СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО ГРАДИЕНТНОГО ПОКРЫТИЯ
METHOD OF PRODUCING HEAT ISOLATION GRADIENT COAT

Изобретение относится к способу получения теплоизоляционного покрытия, используемого в промышленности, коммунальном хозяйстве и других областях, где требуется защита поверхностей от коррозии и теплозащита, в частности для защиты трубопроводов, эксплуатирующихся в районах вечной мерзлоты, под водой и при больших перепадах температур.
Известна самозатухающая полимерная композиция, включающая эпоксидную смолу, отвердитель олигоамидоамин, аммоний фосфорнокислый, порошок отвержденной фенолформальдегидной смолы и полые стеклянные микросферы (патент РФ 2220990, МПК7 C08L 63/00, C08K 13/02, C08L 61:10, C08L 77:06, C08K 5:32, C08K 7:20, опубл. 10.01.2004). Однако данная композиция не обеспечивает необходимых теплоизоляционных свойств и не предназначена для получения покрытия, а используется для заполнения участков сотовых конструкций в авиационной технике.
Известно антикоррозионное и теплоизоляционное покрытие для теплоизоляции трубопроводов теплового и водяного снабжения, выполненное из композиции, включающей полимерное связующее и полые микросферы, и содержащее в качестве полимерного связующего водоэмульсионную полимерную латексную композицию, выбранную из группы, включающей гомополимер акрилата, стирол-акрилатный сополимер, бутадиен-стирольный сополимер, полистирол, бутадиеновый полимер, полихлорвиниловый полимер, полиуретановый полимер, полимер или сополимер винилацетата или их смеси и смесь воды и поверхностно-активного вещества (патент РФ 2251563, МПК7 C09D 5/02, 5/08, опубл. 10.05.2005). Приготовленную смесь наносят на поверхность трубы с помощью валика. По прошествии суток после нанесения первого слоя на трубу наносится следующий слой покрытия. Таким образом, наносится пятислойное покрытие с общей толщиной готового слоя около 2 мм. Покрытие имеет хорошие адгезионные и физико-механические свойства. Однако технология его получения является сложной и многостадийной и требует длительных затрат времени.
3
Известна композиция для получения антикоррозионного, огнестойкого и теплоизоляционного покрытия, включающая в качестве связующего эпоксидную смолу, отвердитель, полые микросферы и вспомогательные добавки и содержащая в качестве полых микросфер смесь полых микросфер, различающихся между собой размерами в пределах от 10 до 500 мкм и насыпной плотностью в пределах от 650 до 50 кг/м, выбранных из группы, включающей полые стеклянные микросферы, полые керамические микросферы, полые полимерные микросферы, полые техногенные (зольные) микросферы или их смеси (патент РФ 2301241, МПК C09D 163/00, 5/08, 5/18, C08K 7/22, опубл. 20.06.2007). Известное покрытие является многофункциональным, выполняющим одновременно функции теплоизоляционного, огнестойкого покрытия с повышенной коррозионной стойкостью в различных агрессивных средах. Известный способ требует повышенных затрат времени для подбора микросфер различного состава с разным диаметром и различающейся плотностью.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ получения теплоизоляционного материала на основе синтактной пены, при котором дозируют исходные компоненты, смешивают два реакционно-способных компонента связующего, наполняют полученную композицию микросферами, заливают полученный компонент для получения теплоизоляционного материала и отверждают его, отличающийся тем, что наполнение каждого из реакционно-способных компонентов связующего микросферами производят раздельно, после чего смешивают наполненные реакционно-способные компоненты связующего (патент РФ 2187433, МПК7 В29С 67/20, C08J 9/32, F16L 59/02, B29K 105:04, B29L 9:00, B29L 23:00, опубл. 20.08.2002). Способ отличается тем, что в качестве микросфер используют полые стеклянные микросферы и/или полимерные микросферы, обладающие гидростатической прочностью не менее 2 МПа, а в качестве реакционно-способных компонентов связующего используют эпоксидные смолы и отвердители аминного и/или амидного типа. Однако покрытие, получаемое на основе данной композиции, не обладает достаточными теплоизоляционными свойствами, т.к. ее теплопроводность недостаточно низкая.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении теплоизоляционных свойств покрытия.
