СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МНОГОСЛОЙНОГО КОМБИНИРОВАННОГО ПОЛИМЕРНОГО ПОКРЫТИЯ (ВАРИАНТЫ)
METHOD FOR PRODUCTION OF HEAT INSULATION MULTILAYER COMBINED POLYMER COATING (VERSIONS)

Данное изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для получения теплоизоляционных покрытий на различных поверхностях для защиты их от перегрева, а также одновременно для защиты от коррозии, от воздействия огня.
Высококачественное антикоррозионное покрытие для ряда применений имеет первостепенное значение. Например, при решении задачи теплоизоляции трубопроводов теплового и водяного снабжения крайне важно обеспечить стойкую защиту труб от внешней коррозии, поскольку именно она является главным фактором, ограничивающим время их эксплуатации. Столь же большое значение имеют такие покрытия и для защиты любых строительных конструкций, сделанных из металла, дерева, пластика, от вредных воздействий солнечного света, атмосферных осадков и т.п. В то же время задача сохранения тепла в жилищном и промышленном строительстве, безусловно, является одной из первостепенных, и на ее решение выделяются огромные ресурсы. Для решения как первой, так и второй задач современная технологическая мысль предлагает большой спектр решений. К изоляционным материалам, активно предлагаемым в настоящее время помимо хорошо известных минеральных и базальтовых ват, относятся различные вспененные полимерные материалы, такие как вспененный полистирол, полиэтилен, полиуретан, полипропилен и т.п. В качестве материалов для антикоррозионной защиты предлагаются различные покрасочные материалы (водные дисперсии, лакокрасочные материалы на органических растворителях), а также защиты металлических поверхностей металлами, стойкими к коррозии, например электролитическое оцинковывание. Материалов, которые бы обладали совместным эффектом защиты поверхностей от коррозии и при этом способствовали бы сохранению тепла и обладали высокими адгезионными свойствами, в настоящее время практически не существует.
Из RU 2099444, 20.12.1997 известны многослойное покрытие для всей поверхности металлического элемента водопроводной сети и способ его нанесения. Многослойное покрытие состоит из промежуточного слоя и слоя из термореактивной синтетической смолы. Промежуточный слой пассивирован хромом или органическим материалом, содержащим дубильную кислоту, а в качестве термореактивной смолы содержит эпоксидную. Покрытие получают следующим образом: наносят промежуточный слой, осуществляют промывку и далее наносят слой из термореактивной смолы погружением в ванну (электроосаждением); при этом промежуточный слой наносят химическим осаждением, после чего осуществляют полимеризацию; может быть нанесен дополнительный слой из термореактивной смолы погружением в псевдоожиженный раствор или электростатическим напылением с последующим обжигом. Покрытие наносят на металлический элемент (чугун) водопроводной сети для питьевой воды.
Из RU 2033568, 20.04.1995 известно антикоррозионное покрытие для трубы, которое получают следующим образом: наносят слой грунтовки на трубу на основе жидкого стекла, далее осуществляют покрытие ее гибким синтетическим оберточным материалом с закреплением его на трубе, например нетканым материалом «Дорнитом» или «Поликапромитом» (закрепляют его, например, проволокой), и после этого наносят слой гидроизоляционного материала в виде жидкого парафина или битума, например, окунанием. В зависимости от требований трубопровод покрывают нетканым материалом в один, два, три слоя. Полученное покрытие обладает высокими защитными свойствами и обеспечивает надежную защитную изоляцию трубопроводов, но не обладает свойствами теплоизоляционного покрытия.
Из RU 2088835, 27.08.1997 известен антикоррозионный рулонный материал для защиты металлических конструкций от коррозии: на поверхность конструкции наносят намоткой рулонный материал в виде пористой ткани или нетканой основы с закрепленным на ней слоем антикоррозионного состава из смеси клея и неорганических вяжущих (цемент) при соотношении толщин слоев основы рулонного материала и антикоррозионного состава 11-15. Данный состав может быть использован при защите металлических конструкций при строительстве и при ремонте, в частности при ремонтировании небольших поврежденных участков трубопроводов в виде быстротвердеющих заплаток.
