氰酸
CH
CH酯(TDI， CAS No. 584-84-9)的预聚物和/或聚合物，
例如德国勒沃库森Bayer MaterialScience AG的Desmodur L 67 MPA/X或Desmodur L 75，在制造测量管时用于聚氨酯(PUR3)、 (PUR4)中的至少一个，至少甲苯二异氰酸酯可以应用于饮用水领域。
然而，为了制造衬里3和/或底漆4还可以使用基于特别是也可应 用于饮用水领域脂肪族己垸二异氰酸酯(HDI， CAS No. 822-06-0)的预 聚物和/或聚合物，该HDI的结构为
禾口/或基于特别是也可应用于饮用水领域的脂肪族异佛尔酮二异 氰酸酯(IPDI, CAS No. 4098-71-9)的预聚物和/或聚合物，该IPDI的 结构为
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一种以上意义中合适的异佛尔酮二异氰酸酯例如是德国勒沃库森 Bayer MaterialScience AG的IPDI三聚体Desmodur Z 4470 MPA/X，
<formula>formula see original document page 27</formula>而己垸二异氰酸酯例如是德国勒沃库森Bayer MaterialScience AG的 HDI三聚体Desmodur N 3300。
另外，前述二异氰酸酯的其他同系物和/或异构体也可以用于制造 衬里3的聚氨酯(PUR3)和底漆4的聚氨酯(PUR4)。作为替代或者 补充，衬里3的聚氨酯(PUR3)和底漆4的聚氨酯(PUR4)可以基于 芳香族和/或脂肪族的单体二异氰酸酯，特别是单体的MDI、 HDI、 IPDI 和/或TDI而形成。另外，已经发现至少对于制造底漆4具有优点的是， 通过使用单体的和同系的二异氰酸酯的混合物制造聚氨酯(PUR4)， 该混合物例如根据CAS No. 9016-87-9基于二苯基甲垸二异氰酸酯 (MDI)。
根据本发明的进一步发展，为了制造底漆4，首先形成可流动的特 别是可喷射的和/或可刷涂的第一多组分体系(A4+B4)，该多组分体系 包含异氰酸酯(A4)以及二价醇或多价醇(B4)，该异氰酸酯例如为 根据前述结构的二异氰酸酯的形式。如果需要，为了加速制造过程， 可以向第一多组分体系提供一种前述的特别是适用于饮用水的催化剂 (C4)。在制备好之后，第一多组分体系就被施加于例如喷射或刷涂 于特别是金属的支持管的内壁上，该支持管用作金属管的组成部分， 并且该第一多组分体系为了形成粘附在支持管2上的底漆4而至少部 分固化。根据一个方法实施例，考虑可能的体积变化而将第一多组分 体系(A4+B4)这样施加于支持管2的内壁上，使得底漆4最终的厚度 小于500 pm，特别是小于300 |im。
为了制造用于衬里3的聚氨酯(PUR3)，另外将含有异氰酸酯(A3) 特别是二异氰酸酯、二价或多价醇(B3)以及催化剂(C3)的第二多 组分体系(A3+B3+C)混合。在首先形成的底漆4已经充分固化在支持 管2的内壁上之后，开始还可流动的第二多组分体系被施加于在支持 管2内壁上形成的底漆之上，并由于催化剂(C3)的作用而迅速固化， 从而最终就地形成衬里3。
28第二多组分体系(A3+B3+C3)可以例如以所谓的ribbon-flow过程
通过使用流动头或喷头而施加于已经附着在支持管2内壁上的底漆4 之上，其中流动头或喷头能够在支持管2的内腔内部移动。通过同时 令支持管2围绕其纵轴旋转并令流动头或喷头基本平行于纵轴移动， 液态的多组分体系(A3+B3+C3)可以以非常简单且可再现的方式均匀 地分配在整个内壁上。
在本发明的一个优选实施例中，这样测定添加的催化剂(C3)的 浓度和量，使得施加于具有底漆4的支持管2的多组分体系(A3+B3+Q) 能够在小于一分钟(特别是低于30秒钟)的较短反应时间内以及低于 100 °C (例如约25。C)的工作温度下固化。在这种情况中，试验调査 已经显示，特别是在使用上述预聚物体系(PPG+MDI和/或 PTMEG+MDI)的情况中，通过添加占多组分体系(A3+B3+C3)总质 量的质量百分比小于2%的催化剂((:3)，能够实现这种较短反应时间。 进一步的调查还显示，在制造衬里3时，当用于衬里3的聚氨酯(PUR3) 的醇(B3)和预聚物(A3)以混合比B:A约为15:100或者更小，特别 是混合比B:A小于10:100而添加时，能够获得非常好的结果。例如在 没有预先公开的专利申请DE 102005044972.7和US 60/718,308中描述 了特别适用于制造用于衬里3的聚氨酯(PUR3)以及测定催化剂的方 法。
