ОГНЕСТОЙКОЕ ТЕПЛОЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
FIRE-RESISTANT THERMAL-PROTECTIVE COATING AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF

Изобретение относится к огнестойким теплозащитным покрытиям для поверхностей различной природы и формы, требующих тепло- и огнезащиты, применяемым в различных отраслях промышленности: в качестве пожаробезопасного теплозащитного покрытия трубопроводов тепловых сетей, котлов и других тепловых аппаратов; для покрытия оборудования с целью защиты персонала от контактных ожогов горячими металлическими поверхностями; в качестве антиконденсатного и антикоррозионного покрытия трубопроводов холодного водоснабжения, холодильного оборудования, эксплуатируемого в помещениях с неблагоприятным влажностно-температурным режимом; для наружной теплоизоляции зданий и сооружений и внутренней обработки помещений с целью предотвращения обмерзания и сырости стен.
Известно теплоизоляционное покрытие, выполненное из композиции, включающей следующие компоненты: связующее из группы, включающей сухой сополимерный редиспергируемый порошок или смесь его с сухим редиспергируемым жидким стеклом и/или с цементом, полые микросферы (боросиликатное стекло), воду и наполнитель (пат. RU №2318782, МПК С04В 111/20, опубл. 10.03.2006 г.).
Недостатком известного покрытия является необходимость приготовления состава непосредственно перед применением путем смешения сухого продукта с водой при плюсовой температуре, что делает невозможным работу на открытом воздухе при минусовых температурах, а также слеживание продукта с течением времени и при увлажнении.
Известно огнестойкое теплозащитное покрытие, полученное на основе полимерных связующих - фенольно-фурфурольно-формальдегидной смолы, сополимера винилхлорида с акрилонитрилом, эпоксидной диановой смолы, пластификатора - фосфполиола, порообразователя - ацетона, наполнителей - перлита, талька, слюды, отвердителя - раствора гексаметилентетрамина в алифатическом спирте (пат.RU №2215765, МПК C04D 161/14, опубл. 10.11.2003 г.).
Недостатком предложенного состава является использование органических растворителей - ацетона, алифатического спирта, ухудшающих экологическую обстановку, создающих пожароопасность при изготовлении и применении композиции, особенно при использовании в закрытых помещениях, а также использование перлита и ацетона в качестве пористых наполнителей. Предложенный состав приводит к созданию системы с открытыми порами, что приводит к увеличению влагоемкости при конденсации паров воды и ухудшению теплозащитных свойств.
Известна композиция для получения антикоррозионного, огнестойкого и теплоизолирующего покрытия, включающая жидкое натриевое или калиевое стекло, наполнитель - смесь полых микросфер, неионогенное поверхностно-активное вещество, армирующий наполнитель - вспученный вермикулит или асбестовые нити, двуокись титана (пат.RU №2288927, МПК C04D 1/02, опубл. 10.12.2006 г.).
Недостатком данной композиции является повышенное водопоглощение покрытия, связанное с гидрофильностью жидкого стекла и присутствием поверхностно-активного вещества, жесткость системы, вероятность появления трещин и снижение основного свойства покрытия - теплозащиты.
Известна теплозащитная композиция, включающая неорганическое связующее - алюмокремнезоль, полые стеклянные микросферы, дополнительно органическое связующие, выбранное из группы водных дисперсий полимеров акрилата, бутадиена, полиуретана, винилацетата, сополимеров акрилата со стиролом, бутадиенстирольного сополимера, поливинилового спирта и их смесей, вспомогательные компоненты - красящие пигменты, полифосфат аммония и гидросил, а также двуокись титана (пат.RU №2400506, МПК C09D 1/00, опубл. 27.09.2010 г.).
Недостатком данной композиции является ее горючесть, выделение при этом резкого запаха и копоти и ограничение по температурному диапазону эксплуатации (до 150°C).
