JP2008506928A - 生物付着を防止する地震ストリーマアセンブリおよびその形成方法 - Google Patents

Abstract

２部材の加熱硬化型シリコーンエラストマー（１２０）がコーティングされた可撓性管材（１１０）により形成された生物付着を防止する地震ストリーマのケーシング（１００、１００´）が提供される。該地震ストリーマのケーシング（１００、１００´）は、可撓性管材を供給し（２００）、該管材の外側表面を前処理し（２１０）、２部材からなるシリコーンエラストマーを混合し（２２０）、該混合された２部材のシリコーンエラストマーを管材にコーティングし（２３０）、該管材を加熱してコーティングを硬化させる（２４０）ステップを含む方法により形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、生物付着防止コーティングに関する。具体的には、本発明は地震ストリーマのケーシングを形成するために用いる可撓性管材に施す生物付着防止コーティングに関する。さらに本発明は、地震ストリーマのケーシングの形成方法に係り、２部材からなる加熱硬化型（ｈｅａｔ ｃｕｒｅｄ）シリコーンエラストマーを、コーティングとの接着性を高めるために前処理された可撓性管材に適用する方法に関する。

船体への海洋生物付着は、何世紀にも及ぶ問題となっている。近年では、海中センサやロボットシステムが長期間にわたってますます使用されるようになっており、生物付着の制御はより重要性を増している。歴史的には、生物付着防止コーティングは、殺生物剤を用いており、コーティングから長期間浸出する殺生物剤の海洋生物に対する毒性によって、生物付着の定着を防止していた。この制御方法には、数多くの問題が存在する。まず第一に、殺生物剤は浸出により消耗されるため、コーティングの生物付着耐性は時とともに減少する。さらに、有毒なコーティングは、造船所労働者の毒物暴露の危険性を高め、有害廃棄物の処理問題を引きおこし、海洋生物に有害な環境影響を与える。

ある種のエラストマーをベースとしたコーティングを使用して、付着生物の強力な接着に適さない表面を提供することにより、耐付着性が付与される。シリコーンコーティングは、本来的には非接着性ではあるが、１つ以上の中間プライマー層を使用することにより、シリコーンコーティングと比較的硬い基材との十分な接着を提供することは可能であり、たとえば船体のような基材と、シリコーンの外層とを接着することができる。これらのシステムで伝統的に使用されているシリコーンエラストマーは、常温加硫型（縮合硬化型）シリコーンエラストマーである。

出願人の知る最良の従来技術としては、米国特許第２９８６４７４号、第３９７３５１０号、第３９８７５３７号、第４０２５６９３号、第４０７２７６９号、第４３１２６９３号、第４８４４９８６号、第４８９４２５４号、第５４４９５５３号、第５６９１０１９号、第６１０１９７３号、第６２２１４９８号、第６３４８２３７号、第６４０３１０５号、第６５７０８２１号、米国出願公開第２００１／００３２５６８号および第２００４／００１７７３１号がある。しかしながら、いかなる従来技術のシステムも、生物付着を防止するために可撓性管材に適用される、２部材からなる加熱硬化型シリコーンエラストマーについては開示していない。また、周知の従来技術は、シリコーンエラストマーの生物付着防止コーティングを、連続的な自動工程で適用する方法についても開示していない。
米国特許第２９８６４７４号 米国特許第３９７３５１０号 米国特許第３９８７５３７号 米国特許第４０２５６９３号 米国特許第４０７２７６９号 米国特許第４３１２６９３号 米国特許第４８４４９８６号 米国特許第４８９４２５４号 米国特許第５４４９５５３号 米国特許第５６９１０１９号 米国特許第６１０１９７３号 米国特許第６２２１４９８号 米国特許第６３４８２３７号 米国特許第６４０３１０５号 米国特許第６５７０８２１号 米国出願公開第２００１／００３２５６８号 米国出願公開第２００４／００１７７３１号

２部材からなる加熱硬化型シリコーンエラストマーの層でコーティングされ、これにより生物付着を防止する可撓性管材を含む地震ストリーマケーシングが提供される。地震ストリーマケーシングは、可撓性管材を供給するステップと、２部材からなるシリコーンエラストマーの２部材を混合するステップを含む方法によって、形成される。さらに、この方法は、混合した２部材のシリコーンエラストマーを、可撓性管材にコーティングするステップと、コーティングされた可撓性管材を加熱してコーティングを硬化するステップを含む。