如果需要，用于制造用于衬里3的聚氨酯(PUR3)和/或用于底漆 4的聚氨酯(PUR4)的多组分体系可以利用一个或多个合适的特别是 着色的和/或增强的填充材料而延展。填充材料可以使用例如反应活性 颜料或者例如包含碳颗粒或者由碳颗粒组成的色素。于是，已经证明 使用黑色素(例如，德国杜塞尔多夫DegussaAG公司的PRINTEX⑧F 80)制造衬里特别是适用于饮用水的上述类型的衬里是非常具有优点 的。然而，还发现使用反应活性着色剂Reactint⑧Black X95AB也是非 常成功的，其当前由美国南卡罗来纳州斯巴达堡Milliken Chemical公司提供，用于对聚氨酯上色。作为前述填充材料的替代或补充，还可 以使用碳酸盐，特别是碳酸钙、硅酸钙(例如，滑石、粘土和/或闪石)、 硅土、硫酸钙及硫酸钡、氢氧化铝、玻璃纤维及玻璃球以及木屑和木 纤维，来制造用于衬里3的聚氨酯(PUR3)和/或用于底漆4的聚氨酯 (PUR4)。通过在成分和/或颗粒大小方面合适地选择这种特别是同样
适用于饮用水的填充材料，可以实现聚氨酯(PUR3)和(PUR4)的生
化和/或机械性能(例如，强度或表面硬度等)的进一步提高。
由于将上述种类的聚氨酯(PUR3)用作用于衬里3的材料，制成 了标称直径在25mm 2000mm范围内的测量管1。同样，特别是通过 使用上述ribbon-flow方法制造衬里3，可以保证衬里3的厚度尽可能 均匀一致，小于8mm，特别是小于4mm。
本发明的在线测量仪表的另一优点是，由于使用上述类型的用于 衬里3的聚氨酯(PUR3)以及上述类型的用于底漆4的聚氨酯(PUR4)， 甚至可以满足对于饮用水应用提出的特别是与其它食品应用相比非常 高的卫生需求。调査已经显示，关于总有机碳含量(TOC)的迁移率
(Mmax,T0C)可以低于0.25毫克每升每日，而耗氯率(Mmax,cl)极有可 能达到小于0.2毫克每升每日的值。于是，本发明的在线测量仪表能够 满足例如在至少德国对于分配网络中特别是干线中的设备设立的
"Leitlinie zur hygienischen Beurteilung von Epoxidharzbeschichtungen in Kontakt mit Trinkwasser (对于接触饮用水的环氧树脂涂层的卫生学 评价的审査指南)"中建立的要求，并且/或者满足至少美国对于饮用 水系统部件的NSF/ANSI Standard 61中建立的要求。同样，在线测量 仪表能够完全满足英国对于饮用水应用许可的测试规范"Water Regulation Advisory Scheme BS 9620"中的要求和/或法国对于饮用水应 用许可的领B式规范"Dossier de Demande d'Acs pour Accesoires"的要求。 本发明的具有聚氨酯衬里的在线测量仪表于是可以常规地用于饮用水 领域，或者替换前述的具有相对昂贵的由PFA、 PTFE、硬橡胶等制成 的衬里的在线测量仪表。
权利要求
1. 在线测量仪表，特别是流量计，用于测量管道中流动的流体，该在线测量仪表包括特别是磁感应或声学的测量传感器，该测量传感器具有接入管道中且用于引导待测流体的测量管(1)，该测量管是利用特别地是金属的支持管(2)以及利用在内部涂衬该支持管的衬里(3)形成的，其中衬里(3)至少部分由适用于饮用水的聚氨酯构成。
2. 根据权利要求l所述的在线测量仪表，其中，衬里的聚氨酯是使用具有金属有机化合物的催化剂制成的。
3. 根据权利要求2所述的在线测量仪表，其中，随催化剂引入衬里并保留在衬里中的金属化学地特别是原子地和/或物理地键合至衬里中形成的碳链。
4. 根据权利要求2或3所述的在线测量仪表，其中，为了制造衬里的聚氨酯而使用的催化剂包含锡，并且其中衬里具有有机键合的锡，特别是脂族键合的锡。
5. 根据权利要求2 4之一所述的在线测量仪表，其中，为了制造衬里的聚氨酯而使用的催化剂基本不含重金属。
6. 根据权利要求2 5之一所述的在线测量仪表，其中，为了制造衬里的聚氨酯而使用的催化剂基本不含胺。
7. 根据前述任一权利要求所述的在线测量仪表，其中，衬里的聚氨酯具有芳香族和/或脂肪族特别是环脂族化合物。
8. 根据前述任一权利要求所述的在线测量仪表，其中，衬里的聚氨酯具有醚基，特别是脂族醚基。
9. 根据前述任一权利要求所述的在线测量仪表，其中，衬里的聚氨酯具有酯基，特别是脂族酯基。