Наиболее близкой по технической сущности является краска-покрытие термо-, огне-, атмосферостойкая, содержащая в своем составе, мас.ч.: связующее, представляющее собой растворы акриловых сополимеров и/или кремнийорганических смол в органическом растворителе (10-25), дополнительное связующее в виде органорастворимых полиуретанов (5-15), наполнитель, выбранный из группы микроволластонит, каолин, микромрамор, микрослюда и/или инертные баритовые наполнители (10-30), модифицирующие добавки, выполненные в виде керамических и/или стеклянных шариков размером 20-150 мкм (10-30), антипиреновую добавку (10-20) и пигмент (2-4) (пат.RU №2382803, МПК C09D 5/08, опубл. 27.02.2010 г.).
Недостатком известной краски-покрытия является наличие в ее составе органических растворителей и высокое дымообразование при воздействии открытого пламени.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание энергосберегающего теплозащитного покрытия - негорючего, термостойкого (до 750°C), с повышенной адгезией к поверхностям различной природы - металлическим, бетонным, оштукатуренным, кирпичным, а также улучшение экологических свойств и упрощение технологии получения покрытия.
3
Технический результат достигается тем, что огнестойкое теплозащитное покрытие, выполненное из состава, включающего акриловую дисперсию, наполнитель - замкнутые негорючие стеклянные полые микросферы размером от 20 до 200 мкм, представляющие собой легкосыпучий порошок с насыпной плотностью 0,18-0,30 г/см, каолин, борат цинка, неорганическое связующее, представляющее собой композицию жидкого натриевого стекла и наноразмерного гидроксида кремния, модифицированного алюминатом натрия (далее по тексту алюмокремнезоль марки КЗ-АЛ), вспомогательные компоненты - диоксид титана, перлит, функциональные добавки - гидроксид алюминия, декабромдифенилоксид, пластификатор C-3, отвердитель - кремнефторид натрия, а также воду при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: алюмокремнезоль марки КЗ-АЛ - 6,00-15,00, жидкое натриевое стекло - 7,00-20,00, акриловая дисперсия - 3,20-4,90, замкнутые негорючие стеклянные полые микросферы размером от 20 до 200 мкм - 14,00-29,00, декабромдифенилоксид - 3,00-3,80, борат цинка - 1,40-2,72, гидроксид алюминия - 2,60-5,50, пластификатор С-3 - 0,15, каолин - 4,00-8,00, диоксид титана - 0,40, кремнефторид натрия - 0,70-2,00, вода - 17,55-44,90.
Отличительным признаком предлагаемого огнестойкого теплозащитного покрытия является наличие в составе неорганического связующего алюмокремнезоля марки КЗ-АЛ и сочетание функциональных добавок - декабромдифенилоксида, бората цинка и гидроксида алюминия, обеспечивающих огнестойкость и высокий уровень теплозащиты, а также отвердителя.
Неорганическое связующее представляет собой композицию из алюмокремнезоля марки КЗ-АЛ с низким содержанием оксида натрия (ТУ 2145-138-00209600-2012, ОАО «КазХимНИИ» г. Казань) и жидкого натриевого стекла (ГОСТ 13078-81, пос. Кукмор РТ). Уменьшение содержания оксида натрия в гидрозоле оксида кремния в результате модификации ионом алюминия повышает устойчивость к растрескиванию и водостойкость покрытия. Гидрозоли оксида кремния представляют собой водные коллоидные системы с наноразмерными частицами. Размер частиц составляет от 7 до 10 нм в зависимости от марки гидрозоля. Увеличение содержания жидкого натриевого стекла повышает огнестойкость и термостойкость покрытия. Использование неорганического связующего с наноразмерными частицами придает теплозащитному покрытию повышенные свойства негорючести, теплозащиты и адгезии к поверхностям различной природы.
Акриловая дисперсия выступает в роли органического связующего и выбрана из группы водных дисперсий полимеров акрилата, бутадиена, полиуретана, винилацетата, сополимеров акрилата со стиролом, бутадиенстирольного сополимера, поливинилового спирта и их смесей (Акриловая дисперсия "Акрэмос 101" ТУ 2241-124-05757593-2000, ООО «Опытный завод акриловых дисперсий», Нижегородская область).
Сочетание наноразмерных частиц неорганического связующего и акриловой дисперсии, представляющей собой раствор органического полимера, повышает прочность, адгезию, эластичность, устойчивость к растрескиванию покрытия.