図１には、地震ストリーマ２０を牽引する地震調査船１０が示されている。海中地質調査や石油探査は、船１０のような船舶を用いて行われるが、そこでは、船から発信され、水中を通過して海底を貫通する音響パルスが使用される。そして、反響返信信号を船１０の後ろに牽引した１つ以上の地震ストリーマ２０で受信する。船は、典型的に、５つから８つの可撓性管構造からなる、一連の地震ストリーマを牽引する。この可撓性管構造は、オイルまたは浮力のある固体と、反響返信信号を受信するための多数のセンサとが充填されている。オイルは、地震ストリーマに浮力を追加し、また誘電体としても機能する。

地震ストリーマは、一層以上の層で形成されるケーシングを有する。多層構造の最も外側の層を、ストリーマを組立る際に、基礎となる管構造に被覆されるシースとすることができる。基礎となる管構造は、オイルを充填した管でもよいし、コア内に内部電子アセンブリをモールド形成したソリッドコアでもよい。他の管またはソリッドコアに被覆されるシースであるにせよ、それ自体センサや浮力のある物質で満たされた単層または多層の管であるいにせよ、ここで地震ストリーマケーシングという場合、それは、地震ストリーマアセンブリの管構造の最も外側を意味する。

地震ストリーマのケーシングは、ポリウレタンのような可撓性のプラスチック材で形成され、典型的には、およそ５〜６．４ｃｍ（２〜２．５ｉｎｃｈ）の直径を有する。地震ストリーマの長さは、約３０．５ｍ（１００ｆｔ）程度であるが、石油探査に一般に使用される地震ストリーマの場合は、およそ１０〜１５ｋｍの長さを有する。地震ストリーマは、およそ約１．５〜４．６ｍ（５〜１５ｆｔ）の深さで水中を牽引され、およそ８ヶ月間水中にとどまる。

ポリウレタンのような素材は、容易には接着できない表面を有してはいるものの、それでも生物付着は起こる。ツルアシ類の地震ストリーマへの付着は、容認できないレベルの流体力学的障害を引きおこし、牽引されている地震ストリーマのポジショニングを混乱させるため、音響信号の受信に悪影響を与える。こうした問題を克服するため、本発明は、図２に示すような地震ストリーマケーシング１００を提供する。地震ストリーマケーシング１００は、２部材からなる加熱硬化型シリコーンエラストマーで形成された外層１２０を有する可撓性管材１１０を含む。シリコーンエラストマー層１２０は、約０．００２５〜５ｍｍ（０．０００１〜０．２ｉｎｃｈ）の厚さである。およそ０．８〜６．４ｍｍ（１／３２〜１／４ｉｎｃｈ）の厚さを有する管材１１０の可撓性の壁が、貫通孔１０５を包囲しており、この貫通孔の中に、オイルおよび地震ストリーマの器具が入れられる。管材１１０は、可撓性に加えて、弾性をも有する材料によって形成されるが、この材料は、地震ストリーマ内に含まれるオイルとの接触による劣化を回避するため、炭化水素耐性である必要がある。管材１１０は、ウレタン、ポリウレタン、塩化ポリビニルなどの材料で形成されるが、中でもポリウレタンは、石油探査に使用される地震ストリーマにおいて、最も広汎に用いられる素材である。

前述したように、管材１１０の表面は、他の材料とあまり強力に接着しない。同様に、シリコーンエラストマーも、一般的に、強い接着性を示さない。この欠点を克服するため、何らかの前処理を施して、シリコーンエラストマーと管材１１０とが強力に接着するようにする。図２に示す実施例の場合、施される前処理はいずれも、管材１１０の表面を凹凸とする物理的変形である。管材１１０への利用に適した前処理の種類については、後述する。

