[发明专利]耐化学性的蒸发控制结构

说明书

发明领域

本发明涉及漂浮在液体之上以降低从该液体蒸发的水平的耐化学性结构。该液体可以是在小型容器或翁中，或者在较大的池、塘、或储罐中。该结构优选地是聚酰胺或氟聚合物的发泡材料，或者可以是具有聚酰胺或氟聚合物外层的中空的或发泡的结构。这些覆盖液体的结构可以由部分或完全覆盖该液体表面的单一的结构或者两种或更多种离散的结构组成。在该流体含有有毒的、反应性的或腐蚀性的物质的情况下，该覆盖是尤其有用的。一种优选的结构是处于约0.1至36英寸的长度/直径的聚偏二氟乙烯泡沫结构(如来自阿科玛公司(ArkemaInc)的KYNAR)。

发明背景

防止或减少从水体的蒸发是水保持的关键方面。通过蒸发损失的水不能被容易地替换，并且不可供用于人类使用、不可供用于矿业、农业或工业使用。在许多情况下，水被收集在地表水库和塘中。已经实施了许多解决方案来至少部分地覆盖这些水体的表面，由此限制蒸发。这些解决方案已经包括浮盖物、离散的漂浮模块、以及化学品单层。这些方法中的每一种都具有优点和缺点。浮盖物(一般是材料的单片)在覆盖表面的大百分比时是有效的，但是难以在大型水体上操控。化学品单层是廉价的，但是在减少蒸发上不太有效，并且可能难以与水分离。离散的漂浮元件可以用在大型水体上，易于添加和移除，但是典型地具有有限的覆盖率。常用的漂浮元件包括中空的塑料球，经常被称为“鸟球(birdball)”。这些具有有限的有效性，因为球形在相邻的球之间留下间隙。除了防止蒸发之外，覆盖物可以提供隔热性，并且还延缓有机体在水/空气界面处的生长。

已经提出了用于这些离散的漂浮元件的许多设计以提供最大的表面覆盖率，同时还解决了重叠(这浪费材料)的问题、以及风将这些单独元件推挤成簇的影响。若干专利提出了新颖的、复杂的设计，包括US3,938,338(六边形的中空漂浮物)、US8,019,208(圆形的重叠的盘)、US8,099,804(六边形或八边形的中空的棱锥形状)、US8,3442,352(允许水进入下部的六边形的中空的盘)、以及US8,393,486(气动的六边形漂浮物)。

在本领域中描述的离散的漂浮元件一般用聚烯烃(聚丙烯、高密度聚乙烯壳)制成，并且可以在内部具有聚苯乙烯或聚氨酯泡沫用于增加浮力。还可以使用聚苯乙烯珠粒、片材和其他形状。经常使用UV稳定剂来防止由于UV光暴露的劣化。可以加入碳黑用于改进的抗UV性，或者加入白色颜料(像TiO₂)来减少吸收的太阳能。

除了在水体上使用之外，漂浮覆盖元件还用作其他液体的覆盖物，包括但不限于，化学生产、阳极氧化浴池、镀锌浴池、电镀浴池、染色浴池、污水处理、废油、以及含有化学物质或有毒物质的废物塘。

环保机构，如USEPA，已经关注有害的气味、以及与从这些化学品和废物塘中的许多的蒸发有关的危害物。

目前用作流体覆盖物的聚烯烃、聚苯乙烯、以及聚氨酯的问题是它们具有有限的耐化学性，并且当暴露于酸、碱、氧化剂以及其他强的并且高反应性的化学品时倾向于反应并且劣化。这些聚合物具有较差的耐UV辐射性。此外，这些聚合物是相当可燃的。

氟聚合物、并且特别地聚偏二氟乙烯(PVDF)由于其高的耐化学性、耐气候性、耐渗透性和抗燃性而已知。不幸地，在1.77g/cm³的密度下，PVDF不易于漂浮在水或许多其他流体上。聚酰胺也具有对于许多化学品的高耐受程度，尽管不与氟聚合物的一样好。在1.13-1.35g/cm³的密度下，这些材料也将不能漂浮在水、或大多数其他流体上。

已经提出了将中空的漂浮的聚偏二氟乙烯球体用于此应用，但是复杂的制造方法以及固体PVDF的成本使得使用这些PVDF球体用作液体覆盖物是不希望的。

US8,277,913和US2012-0045603描述了自支撑的发泡氟聚合物结构。通过使用特定的发泡技术，有可能生产出具有低于需要覆盖的流体的目标密度的密度(即对于水低于1.0g/cm³)的发泡的氟聚合物结构。US2013-0108816描述了发泡的氟聚合物泡沫芯结构。