Функциональный наполнитель - замкнутые негорючие стеклянные полые микросферы размером от 20 до 200 мкм марки МС или МС-В (ТУ 6-48-91-92, ОАО «НПО Стеклопластик» НПК «Терм»), МС-А, АСМ-500. Смесь стеклянных полых микросфер с нулевым водопоглощением создает в композиции большой объем недоступного для воды изолированного пространства, заполненного разреженным газом и, как следствие, высокие теплозащитные свойства. Использование замкнутых негорючих стеклянных полых микросфер размером от 20 до 200 мкм придает покрытию устойчивость теплозащитных свойств при увлажнении покрытия.
Вспомогательные компоненты: диоксид титана (ГОСТ 9808-84, ЗАО "Химэкс"), каолин (ГОСТ 19608-84, ЗАО "Химэкс"), перлит (ГОСТ 10832-2009, ООО «Перлит») придают покрытию светоотражательные, эстетические свойства, устойчивость к растрескиванию.
Функциональные добавки: декабромдифенилоксид (ТУ 6-22-43-79, ЗАО "Химэкс"), гидроксид алюминия (ТУ 6-47-107-88 изм.1, ЗАО "Химэкс"), борат цинка (ТУ 2146-001-61914412-2010, ООО «НеоСинтез»), представляющие собой антипирены и пластификатор С-3 (ТУ 5745-001-97474489-2007, ООО «Компонент»).
Отвердитель - кремнефторид натрия (ТУ 113-08-587-85, Волоковские минеральные удобрения «ФОСАГРО»).
Преимуществом предлагаемого огнестойкого теплозащитного покрытия является отсутствие в его составе органических растворителей. Экологически чистое покрытие применяется для наружных и внутренних работ.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
В смеситель при постоянном перемешивании поочередно вводят небольшими порциями неорганическое и органическое связующие, затем последовательно добавляют функциональный наполнитель, функциональные добавки, вспомогательные компоненты и необходимое количество воды для получения массы определенной плотности. Перемешивание осуществляют при комнатной температуре до достижения однородного состава смеси. Отвердитель вводят в готовый состав непосредственно перед нанесением на поверхность, в случаях возможного при эксплуатации контакта с водой или атмосферой с повышенной влажностью.
Ингредиенты добавляют в следующем порядке и соотношении: алюмокремнезоль марки КЗ-АЛ - 4,00 мас.ч., жидкое натриевое стекло - 5,00 мас.ч., акриловая дисперсия «Акрэмос 101» - 12,00 мас.ч., замкнутые негорючие стеклянные полые микросферы размером от 20 до 200 мкм - 14,00 мас.ч., декабромдифенилоксид - 3,50 мас.ч., борат цинка - 2,10 мас.ч., гидроксид алюминия - 3,35 мас.ч., перлит - 4,00 мас.ч., пластификатор С-3 - 0,15 мас.ч., каолин - 4,00 мас.ч., диоксид титана - 0,40 мас.ч., кремнефторид натрия - 0,50 мас.ч., вода - 47,00 мас.ч.
Пример 2
По способу, указанному в примере 1, изготавливают состав, включающий алюмокремнезоль марки КЗ-АЛ - 6,00 мас.ч., жидкое натриевое стекло - 20,00 мас.ч., акриловую дисперсию «Акрэмос 101» - 4,00 мас.ч., замкнутые негорючие стеклянные полые микросферы размером от 20 до 200 мкм - 23,00 мас.ч., декабромдифенилоксид - 3,80 мас.ч., борат цинка - 1,40 мас.ч., гидроксид алюминия - 5,50 мас.ч., перлит - 4,30 мас.ч., пластификатор С-3 - 0,15 мас.ч., каолин - 8,00 мас.ч., диоксид титана - 0,40 мас.ч., кремнефторид натрия - 2,00 мас.ч., вода - 21,45 мас.ч.
Пример 3
По способу, указанному в примере 1, изготавливают состав, включающий алюмокремнезоль марки КЗ-АЛ - 10,00 мас.ч., жидкое натриевое стекло - 14,00 мас.ч., акриловую дисперсию «Акрэмос 101» - 3,20 мас.ч., замкнутые негорючие стеклянные полые микросферы размером от 20 до 200 мкм - 18,00 мас.ч., декабромдифенилоксид - 3,00 мас.ч., борат цинка - 1,75 мас.ч., гидроксид алюминия - 2,60 мас.ч., перлит - 6,00 мас.ч., пластификатор С-3 - 0,15 мас.ч., каолин - 5,20 мас.ч., диоксид титана - 0,40 мас.ч., кремнефторид натрия - 1,40 мас.ч., вода - 34,30 мас.ч.