図３に示す構成において、地震ストリーマケーシング１００´は、貫通孔１０５および２部材からなる加熱硬化型シリコーンエラストマー１２０を有する、同様の管材１１０で形成される。これ加えて、地震ストリーマケーシング１００´は、中間層１１５を含み、シリコーンエラストマーと、管材１１０を形成する可撓性組成物の外側面との接着を高めるための結合コートを形成している。この結合コート１１５は、市販されている製品であり、シリコーンエラストマーの接着強度と硬度を増加させる。１層以上の結合コート層の使用と、物理的な表面変形とを併用すれば、層間の接着をさらに高めることが可能である。しかしながら、管材１１０の可撓性は、従来的にシリコーンエラストマーが生物付着防止コーティングとして適用されてきた硬い基材の場合と異なり、結合コート組成物が同様に可撓性であることが要求される。従って、海中用に従来使用されてきた結合コート組成物は、必要とされる可撓性を有しておらず、地震ストリーマケーシングを形成するための使用には適さない。接着性の組成物をベースとしたウレタンまたはポリウレタンで構成される結合コート組成物が、結合コート１１５には使用される。

図４には、本発明の地震ストリーマケーシングの形成方法を表すブロック図が示されている。ステップ２００において、可撓性管材が供給される。前述したように、最近はポリウレタンの管材が、地震ストリーマ用の材料として一般に使用されている。管材は、エンドユーザがそのまま使用できるよう、予め定められた長さ、たとえば４０〜１５０００ｍで提供される。代替的に、管材をより長く提供して、硬化プロセスの後で所望の長さに切断することもできる。可撓性管材を前処理して、エラストマーとの接着強度を向上させる場合は、次のステップは２１０であるが、そうでない場合は、この工程を飛ばしてステップ２２０に移る。

ステップ２１０において、可撓性管材は、シリコーンエラストマーコーティングとの接着を強化するため前処理される。前処理は、機械的または化学的手段により、可撓性管材表面の物理的特性を変化させることにより行う。機械的な表面処理手段としては、研磨による表面のエッチング、レーザアブレーション、微粒子または液体ブラスティング、またはプラズマ処理等がある。周知の数ある技術による化学エッチング液もまた、可撓性管材の表面特性を物理的に変化させるために用いることができる。ステップ２１０の前処理プロセスは、付加的または代替的に、プライマーとして結合コート層を塗布するステップを含む。

ステップ２２０において、シリコーンエラストマーの２部材であるＡとＢが混合される。シリコーンエラストマーの２部材ＡおよびＢは、ポリシロキサンポリマーおよびプラチナ触媒である。本発明の実施に適したシリコーンエラストマーは、市販されている。ダウ・コーニング・コーポレーション（Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）の商品名Ｓｉｌａｓｔｉｃ５９０、５９１、５９３、５９４、５９５、およびゼネラル・エレクトリック・カンパニーの商品名ＳＬＥ５１０００、ＳＬＥ５３００、ＳＬＥ５４００、ＳＬＥ５５００、ＳＬＥ５６００などである。

ステップ２３０において、混合したシリコーンエラストマーで可撓性管材をコーティングする。混合したシリコーンエラストマーで可撓性管材をコーティングする方法については後述するが、これには、スプレー法、ブラッシング法、浸漬コーティング、押し出しコーティングおよびフローコーティングなどがある。コーティング工程に入る際に、管材を加圧すれば、可撓性管材は全長にわたって一定で均一の外形を維持できるようになるため、コーティング工程の精度が向上する。コーティングに続くステップ２４０において、コーティングされた管材は、シリコーンエラストマーコーティングの硬化を促進および／または加速するため、予め定められた時間（１分〜３０分以内）、９３〜２６０℃（２００〜５００゜Ｆ）の温度の熱に暴露される。

図５には、本発明の地震ストリーマケーシングを形成するための形成工程がブロック図で示されている。この工程は、可撓性管材３００を供給することから始まる。可撓性管材３００は、必要とされる長さに応じて、スプールに巻いて提供される。管材をスプールから解き、後に塗布されるシリコーンエラストマーと管材の接着を強化するため、前処理を施す。前処理３１０は、前述したように、様々な方法で行うことができる。本発明の実施例の１つにおいては、ポリウレタンの管基材の表面を加工するため、プラズマ処理を行う。管材の外側表面は、対称に配置された多数の電極付近を通過し、高電圧のコロナ放電に暴露される。

