КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ
COMPOSITION FOR OBTAINING HEAT PROTECTIVE COATING

Изобретение относится к производству теплозащитных (термозащитных) покрытий, предназначенных для конструкций и оборудования, эксплуатируемых в условиях температур от минус 50°C до плюс 300°C, и может быть использовано в строительстве, машиностроении, химической промышленности, транспорте, авиационной, нефтегазовой, ЖКХ и других отраслях промышленности.
Известна термозащитная краска-покрытие (патент на изобретение РФ №2310670, МПК: C09D 5/02), которое обладает одновременно теплоизоляционным, звукоизоляционным, гидроизоляционным свойствами, и предназначено для защиты различного оборудования, трубопроводов, металлических, бетонных, железобетонных, кирпичных, деревянных и других строительных конструкций жилых, общественных и промышленных зданий и сооружений. Краска-покрытие выполнено из композиции, включающей следующее соотношение компонентов, мас.%: 20-30 связующего, 10-30 полых микросфер, остальное - органический растворитель. Связующее выбрано из группы, включающей кремнийорганическую смолу, акриловый (со)полимер, полиуретан. В качестве полых микросфер используют керамические или стеклянные полые микросферы размером 20-150 микрон. В состав композиции дополнительно могут входить диоксид титана в количестве 2-5 мас.% и антипиреновая добавка в количестве 5-25 мас.%.
Однако данное покрытие не применимо для конструкций и оборудования, эксплуатируемых в условиях высоких температур и вибронагрузок, а также агрессивных сред, вследствие низкой устойчивости к их воздействию агрессивных сред (рабочая температура покрытия не превышает 200°C).
Известно высокотемпературное теплозащитное покрытие (заявка на изобретение РФ №2011136161, МПК: C09D 5/00), содержащее полые керамические или корундовые микросферы, связующее и воду. В качестве связующего покрытие содержит алюмоборфосфат или алюмохромфосфат, или полититанат калия, или смесь алюмохромфосфата и полититаната калия. В качестве полых керамических микросфер покрытие может содержать алюмосиликатные микросферы золы уноса с диаметром 3-150 мкм и толщиной стенок 1-6 мкм или стеклокерамические микросферы с диаметром 3-100 мкм и толщиной стенок 0,3-1,0 мкм. В качестве полых корундовых микросфер могут быть использованы микросферы с диаметром 3-90 мкм и толщиной стенок 0,5-3,0 мкм.
Теплозащитное покрытие, полученное при нанесении данного состава, имеет более высокую рабочую температуру, но не позволяет применять его в местах с повышенными механическими и вибронагрузками. Теплопроводность предлагаемого состава превосходит известный состав в 2 раза, ввиду применения микросфер с меньшей толщиной стенки (0.2-2 мкм).
3
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является термозащитная краска (патент на изобретение РФ №2245350, МПК: C09D 5/08, C09D 1/04), содержащая наполнитель, связующее и добавки. В качестве наполнителя используют вакуумированные (полые) керамические или корундовые микросферы с диаметром частиц от 3 до 100 мкм и насыпной плотностью 300-400 кг/м, в качестве связующего используют смолы кремнийорганические, полиэфирэпоксидные или акриловые дисперсии, а в качестве добавок - отражатель - алюминиевую пудру и пигмент, при следующем соотношении компонентов, в мас.%: микросферы 55-70, связующее 30-35, отражатель - алюминиевая пудра 2,0-5,0, пигмент 0,1-0,6.
Теплозащитное покрытие, полученное при нанесении краски, однородно по составу и имеет достаточно высокую прочность сцепления с защищаемой поверхностью. Однако данное покрытие не применимо для конструкций и оборудования, эксплуатируемых в условиях высоких температур, вибронагрузок и агрессивных сред, вследствие низкой устойчивости к их воздействию (рабочая температура покрытия не превышает 150°C) и обладает недостаточно высокими теплофизическими свойствами (теплопроводностью, тепловосприятием и теплоотдачей, водостойкостью).