Известны из RU 2067718, 10.10.1996 комбинированное антикоррозионное покрытие для защиты трубных коммуникаций и арматуры в камерах теплопроводов и способ его получения, включающий предварительную обработку защищаемой поверхности и нанесение слоев защитного покрытия, при этом на участок защищаемой поверхности после предварительной обработки наносят последовательно два слоя вязкого неметаллического антикоррозионного материала в виде толуольного раствора кремнийорганических смол, а затем покрывают листами металлической фольги (алюминий) внахлест так, что каждый последующий лист перекрывает предыдущий не более чем на 2,5 толщины неметаллического антикоррозионного слоя, при этом время от окончания нанесения неметаллического антикоррозионного материала до окончания установки фольги на участке теплопровода составляет не более 15 мин.
Известное покрытие в основном решает проблему защиты от коррозии, кроме того, является технологически сложным в выполнении.
Из RU 2039070, 09.07.1995 известен способ получения огнестойкого покрытия, включающий нанесение на поверхность нескольких слоев композиции, содержащей связующее и наполнитель, с промежуточной сушкой каждого слоя и окончательной термообработкой покрытия, сначала на поверхность наносят теплоизоляционные слои из композиции, содержащей, мас.%:
силоксановый каучук
30-60
микросферы стеклянные
40-70,
а затем огнестойкие слои из композиции, содержащей, мас.%:
силоксановый каучук
20,0-79,5
микросферы стеклянные
20,0-60,0
нитрид бора
0,5-20,0,
при этом сушку каждого промежуточного слоя проводят при 20-80°С, а окончательную термообработку покрытия при 80-150°С, причем суммарная толщина огнестойких слоев не превышает 3 мм.
Однако использование только стеклянных микросфер с диаметром 100-4000 мкм не обеспечивает полноценной теплоизоляции изделий.
Из RU 2187433, 20.08.2002 известен 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, при этом наполнение каждого из реакционно-способных компонентов связующего микросферами производят раздельно, после чего наполненные реакционно-способные компоненты связующего смешивают в соотношениях, мас.ч.: первый реакционный компонент и микросферы : второй реакционный компонент и микросферы, равном 1:(0,1-0,4), первый реакционный компонент : микросферы, равном 1:(0,2-0,4), второй реакционный компонент : микросферы, равном 1:(0,2-0,4), после чего производят заливку и отверждают.
В качестве микросфер используют полые стеклянные микросферы и/или полимерные микросферы, обладающие гидростатической прочностью не менее 2 МПа.
В качестве реакционно-способных компонентов связующего используют эпоксидные смолы и отвердители аминного и/или амидного типов. Наносят теплоизоляционное покрытие на внешнюю поверхность трубы, при этом получают синтактную пену путем смешения реакционно-способных компонентов связующего с микросферами, формируют их в поток, формируют покрытие на вращающейся и продольно перемещающейся трубе и отверждают покрытие на ней, а смешение наполненных микросферами реакционно-способных компонентов и формование покрытия осуществляют посредством смесительной головки и совмещенной с ней кольцевой формообразующей камеры, охватывающей вращающуюся и перемещающуюся трубу, причем обе стадии объединены в один технологический прием.
Этот известный способ получения теплоизоляционного покрытия достаточно трудоемок, имеет ограниченное применение и не обеспечивает полноценную защиту от перегрева различных изделий, эксплуатирующихся в жестких условиях.
Технической задачей заявленного изобретения является обеспечение теплоизоляционных свойств покрытия различных поверхностей, в том числе металлических, в частности поверхностей трубопроводов, эксплуатирующихся в специфических, жестких условиях, при одновременной защите их от коррозии, улучшение экологических свойств и упрощение технологии получения покрытия, повышение огнестойкости и долговечности.
Поставленная техническая задача достигается заявленной группой изобретения, в которую входят способ получения теплоизоляционного многослойного комбинированного полимерного покрытия и его вариант.
3
Итак, поставленная техническая задача достигается способом получения теплоизоляционного многослойного комбинированного полимерного покрытия, включающим последовательное нанесение на возможно предварительно нагретую поверхность чередующихся слоев: сначала жидко-керамического покрытия из полимерной композиции, включающей связующее, смесь полых микросфер, различающихся между собой размерами в диапазоне от 10 до 500 мкм и насыпной плотностью в диапазоне от 650 до 50 кг/м, и вспомогательные целевые добавки, затем на еще не высохший слой покрытия наносят один или несколько слоев жидко-керамического покрытия, указанного выше, и осуществляют окончательную термическую сушку покрытия.