前処理ステップの後、ステップ３２０において、管材の両端をシールして加圧し、エラストマーのコーティングを行うために、均一な円筒状の外形を維持できるようにする。可撓性管材の加圧は、コーティングの際に、管材が円環状の断面形状を維持するのに役立ち、このような管材形状により均一にコーティングが行える。ステップ３３０においては、シリコーンエラストマーによるコーティングを行う。前述したコーティング方法のいずれを使用することも可能であるが、前処理したポリウレタン管基材のコーティングには、ディップコーティングのヴァリエーションよるコーティングが首尾よく使用できたため、図７の工程との関連で、この方法について後述する。

ステップ３３０でシリコーンエラストマーによるコーティングを行った後、ステップ３４０では、コーティングした管材に硬化炉を通過させ、シリコーンエラストマーを熱して、その加硫を促進および／または加速する。硬化炉は、シリコーンエラストマーを、９３〜２６０℃（２００〜５００゜Ｆ）の温度で、１分〜３０分間熱する。

図６には、形成工程の代替的な変更例が示されている。図６においては、管材のシールおよび加圧ステップ３２０は、可撓性管材がまだ実質的にリールに巻かれている状態で行われる。この形成方法においては、前処理ステップ３１０に先立って、可撓性管材の加圧を行う。可撓性管材への加圧により、管材の断面形状は実質的に一定に維持されるため、コーティング工程の場合と同様に、表面処理を管材の表面全体に均一に行えるようになる。物理的な表面処理の均一性は、可撓性管材とシリコーンエラストマーとの接着力の向上に貢献する。このように、管基材への加圧は、生物付着を防止する地震ストリーマケーシングを形成するための可撓性管材処理工程において、重要な役割を果たしている。その後に行われる前処理３１０、シリコーンエラストマーによるコーティング３３０、加熱硬化３４０の各工程は、前述の場合と同様である。

図７には、地震ストリーマケーシングの形成工程の一例が、図式的に示されている。本発明の地震ストリーマを提供するための工程は、前述した本発明の方法の各ステップを、逐次的に遂行する連続工程である。図７に示される実施例の形成工程において、これから処理されようとしている可撓性管材４１２は、供給スプール４１０に巻かれている。処理工程を開始するに先立って、スプールに巻かれた状態のまま、管材の両端はシールされ、圧縮流体源４００によって加圧される。加圧流体源は、エアコンプレッサ、窒素または空気などのガスの圧縮ボトルである。加圧流体は、液体であってもよい。管材の加圧に液体を用いる場合、その液体が地震ストリーマ用オイルまたはオイル融和性のある液体でない限り、液体を排出し、管材の内側を乾かすステップを追加する必要がある。

加圧された可撓性管材４１２は、まず前処理チャンバ４２０を通過する。前述したように、前処理方法の１つとして首尾よく使用されたのはプラズマ処理であるが、研磨、レーザーアブレーション、化学エッチングといった表面を物理的に変化させるその他の方法を使用することも可能である。前処理を済ませた管材４２２は、前処理チャンバからコーティングタンク４３０へと移動する。前処理済管材４２２は、タンクの底端に位置するシールを通過して、コーティングタンク４３０を垂直に移動する。コーティングタンク４３０は、エラストマーサプライ４４０から供給を受けるが、部材ＡおよびＢは、コーティングタンク４３０へと供給される前に、エラストマーサプライ４４０で混合される。

コーティングされた管材４３２は、垂直のまま硬化炉４５０に入り、ここで管材は、シリコーンエラストマーを硬化するのに必要とされる時間、９３〜２６０℃（２００〜５００゜Ｆ）の範囲の適切な硬化温度に維持される。従って、必要とされる硬化時間が２０分であり、管材が毎分０．３ｍ（１ｆｔ）の速度で移動する場合、管材が硬化温度に十分に暴露されるためには、硬化炉の全長はおよそ６ｍ（２０ｆｔ）必要ということになる。硬化炉４５０を出た地震ストリーマケーシング４５２は、その後エンドユーザへと輸送するため、巻きスプール４６０に巻かれる。供給スプール４１０は、単数のストリーマ用の全体長さの管材を運搬する場合もあるし、複数のストリーマ用に十分量の管材を運搬する場合もある。供給スプールが、複数のストリーマ用の材料を運んでいる場合、硬化炉４５０と巻きスプール４６０との間に切断作業を挿入し、複数の巻きスプール４６０のそれぞれに、単数の地震ストリーマケーシングを巻くようにする。