Технический результат достигается тем, что в способе получения теплоизоляционного градиентного покрытия, при котором смешивают эпоксидную смолу, отвердитель и полые стеклянные микросферы и отверждают, новым является то, что предварительно смешивают эпоксидную смолу и полые стеклянные микросферы, затем вводят отвердитель и глицидиловый эфир кислот фосфора при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
эпоксидная смола
100
глицидиловый эфир кислот фосфора
15-25
полые стеклянные микросферы
25-45
отвердитель
стехиометрическое количество.
В таблице 1 приведены примеры составов предлагаемых композиций. В таблице 2 приведены свойства предлагаемых покрытий.
В качестве эпоксидной смолы использовали смолы марок: ЭД-20, ЭД-16, ЭД-8 (ГОСТ 10587-84), Э-40 (ОСТ 10-416-76). В качестве глицидиловых эфиров кислот фосфора использовали: триглицидилфосфат (ТГФТ), диглицидилметилфосфат (ДГФТ), диглицидилметилфосфонат (ДГМФ). Все используемые глицидиловые эфиры кислот фосфора - прозрачные бесцветные нелетучие трудногорючие жидкости с низкой вязкостью (0.001-0.002 Па·с при 25°С) и содержанием эпоксидных групп 38-48% (Степашкина Л.В., Ризположенский Н.И. Синтез и свойства глицидиловых эфиров кислот фосфора. // Изв. АН СССР. Сер. хим. - 1967. №3. - С.607-610).
В качестве отвердителя использовали: моноцианэтилдиэтилентриамин (УП-0633М, ТУ 6-05-1863-78), эвтектику 4,4'-диаминодифенилметана и метафенилендиамина (УП-0638, ТУ 6-09-15-295-77), N-крезилэтилендиамин (АФ-2, ТУ 2494-511-0020333521-94), полиэтиленполиамин (ПЭПА, ТУ 6-02-594-80), изометилтетрагидрофталевый ангидрид (изо-МТГФА, ТУ 6-09-3321-73).
В качестве микросфер использовали полые стеклянные микросферы марки МСО А9 (ТУ 6-48-91-92).
Композицию получали тщательным предварительным перемешиванием эпоксидной смолы с микросферами и последующим введением глицидилового эфира и отвердителя.
Соотношение эпоксидной смолы и глицидилового эфира кислот фосфора соответствует области их несовместимости. В процессе отверждения происходит расслоение композиции, в результате чего образуется покрытие с градиентом состава и, соответственно, свойств по сечению. В верхней части покрытия образуется повышенная концентрация эпоксидной смолы и микросфер. Поверхность покрытия, состоящая в основном из эпоксидианового олигомера и микросфер, обеспечивает высокую влаго- и химстойкость покрытия и низкую теплопроводность. На металлической поверхности в нижней части покрытия образуется композиция, состоящая в основном из глицидилового эфира кислот фосфора, имеющего более низкое значение вязкости, что обеспечивает хорошую смачиваемость поверхности металла предлагаемой композицией, высокую прочность и адгезию покрытия. Кроме того, изменение состава по толщине покрытия уменьшает разницу между коэффициентами теплового расширения нижнего слоя покрытия и металлической подложки, что повышает адгезионную прочность при термоциклировании.
Отверждение композиции проводят в зависимости от активности отвердителя при температуре 18-150°С в течение 0,5-24 ч. Градиентное покрытие получают нанесением кисточкой или шпателем.
Таким образом, получаемые покрытия обладают хорошими теплоизоляционными свойствами, что позволяет с успехом применять их для защиты трубопроводов.
Таблица 1
Состав
Содержание компонентов, мас.ч., по примерам
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Эпоксидная смола
100
100
100
100
100
100
100
100
100
Глицидиловый эфир кислот фосфора
10
10
10
15
15
15
20
20
20
Микросферы
25
35
45
25
35
45
25
35
45
Аминный отвердитель
Стехиометрическое количество
Таблица 2
Свойства
Показатель по примерам
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Плотность композиции, кг/м<sup>3</sup>
320
310
300
330
310
300
340
320
310
Коэффициент теплопроводности, Вт/м·К
0.03
0.025
0.02
0.03
0.025
0.02
0.03
0.025
0.02