Пример 4
По способу, указанному в примере 1, изготавливают состав, включающий алюмокремнезоль марки КЗ-АЛ - 12,00 мас.ч., жидкое натриевое стекло - 12,00 мас.ч., акриловую дисперсию - 4,60 мас.ч., замкнутые негорючие стеклянные полые микросферы размером от 20 до 200 мкм - 29,00 мас.ч., декабромдифенилоксид - 3,80 мас.ч., борат цинка - 2,70 мас.ч., гидроксид алюминия - 4,00 мас.ч., перлит - 7,60 мас.ч., пластификатор С-3 - 0,15 мас.ч., каолин - 5,00 мас.ч., диоксид титана - 0,40 мас.ч., кремнефторид натрия - 1,20 мас.ч., вода - 17,55 мас.ч.
Пример 5
По способу, указанному в примере 1, изготавливают состав, включающий алюмокремнезоль марки КЗ-АЛ - 15,00 мас.ч., жидкое натриевое стекло - 7,00 мас.ч., акриловую дисперсию «Акрэмос 101» - 4,90 мас.ч., замкнутые негорючие стеклянные полые микросферы размером от 20 до 200 мкм - 14,00 мас.ч., декабромдифенилоксид - 3,50 мас.ч., борат цинка - 2,10 мас.ч., гидроксид алюминия - 3,35 мас.ч., пластификатор С-3 - 0,15 мас.ч., каолин - 4,00 мас.ч., диоксид титана - 0,40 мас.ч., кремнефторид натрия - 0,70 мас.ч., вода - 44,90 мас.ч.
Пример 6
По способу, указанному в примере 1, изготавливают состав, включающий алюмокремнезоль марки КЗ-АЛ - 20,00 мас.ч., жидкое натриевое стекло - 23,00 мас.ч., акриловую дисперсию «Акрэмос 101» - 3,00 мас.ч., замкнутые негорючие стеклянные полые микросферы размером от 20 до 200 мкм - 15,00 мас.ч., декабромдифенилоксид - 3,50 мас.ч., борат цинка - 2,10 мас.ч., гидроксид алюминия - 3,35 мас.ч., перлит - 5,45 мас.ч., пластификатор С-3 - 0,15 мас.ч., каолин - 7,00 мас.ч., диоксид титана - 0,40 мас.ч., кремнефторид натрия - 2,30 мас.ч., вода - 14,75 мас.ч.
Готовый состав представляет собой однородную пастообразную массу. Состав прост в использовании, легко разбавляется водой и может быть нанесен на поверхность кистью, шпателем, а также механическими способами. После нанесения на поверхность и высыхания образуется водостойкое негорючее теплозащитное покрытие. Толщина готового покрытия составляет от 1 до 3 мм в зависимости от назначения.
Составы для получения огнестойкого теплозащитного покрытия приведены в таблице 1.
Результаты сравнительных испытаний огнестойкого теплозащитного покрытия, изготовленного по примерам 1-6, приведены в таблице 2.
Наилучшие результаты были получены при изготовлении покрытий, составы которых представлены в примерах 2, 3, 4 и 5. Заявленные пределы содержания органических и неорганических связующих обусловлены тем, что уменьшение (пример 1) или увеличение (пример 6) содержания алюмокремнезоля марки КЗ-АЛ и жидкого натриевого стекла приводит к появлению трещин на покрытии и снижению прочности. Также увеличение содержания акриловой дисперсии «Акрэмос 101» (пример 1) приводит к снижению термостойкости и выделению дыма при воздействии открытого пламени.
Данные, представленные в таблице 2, показывают, что огнестойкое теплозащитное покрытие по предлагаемому изобретению обладает всем необходимым комплексом физико-механических свойств и обеспечивает защищаемой поверхности высокие огнестойкие, термостойкие и теплозащитные свойства.