Задачей и техническим результатом предлагаемого изобретения является разработка композиции для получения термозащитного покрытия с улучшенными теплозащитными, влагозащитными и теплофизическими свойствами. Кроме того, получаемое покрытие характеризуется повышением его устойчивости к воздействию высоких температур, вибронагрузок и агрессивных сред, а также расширением области рабочих температур покрытия при обеспечении низкой теплопроводности и высокой однородности и прочности сцепления покрытия с основой при эксплуатации в жестких условиях повышенной влажности без дополнительной защиты.
Поставленная задача решается тем, что в композиции для получения термозащитного покрытия, включающей полые керамические микросферы, связующее и растворитель, в которой в качестве связующего использованы органорастворимые смолы - алкидная и/или кремнийорганическая смолы, а в качестве растворителя - ксилол и/или толуол, при следующем соотношении компонентов в мас.%:
полые керамические микросферы - 9-75,
вышеуказанное связующее - 9-45,
растворитель - остальное;
при этом микросферы взяты с внутренним диаметром от 3-150 мкм и толщиной стенки 0,2-5 мкм.
В другом варианте реализации композиция для получения термозащитного покрытия включает полые керамические микросферы, связующее и растворитель, при этом в качестве связующего использована водорастворимая акриловая смола, при следующем соотношении компонентов в масс %:
полые керамические микросферы - 9-75
вышеуказанное связующее - 9-45
растворитель - вода - остальное;
при этом микросферы используют с внутренним диаметром от 3-150 мкм, и толщиной стенки 0,2-5 мкм.
Связующее по первому и второму вариантам может дополнительно содержать ржавчинопреобразователь в количестве 0,1-3,0 мас.% и добавки, в качестве которых могут быть использованы реологические добавки, и/или ПАВы, и/или диспергаторы, и/или эмульгаторы, и/или УФ-стабилизаторы, и/или пластификаторы, известные из уровня техники. В качестве ржавчинопреобразователя может быть использован любой материал с указанной функцией, например, на основе фосфата цинка. В составе микросфер - 40-60% могут составлять микросферы с диаметром, кратным длине волны ИК-излучения, защищаемого покрытием сооружения.
В заявляемом изобретении в качестве связующего используют составы, которые пропускают ИК излучение, т.е. излучение не поглощается данным материалом связующего, а взаимодействует только с микросферами.
Композиции с минимально допустимым содержанием связующего выбираются для покрытия поверхностей конструкций и оборудования, эксплуатируемых при высоких рабочих температурах.
Композиции с максимально допустимым содержанием связующего выбираются для покрытия поверхностей конструкций и оборудования, эксплуатируемых при повышенных вибрациях и механических нагрузках.
В предлагаемой композиции для получения термозащитного покрытия в качестве наполнителя используют полые стеклокерамические микросферы в заявляемых пределах диаметров и толщин стенок, полученные вакуумированием (вспениванием) измельченных стеклокерамических материалов.
Материалы микросфер выбраны с учетом обеспечения высоких рабочих температур эксплуатации покрытия. Для диапазона рабочих температур до 250°C могут быть использованы стеклокерамические микросферы МСВ группы 1 с толщиной стенок 0,2-2,0 мкм и насыпной плотностью 17, до 350°C - микросферы с толщиной стенок 2-5,0 мкм МСВ группы 2 с насыпной плотностью до 27.
Микросферы в составе композиции используют с внутренним диаметром 3-150 мкм, соразмерным с длинной волны теплового инфракрасного излучения (защищаемой конструкции или сооружения) для обеспечения условий его максимального поглощения микросферами. Толщина стенок микросфер составляет 0,2-5,0 мкм с учетом обеспечения требуемой прочности материала.
Для повышения прочности и срока службы покрытия в составе композиции используют микросферы с разным диаметром из интервала значений от 3 до 150 мкм. При этом в составе микросфер 40-60% составляют микросферы с диаметром, кратным длине волны ИК излучения защищаемого покрытием сооружения («рабочие микросферы»), в оставшемся количестве микросферы использованы с иным диаметром, в котором, например, по 5-10% микросфер использованы с примерно одинаковым диаметром, отличающимся от диаметра «рабочих микросфер».