При этом перед окончательной сушкой многослойного покрытия на неотвержденное жидко-керамическое покрытие (на еще невысохший слой его) дополнительно наносят, при необходимости, один или несколько слоев стеклохолста.
3
Другим вариантом вышеописанного способа как изобретения является способ получения теплоизоляционного многослойного комбинированного полимерного покрытия, включающий последовательное нанесение на возможно предварительно нагретую поверхность чередующихся слоев: сначала стеклохолста, скрепленного с поверхностью подложки, либо механическим путем с помощью стекловолокнистых нитей, либо с помощью высокотемпературного фосфатного клея, затем наносят один или несколько слоев жидко-керамического покрытия из полимерной композиции, содержащей связующее, смесь полых микросфер, различающихся между собой размерами в диапазоне от 10 до 500 мкм и насыпной плотностью в диапазоне от 650 до 50 кг/м, и вспомогательные целевые добавки, далее осуществляют окончательную термическую сушку покрытия.
При этом дополнительно наносят, при необходимости, один или несколько слоев стеклохолста на еще неотвержденный (невысохший) слой жидко-керамического покрытия.
2
5
При этом для реализации каждого из вариантов способа по заявленному изобретению для формирования жидко-керамического покрытия используют композицию, содержащую в качестве одной из вспомогательных добавок антипирен полифосфат аммония, например Exolit AP422, EXFLAM APP201 (с содержанием РО>71%, N - 14,3%, размером частиц 10,3 микрон, температурой разложения 279,5°С, степень полимеризации 1200) или Exolit AP750 (с содержанием Р - 29,7%, N - 18,5%, степень полимеризации 1000, размер частиц 15 микрон, температура разложения 300°С.
Кроме того, композиция для жидко-керамического покрытия, являющегося одним из слоев многослойного теплоизоляционного покрытия, в качестве одной из вспомогательных добавок может содержать ПАВ Неонол (Неонол АФ9, АФ-9П) оксиэтилированные моноалкилфенолы на основе тримеров пропилена, выполняющий функцию загустителя и тиксотропной добавки, и/или коалесцентную (коалесцирующую) добавку (гликолевые эфиры), такие как этилцеллозольв, метилцеллозольв и др.; и/или фунгицидную добавку, консервирующую добавку, предотвращающую грибковые отложения на готовом покрытии во влажных помещениях (производные гуанидинов, пентахлорфенолят натрия и др.), а также другие целевые добавки.
В способе по изобретению (и его варианте) в качестве композиций, используемых для формирования жидко-керамического покрытия используют композиции, содержащие в качестве связующего различные полимерные латексные композиции, например, на основе стиролакрилового латекса, латекса бутадиен-стирольного сополимера, на основе акриловых (со)полимеров, поливинилхлоридных латексов, поливинилацетатных латексов, на основе эпоксидных смол, на основе стекла, на основе кремнийорганических смол, например силиконовые смолы (полиорганосилоксановые водные эмульсии: полиметилфенилсилоксаны, полифенилсилоксаны, в частности силиконовые эмульсии типа силокофен), а также связующим могут быть смеси кремнийорганических (полиорганосилоксановых) смол с другими вышеуказанными полимерными латексными композициями.
В частности, для формирования жидко-керамического покрытия в способе по изобретению (и его варианте) используют известную и созданную автором композицию из RU 2251563, 10.05.2005, или заявленные автором в качестве изобретения композиции на основе жидкого стекла - неорганического полимера (RU 2033568); на основе эпоксидной смолы (RU 2099444). На основе водной силиконовой (полиорганосилоксановой) эмульсии (RU 2039070).