10. 根据前述任一权利要求所述的在线测量仪表，其中，衬里的聚氨酯是使用具有金属有机化合物的催化剂而制造的。
11. 根据前述任一权利要求所述的在线测量仪表，其中，衬里的聚氨酯是利用至少一种多组分体系制造的，该多组分体系是基于特别是芳香族和/或脂肪族的异氰酸酯特别是基于二异氰酸酯，以及基于二价醇或多价醇而形成的。
12. 根据权利要求ll所述的在线测量仪表，其中，至少一个多组分体系是基于单体的和/或预聚的和/或聚合的异氰酸酯形成的。
13. 根据权利要求11或12所述的在线测量仪表，其中，至少一个多组分体系是使用二异氰酸酯，特别是使用二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、己垸二异氰酸酯(HDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)和/或异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)而制造的。
14. 根据权利要求29~13之一所述的在线测量仪表，其中，至少一个多组分体系是使用丁二醇而制造的。
15. 根据权利要求29~13之一所述的在线测量仪表，其中，用于至少一个多组分体系的醇被构造为预聚物。
16. 根据权利要求15所述的在线测量仪表，其中，醇是基于蓖麻油的预聚物。
17. 根据前述任一权利要求所述的在线测量仪表，其中，衬里基本不含重金属。
18. 根据前述任一权利要求所述的在线测量仪表，其中，衬里基本不含胺。
19. 根据前述任一权利要求所述的在线测量仪表，其中，支持管(2)和衬里(3)通过位于其间的居间的特别是同样适用于饮用水的底漆(4)而彼此附着。
20. 根据权利要求19所述的在线测量仪表，其中，衬里(3)和底漆(4)分别至少部分由聚氨酯构成。
21. 根据权利要求19或20所述的在线测量仪表，其中，衬里的聚氨酯和底漆的聚氨酯不同。
22. 根据权利要求19或20所述的在线测量仪表，其中，衬里和底漆至少部分由基本相同的聚氨酯制成。
23. 根据权利要求19~22之一所述的在线测量仪表，其中，无论是衬里的聚氨酯还是底漆的聚氨酯都适用于饮用水。
24. 根据权利要求19~23之一所述的在线测量仪表，其中，底漆的聚氨酯具有芳香族和/或脂肪族特别是环脂族化合物。
25. 根据权利要求19~24之一所述的在线测量仪表，其中，底漆的聚氨酯具有醚基，特别是脂族醚基。
26. 根据权利要求19-25之一所述的在线测量仪表，其中，底漆的聚氨酯具有酯基，特别是脂族酯基。
27. 根据权利要求19~23之一所述的在线测量仪表，其中，底漆的聚氨酯是使用具有金属有机化合物的催化剂而制造的。
28. 根据权利要求27所述的在线测量仪表，其中，衬里的聚氨酯和底漆的聚氨酯是使用相同的催化剂制造的。
29. 根据权利要求19~28之一所述的在线测量仪表，其中，底漆的聚氨酯是利用至少一种多组分体系制造的，该多组分体系是基于特别是芳香族和/或脂肪族的异氰酸酯特别是基于二异氰酸酯，以及基于二价醇或多价醇而形成的。
30. 根据权利要求29所述的在线测量仪表，其中，至少一个多组分体系是基于单体的和/或预聚的和/或聚合的异氰酸酯形成的。
31. 根据权利要求29或30所述的在线测量仪表，其中，至少一个多组分体系是使用二异氰酸酯，特别是使用二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、己烷二异氰酸酯(HDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)和/或异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)而制造的。
32. 根据权利要求29~31之一所述的在线测量仪表，其中，至少一个多组分体系是使用丁二醇而制造的。
33. 根据权利要求29~31之一所述的在线测量仪表，其中，用于至少一个多组分体系的醇被构造为预聚物。
34. 根据权利要求33所述的在线测量仪表，其中，醇是基于蓖麻油的预聚物。
35. 根据权利要求19~41之一所述的在线测量仪表，其中，底漆基本不含重金属。
36. 根据权利要求19~42之一所述的在线测量仪表，其中，底漆 基本不含胺。
37. 根据前述任一权利要求所述的在线测量仪表，其中，衬里的 厚度小于8mm，特别是小于4mm。
38. 根据前述任一权利要求所述的在线测量仪表，其中，底漆的 厚度小于500 pm，特别是小于300 nm。