これまで本発明を、特定の形態およびその実施形態との関連で説明してきたが、上述した他にも、本発明の主旨および範囲を逸脱することなく、様々な変更が可能である。ここに示され記述された要素または工程ステップは、同等の要素または工程ステップに置き換えることができ、ある特徴を、その他の特徴と独立して単独使用することもでき、また、場合によっては、要素または工程ステップの順序を逆にしたり、挿入したりすることも可能であるが、これらすべては、添付する請求の範囲に示される本発明の思想および範囲を逸脱するものではない。

本発明が使用される海洋地震探査システムを示す。 本発明の地震ストリーマケーシングの断面図である。 本発明の地震ストリーマケーシングのもう１つの構成を示す断面図である。 本発明の方法のブロック図である。 本発明の形成工程を示すブロック図である。 本発明の形成工程のヴステップァリエーションを示すブロック図である。 本発明の地震ストリーマケーシングを形成する方法の略図である。

符号の説明

１０ 地震調査船
２０ 地震ストリーマ
１００、１００′ 地震ストリーマケーシング
１０５ 貫通孔
１１０ 可撓性管材
１１５ 中間層
１２０ シリコーンエラストマー層
４００ 圧縮流体源
４１０ 供給スプール
４１２ 可撓性管材
４２０ 前処理チャンバ
４３０ コーティングタンク
４４０ エラストマーサプライ
４５０ 硬化炉
４６０ 巻きスプール

Claims (17)

1. ２部材からなる加熱硬化型シリコーンエラストマーの層でコーティングされ、これにより生物付着を防止する可撓性管材からなる地震ストリーマケーシング。
2. 前記可撓性管材がポリウレタンで形成される、請求項１に記載の地震ストリーマケーシング。
3. ａ．管材を供給するステップと、
   ｂ．２部材からなるシリコーンエラストマーの２部材を混合するステップと、
   ｃ．上記混合された２部材からなるシリコーンエラストマーを上記管材にコーティングするステップと、
   ｄ．上記コーティングされた管材を加熱するステップとからなる地震ストリーマケーシングを形成する方法。
4. 前記管材を供給するステップは、管材の表面を前処理するステップを含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記前処理ステップに先立って、上記管材を加圧する、請求項４に記載の方法。
6. 前記前処理ステップは、上記管材上に粗面を形成するステップを含む、請求項４に記載の方法。
7. 前記コーティングステップに先立って、管材の加圧ステップを行う、請求項３に記載の方法。
8. 前記コーティングステップは、混合された２部材からなるシリコーンエラストマーを上記管材にスプレーするステップを含む、請求項３に記載の方法。
9. 前記コーティングステップは、混合された２部材からなるシリコーンエラストマーを上記管材にブラッシングするステップを含む、請求項３に記載の方法。
10. 前記コーティングステップは、混合された２部材からなるシリコーンエラストマーを上記管材に浸漬コーティングするステップを含む、請求項３に記載の方法。
11. 前記浸漬コーティングステップは、混合された２部材からなるシリコーンエラストマーのタンクを、上記管材が実質的に垂直に通過するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記コーティングステップは、混合された２部材からなるシリコーンエラストマーを上記管材にフローコーティングするステップを含む、請求項３に記載の方法。
13. 前記コーティングステップは、混合された２部材からなるシリコーンエラストマーを上記管材にスプレーするステップを含む、請求項７に記載の方法。
14. 前記コーティングステップは、混合された２部材からなるシリコーンエラストマーを上記管材にブラッシングするステップを含む、請求項７に記載の方法。
15. 前記コーティングステップは、混合された２部材からなるシリコーンエラストマーを上記管材に浸漬コーティングするステップを含む、請求項７に記載の方法。
16. 前記コーティングステップは、混合された２部材からなるシリコーンエラストマーを上記管材にフローコーティングするステップを含む、請求項７に記載の方法。
17. 前記浸漬コーティングステップは、混合された２部材からなるシリコーンエラストマーのタンクを、上記管材が実質的に垂直に通過するステップを含む、請求項１４に記載の方法。

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