3
Эта известная из RU 2251563 композиция включает полимерное связующее и полые микросферы, выполнена из водно-суспензионной композиции с вязкостью от 1 до 100 Па·с, в качестве полимерного связующего композиция содержит водоэмульсионную полимерную латексную композицию, содержащую от 10 до 90 об.% (со)полимера, выбранного из группы, включающей гомополимер акрилата, сополимер стиролакрилата, бутадиен-стирольный сополимер, полистирол, бутадиеновый полимер, полиуретановый полимер, полимер или сополимер винилацетата или их смеси от 10 до 90 об.% смеси воды и поверхностно-активного вещества, в качестве полых микросфер композиция содержит смесь полых микросфер с разными размерами от 10 до 500 микрометров (мкм) и различной насыпной плотностью в диапазоне от 650 до 50 кг/м, выбранные из группы, включающей полые стеклянные микросферы, полые керамические микросферы, полые полимерные микросферы, полые техногенные (зольные) микросферы или их смеси при следующем соотношении компонентов водно-суспензионной композиции, об.%:
вышеуказанная полимерная латексная композиция
5-95
вышеуказанные полые микросферы
5-95
Водоэмульсионная полимерная латексная композиция дополнительно может содержать различные вспомогательные целевые добавки, например, такие как различные белые пигменты, такие как, например, двуокись титана, оксид цинка и др., красящие (цветные) пигменты, такие как железоокисные пигменты, пигменты на основе оксидов хрома, фталоцианиновый синий и др.; антипиреновые (огнестойкие) добавки, такие как, например, тригидрат алюминия, полифосфат аммония, борат цинка, слюда, асбест и др.; преобразователи ржавчины, такие как, например, преобразователь ПРЛ-2 на основе ортофосфорной кислоты и др.; ингибиторы коррозии, такие как, например, нитрит натрия, бензоат натрия, хромат гуанидина, тетраоксихромат цинка, АКОР-1, НГ-203 в количествах, традиционно используемых в таких аналогичных водных дисперсиях.
В качестве полимерного связующего композиция содержит как известные латексы на основе (со)полимеров акрилата, стирола, винилацетата, бутадиен-стирольного сополимера, полиуретана, поливинилхлорида (полихлорвиниловый полимер), содержащие воду и поверхностно-активные вещества, например, типа оксиэтилированных алкилфенолов, такие как ОП-6, ОП-7, ОП-10, праксанолы на основе блок-сополимеров оксиэтилена и пропилена и другие традиционно используемые в водно-дисперсионных системах; а также различные другие целевые добавки, такие как пигменты белые и красящие, ингибиторы коррозии, преобразователи ржавчины, антипирены и др., также и приготовленные непосредственно на основе латексов вышеуказанных или их смесей.
Так, например, при получении антикоррозионного и теплоизоляционного покрытия по изобретению в качестве полимерного связующего композиция содержит такие латексные полимерные системы, как латексы на основе сополимеров винилацетата с этиленом, метилметакрилатом и метакриловой кислоты (основа красок Э-ВС-511, Э-ВС-17), на основе поливинилацетатной дисперсии (50%-ной) в виде красок Э-ВА-27, Э-ВА-0112 и др.; латексные системы (краски) на основе бутадиен-стирольного сополимера СКС-65ГП, БС-30, на основе акриловых сополимеров ДММА-65ГП, а также стиролакриловый фирмы «Dow Chem», Примал 219N, акриловый МБИ-5С, полиуретановый.
3
Полые микросферы являются одним из важнейших наполнителей, применяемых в производстве пластмасс. Сферическая форма, контролируемые размеры и низкая плотность делают их часто незаменимыми. Важным эффектом применения их является снижение расходов дорогостоящих или дефицитных полимеров, а также снижение плотности. Традиционно они имеют размер от 25 мкм до 50 мм и плотность от 100 до 700 кг/м.
3
В заявленном изобретении использование смесей полых микросфер (стеклянных, керамических, полимерных, зольных), одинаковых или разных, но с различными размерами в интервале от 10 до 500 мкм и различной насыпной плотностью в интервале от 650 до 50 кг/м позволяет значительно повысить эффективность защиты поверхности обрабатываемых материалов (дерево, бетон, штукатурка, металл) от коррозии и теплоизоляцию.
Такие свойства полых микросфер, как низкое маслопоглощение, инертность и легкость диспергирования, делают их очень привлекательными в качестве наполнителей.