39. 根据前述任一权利要求所述的在线测量仪表，其中，测量管 的公称直径小于等于2000 mm。
40. 根据前述任一权利要求所述的在线测量仪表，其中，测量管 的公称直径大于等于25 mm。
41. 根据前述任一权利要求所述的在线测量仪表，其中，测量传 感器包括- 设置在测量管(1)上的磁路布置，用于产生并引导磁场，该 磁场在流动的流体中感生电场；和- 测量电极(31， 32)，用于感测在流动的流体中感生的电压。
42. 用于制造特别是根据前述权利要求之一限定的在线测量仪表 的测量管的方法，其中测量管具有支持管以及在内部涂衬该支持管的 衬里，该方法包括以下步骤-形成可流动的特别是可喷射的和/或可刷涂的第一多组分体系， 该多组分体系包含异氰酸酯特别是二异氰酸酯以及二价醇或多价醇；-将第一多组分体系施加在特别是金属的支持管的内壁上，该支持管用作测量管的一个组成部分；-在支持管的内壁上固化至少部分第一多组分体系，以形成附着于支持管的底漆；-形成可流动的第二多组分体系，该多组分体系包含异氰酸酯特别是二异氰酸酯、二价醇或多价醇以及催化剂；-将第二多组分体系施加于在支持管内壁上形成的底漆上；以及 -在支持管中固化第二多组分体系，以形成衬里。
43. 根据权利要求42所述的方法，其中，第二多组分体系的催化 剂具有特别是由生理学安全的金属形成的金属有机化合物，例如有机锡化合物等。
44. 根据权利要求43所述的方法，其中，第二多组分体系的催化 剂具有有机锡化合物，特别是二正辛基锡化合物。
45. 根据权利要求44所述的方法，其中，催化剂是二正辛基二月 桂酸锡和/或二正辛基二丙二酸锡。
46. 根据权利要求42 45之一所述的方法，其中，第一和/或第二 多组分体系的预聚物具有至少两种反应活性NCO基团。
47. 根据权利要求42 46之一所述的方法，其中，第一和/或第二 多组分体系的预聚物具有芳香族和/或脂肪族异氰酸酯基团。
48. 根据权利要求42 47之一所述的方法，其中，第一和/或第二 多组分体系包含单体的和/或预聚的和/或聚合的异氰酸酯。
49. 根据权利要求42 48之一所述的方法，其中，第一和/或第二 多组分体系是使用基于二异氰酸酯的预聚物形成的。
50. 根据权利要求49所述的方法，其中，第一和/或第二多组分体 系的预聚物是基于二苯基甲焼二异氰酸酯(MDI)、己垸二异氰酸酯(HDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)和/或异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI) 形成的。
51. 根据权利要求42 50之一所述的方法，其中，第一和/或第二 多组分体系具有特别是脂肪族和/或芳香族的醚基和/或特别是脂肪族 和/或芳香族的酯基。
52. 根据权利要求42 51之一所述的方法，其中，第一和/或第二 多组分体系的醇是二醇，特别是丁二醇。
53. 根据权利要求42 51之一所述的方法，其中，第一和/或第二 多组分体系的醇是基于蓖麻油形成的预聚物。
54. 根据权利要求42 53之一所述的方法，其中，第一多组分体 系包含催化剂。
55. 根据权利要求54所述的方法，其中，第一多组分体系的催化 剂具有金属有机化合物，特别是由生理学安全的金属形成的金属有机 化合物，诸如有机锡化合物等。
56. 根据权利要求55所述的方法，其中，第一多组分体系的催化 剂具有有机锡化合物，特别是二正辛基锡化合物。
57. 根据权利要求42 56之一所述的方法，其中，该方法是在小 于100°C，特别是约25°C的工作温度下进行的。
58. 在线测量仪表的应用，用于测量管道中流动的水，特别是饮 用水的流量和/或流速，该在线测量仪表特别是根据权利要求42 57之 一所述的方法制造的根据权利要求1 41之一所述的在线测量仪表。
全文摘要
在线测量仪表的测量管(1)是利用支持管(2)和在内部涂衬该支持管的衬里(3)形成的。衬里(3)至少部分由适用于饮用水的聚氨酯构成，从而在线测量仪表自身也适于测量饮用水。为了连接衬里和支持管，还提供位于其间的同样至少部分由聚氨酯构成的底漆(4)。
文档编号G01F1/56GK101501456SQ200780027290
公开日2009年8月5日 申请日期2007年5月31日 优先权日2006年6月2日
发明者亚历山大·斯顿齐, 托马斯·祖尔策, 约翰内斯·吕歇尔 申请人:恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司