Выбор материала микросфер и их количественного содержания в составе композиции произведен на основе экспериментальных данных, определяющих оптимальные соотношения указанных параметров, достаточные для обеспечения требуемых вязкости состава, плотности, стойкости к воздействию воды и агрессивных жидкостей, температурной стойкости и прочности готового покрытия.
Материал микросфер, их размеры и концентрации позволяют изменять вязкость композиции в зависимости от ее назначения с получением термозащитного покрытия, обладающего высокими эксплуатационными характеристиками.
Приготовление композиции для получения термозащитного покрытия осуществляется перемешиванием исходных компонентов в смесителе.
Предлагаемое покрытие можно наносить на поверхность строительных конструкций из металла, бетона, кирпича, пластика, а также на оборудование химической, авиационной, нефтегазодобывающих и железнодорожной отраслей, трубопроводы и воздуховоды, эксплуатируемые при температурах от минус 50°C до плюс 350°C.
Покрытие может наноситься на защищаемую поверхность любым используемым в технологии нанесения покрытий способом в виде одного слоя или нескольких слоев. Причем толщину слоя покрытия определяют в зависимости от природы поверхности, условий температурного режима эксплуатации, как правило, не более 4-6 мм.
После нанесения на поверхность материала или изделия слоя или нескольких слоев покрытия и последующей атмосферной сушки образуется термозащитное, влагопрочное покрытие, надежно связанное с основой и обладающее высокими эксплуатационными характеристиками.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется примерами конкретного выполнения, приведенными в таблицах 1-2. В таблице 1 приведены рекомендуемые комбинации связующего и микросфер при приготовлении термозащитного покрытия в соответствии с предлагаемым изобретением.
Таблица 1
№
Компоненты
Состав №1 (мас.%)
Состав №2 (мас.%)
Состав №3 (мас.%)
Состав №4 (мас.%)
Состав №5 (мас.%)
1
Смола алкидная
15
8.0
20.0
2
Смола кремнийорганическая
44
25.0
3
Ржавчинопреобразователь на основе фосфата цинка
1
-
3.0
3.0
2.0
4
Микросферы
50.0
70
60.0
75.0
65.0
5
Растворитель
5
15.0
12.0
14.0
13
В составе №1 использованы смола КО-916; микросферы МСВп-09; растворитель - толуол. В составе №2 - смола ЭЭФ-035 полиэфирэпоксидная; микросферы МСВп-09 гр 1., растворитель - ксилол (сольвент). В составе №3 - смола КО 812; микросферы МСВп-09 гр 2; растворитель толуол. В составе №4 - смола ПФ-060 полиэфирная; микросферы МСВп-09 гр 1; растворитель ксилол (сольвент). В составе №5 - смола ПФ-060 полиэфирная; микросферы МСВп-09 гр 1; растворитель ксилол (сольвент).
Предлагаемое изобретение позволяет получать покрытия с высокой однородностью и прочностью сцепления, обладающие высокими теплозащитными и теплофизическими свойствами (низкой теплопроводностью, температурной стойкостью, химической стойкостью, водостойкостью, пластичностью в условиях высоких температур), что обуславливает возможность их широкого использования в строительстве, машиностроении, химической, авиационной и железнодорожной отраслях для обеспечения защиты конструкций, эксплуатируемых в условия повышенных температур и агрессивных сред. Вышеописанное подтверждено результатами проведенных испытаний, указанных в таблице №2.
Таблица 2
№
Результаты испытаний
Состав №1
Состав №2
Состав №3
Состав №4
Состав №5
1
Общая теплопроводность (кондуктивная и радиационная) Вт м/К
0.033
0.029
0.031
0.029
0.028
2
Адгезия к металлам
1
1
1
1
1
3
Время достижения эксплуатационной прочности при толщине слоя 2.5 мм, час
48
38
36
72
96
4
Вибростойкость на трубе диам.: 20-200 мм
-
-
-
+
+
5
Атмосферостойкость /фасады/
+
+
-
-
+
Теплозащитные покрытия, полученные нанесением заявляемой композиции на металлический образец, характеризовались устойчивостью к раствору 15% соляной кислоты (в течение 48 часов), отсутствием каких-либо дефектов после выдерживания образца в воде в течение 60 часов.