Полые микросферы из стекла, керамики, полимеров главным образом получают путем введения порообразователя в основной материал, последующего их измельчения и нагревания для вспенивания порообразователя.
Так, например, полые микросферы получают путем пропускания мелких частиц, содержащих порофор, через высокотемпературную зону; частицы плавятся или размягчаются в горячей зоне, а газообразователь формирует полость внутри частиц, расширяя их. При охлаждении сферы на воздухе ее стенки затвердевают. Либо их получают методом вспенивания стеклянных (или керамических) частиц в пламени горелки и т.д. В качестве полых микросфер используют, например, микросферы типа Гласе бабез, типа Микробаллон; глобумит, сферолит. Керамические микросферы получают также путем сжигания природных материалов и вспенивания.
Полимерные полые микросферы получают, как правило, либо суспензионной полимеризацией мономеров с добавлением порообразователя (порофор, инертные газы, низкокипящие углеводороды), либо путем физического или химического вспенивания уже готовых полимерных измельченных частиц. В качестве полых полимерных микросфер в изобретении используют полые микросферы, например полистирольные, на основе фенолформальдегидных смол, силиконовых, мочевино-формальдегидных смол и другие.
Композицию готовят смешением в определенной последовательности исходных компонентов при тщательном их перемешивании до достижения однородной и гомогенной структуры, и она может быть нанесена на различные поверхности в качестве одного из слоев в заявленном способе различными известными способами, например с помощью краскопульта безвоздушного напыления, кисти или валиком, количеством слоев от одного до пяти с тщательной просушкой каждого слоя.
В нижеследующей таблице 1 представлены примеры композиции, содержащие смесь полых микросфер с определенными параметрами и используемые для формирования жидко-керамического покрытия.
Для получения многослойного теплоизоляционного покрытия в качестве одного из слоев используют стекловолокнистый холст (стеклохолст), используют, в частности, нетканый материал из хаотически расположенных скрепленных синтетическим связующим стеклянных штапельных волокон, армированный кручеными стеклонитями из непрерывного стекловолокна, например, марок ВВ-АМ, ПСХ-Т-450. Толщина стеклохолста может быть, например, 0,8±0,2 мм.
В качестве высокотемпературного клея используют различные фосфатные клеи (на основе алюмофосфатных связок).
Примеры композиций для формирования жидко-керамического покрытия.
Таблица 1
Наименование компонентов
Содержание компонентов по примерам, мас.%
1
2
3
4
5
6
7
8
1.Полимерное связующее:А. Полимерная латексная композиция
20,0
50,0
40,0
60,0
-
-
-
-
Поливинилацетатный латекс (50%)
60,0
-
37,0
-
-
-
-
-
Диметилметакрилатный латекс (ДММА-1-65-ГП)
-
50,0
-
30,0
-
-
-
-
В. Дисперсия метилфенилсилоксановой смолы (Силикофен)
-
-
-
-
5,0
95,0
20,0
-
Эпоксидная смола (ЭД-20) с отвердит. ПЭПА
-
-
-
-
-
-
-
40,0
2. Смесь полых микросфер:
80,0
50,0
60,0
40,0
95,0
5,0
80,0
60,0
смесь стеклянных микросфер:
- стеклян. микросферы с размером 35 мкм и плотностью 650 кг/м<sup>3</sup>
24,0
-
30,0
-
24,0
-
24,0
-
- стеклян. микросферы с размером 100 мкм и плотностью 150 кг/м<sup>3</sup>
48,0
-
-
-
48,0
-
48,0
-
- стеклян. микросферы с размером 200 мкм и плотностью 70 кг/м<sup>3</sup>
8,0
-
30,0
20,0
23,0
-
8,0
-
смесь полимерных микросфер:
- полистирольные микросферы с размером 10 мкм и плотностью 650 кг/м<sup>3</sup>- полистирольные микросферы с размером 500 мкм и плотностью 50 кг/м<sup>3</sup>
--
15,05,0
--
20,0-
--
2,03,0
--
20,020,0
- полистирольные микросферы с размером 50 мкм и плотностью 400 кг/м<sup>3</sup>
-
30,0
-
-
-
-
-
20,0
3. Вспомогательные и целевые добавки:
Поверхностно-активное вещество:
- ОП-7
-
5,0
10,0
3,0
2,0
-
8,0
-
- НЕОНОЛ АФ
10,0
-
-
-
-
8,0
-
4,0
Пигменты и наполнители:
- диоксид титана
-
15,0
-
-
-
1,0
-
-
- оксид цинка
-
-
-
-
1,5
-
15,0
-
Коалесцирующая добавка (целлозольв)
1,5
-
2,0
-
0,5
-
1,0
-
Антипирен:
- борат цинка
-
-
-
-
-
-
-
-
- полифосфат аммония
3,0
-
1,5
-
4,0
-
3,0
-
Диспергатор (полифосфат натрия)
-
-
-
-
-
-
5,0
-
Фунгицидная добавка (пентахлорфенолят натрия)
-
2,0
-
-
-
-
-
-
Биоцидная добавка (полигексаметиленгуанидин в виде соли)
-
-
-
0,5
10,0
-
-
-
Загуститель карбоксиметилцеллюлоза
-
-
-
-
-
-
3,0
-
Вода
30,0
7,0
27,5
67,0
-
-
-
-
Примечание: В примерах 1-8 количество вспомогательных добавок дано в расчете на 100% смеси связующего и полых микросфер.
Ниже приводятся конкретные примеры реализации способа по изобретению.
Пример 1.
Металлический цилиндр (труба), внутри которого была размещена измерительная термопара, был покрыт двумя слоями стекловолокна ПСХ-Т-450 (которую закрепили с помощью нитей стеклоткани). Затем на стеклоткань нанесли один слой Изоллат-04 жидко-керамическое покрытие (пример 1-4) толщиной 0,5 мм. Металлический цилиндр с полученным покрытием прогрели в течение 2 часов при температуре 200°С. Стеклохолст скреплен с поверхностью либо с помощью стеклонитей, либо с помощью фосфатного клея (марки КФФГ)
После чего температуру внутри цилиндра сбросили до 100°С.
Полученное покрытие обернули еще двумя слоями стеклохолста ПСХ-Т-450 (закрепили тем же способом). Затем на стеклохолст нанесли 5 слоев Изоллат-02 каждый толщиной 0,5 мм с интервалом 30 мин. После нанесения всех слоев образец прогрели при 100°С в течение 2 часов.
Далее температуру плавно поднимали до 400°С с интервалом 30 мин.
Результаты испытаний приведены в таблице 2.
Таблица 2
Температура внутри цилиндра, °С
Температура на покрытии, °С
100151201251303351397405
2939476068778687
В результате испытаний обнаружено, что во всем температурном интервале не было замечено растрескивания покрытия или изменения цвета.
Пример 2.
На поверхность, например, трубы теплового снабжения, которая заполнена нагретой водой с температурой поверхности +115°С, наносят композицию по примеру 5 (таблицы 1) с помощью валика. Причем композицию могут наносить сначала на холодную поверхность тонким слоем с последующим нагреванием до 200-250°С, далее на разогретую поверхность тонким слоем, далее на еще невысохшее покрытие наносят стеклохолст, а далее один или несколько слоев жидко-керамического покрытия из одной из композиций по примерам 1-8 (см. таблица 1).
В таблице 3 представлены некоторые свойства многослойного покрытия.
Таблица 3
Наименование показателей
Свойства
Прочность при разрыве, кгс/смОтносительное удлинение на разрыв, %Плотность в жидком состоянии, кг/дмПлотность готового покрытия, кг/дмПаропроницаемость, г/м/чВодопроницаемость, г/м/24 чСветоотражение, %Светорассеяние, %Коэффициент теплового сопротивления по радиационной составляющейтеплопроводности при 2 мм покрытииТеплопроводность для радиационной составляющей переноса тепла, В/м.СТеплопроводность для контактной составляющей переноса тепла, В/м.САдгезия, кг/смОгнестойкость, мин
80,05,00,500,3050,0менее 30,082,092,0до 20,00,0010,03725,0140-180
Как следует из приведенных данных, получаемое многослойное комбинированные теплоизоляционные покрытия обладает всем необходимым комплексом физико-механических свойств, обеспечивая прежде всего защищаемой поверхности высокие теплоизолирующие свойства.