АНТИКОРРОЗИОННОЕ И ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОЕ ПОКРЫТИЕ НА ОСНОВЕ ПОЛЫХ МИКРОСФЕР
ANTICORROSION AND HEAT-INSULATING COATING BASED ON HOLLOW MICROSPHERES

Изобретение относится к теплоизоляционным покрытиям, наполненным полыми сферами, для теплоизоляции и защиты от коррозии различных поверхностей, трубопроводов тепловых сетей, нефте- и газопроводов, воздуховодов, систем вентиляции и кондиционирования, изоляции резервуаров, промышленного оборудования и жилищно-коммунального хозяйства, в жилищном и промышленном строительстве.
Известно огнестойкое покрытие на различных поверхностях, выполненное на основе композиции, содержащей силоксановый каучук, нитрид бора, а в качестве наполнителя стеклянные микросферы (патент RU №2039070 С1, кл. C09D 183/04, C09D 5/18, B05D 1/38, опубл. 09.07.1995 г.). Такое покрытие обладает слабой адгезией (сцеплением) с поверхностью, на которую наносится готовый материал, а также низкой пластичностью и, как следствие, высокой хрупкостью, что резко снижает долговечность нанесенного покрытия.
Известно теплогидроизоляционное вещество для покрытия трубопроводов, содержащее стеклянные микросферы, пластификатор, эпоксидную связующую, и модифицированную эпоксидную смолу ЭД-20. (Заявка на изобретение RU №93052300, опубл. заявки 20.07.1996 г.). С технологической точки зрения использование такого покрытия требует подготовки жидкой смеси, модифицированной эпоксидной смолой ЭД-20, стеклянных микросфер, отвердителя - полиэтиленполиамина (ПЭПА), пластификатора полиизобутилена И-200 и других компонентов непосредственно перед применением, поскольку приготовленная смесь быстро отвердеет, не позволив нанести ее на поверхность. Кроме того, подобное покрытие не выдерживает непосредственного длительного контакта с водой. Также способность готового покрытия на основе эпоксидной смолы к пластической деформации невысока, что приводит к появлению трещин в покрытии и его отслоения от основы после многократного охлаждения и нагревания в период зимы и лета.
Известна композиция, содержащая керамические микросферы или вспученный перлит, покрытый слоем полистирола, в качестве наполнителя для цементного раствора или смеси эпоксидных смол (патент US №4689358, 25.08.1987 г.). В этом случае полученное отвердевшее покрытие обладает достаточно хорошим теплозащитным слоем, и оно может препятствовать разогреву легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) при их хранении в предварительно покрытых подобным покрытием сосудах, что приводит к снижению уровня вероятности взрыва или пожара на объектах хранения ЛВЖ. Однако использование такого рода покрытия неудобно с технологической точки зрения, поскольку необходимо готовить смесь керамических сфер с жидкой основой непосредственно перед нанесением покрытия. Кроме того, степень антикоррозионной защиты в этом случае для готового бетонного покрытия недостаточна.
3
Известен состав для получения теплозащитного покрытия, содержащий наполнитель, полимерное связующее, технологическую добавку и воду. В качестве наполнителя содержит полые керамические микросферы с удельной массой 450-750 кг/м, твердостью по Моосу 5,0-6,0. В качестве полимерного связующего содержит латекс, выбранный из группы, включающей модифицированный акрилацетатный латекс, 33-38%-ный латекс сополимера бутадиена, акрилонитрила и метакриловой кислоты, сополимер стирола и н-бутилакрилата в соотношении 1:1 по массе (патент RU №2311397 С2, опубл. 27.11.2007).
Однако покрытие обладает низким уровнем адгезии, предъявляемой в процессе эксплуатации к различным видам поверхностей.
Наиболее близкой по технической сущности и получаемому результату к заявляемому изобретению является антикоррозионное и теплоизоляционное покрытие, выполненное из композиции, включающей полимерное связующее и полые микросферы. В качестве полимерного связующего композиция содержит водоэмульсионную полимерную латексную композицию, а в качестве полых микросфер - смесь полых микросфер с разными размерами и различной насыпной плотностью (патент RU №2251563 С2, кл. C09D 5/02, C09D 5/08, опубл. 10.05.2005 г.).
Водоэмульсионная полимерная латексная композиция, наполненная полыми микросферами, имеет низкое водопоглощение, высокую механическую прочность, но отличается недостаточно высокой тепло- и атмосферостойкостью при нормальных температурах, в условиях экстремальных рабочих температур покрытие не обеспечивает необходимый уровень теплоизоляции и срока работоспособности. При резких перепадах температур наблюдается растрескивание материала и, как следствие, потеря его функционального назначения. Покрытие также обладает низким уровнем адгезии, предъявляемой в процессе эксплуатации к различным видам поверхностей. Этот факт затрудняет использование данного покрытия в жестких климатических (в области высоких перепадов температур) промышленных условиях (в области повышенных температур) и приводит к снижению времени работоспособности композиции и уменьшению области применения.
Технической задачей заявляемого изобретения является повышение времени работоспособности композиции в жестких климатических (в области высоких перепадов температур) и промышленных условиях (в области повышенных температур).
3
Эта техническая задача решается тем, что антикоррозионное и теплоизоляционное покрытие выполнено из водно-суспензионной композиции с вязкостью от 1 до 100 Па·с, включающей смесь полимерного связующего 5-95 об.% с полыми микросферами 5-95 об.%. В качестве полимерного связующего композиция содержит водоэмульсионную полимерную латексную композицию, содержащую от 10 до 90 об.% (со) полимера. (Со) полимер выбран 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. Водоэмульсионная полимерная латексная композиция содержит от 10 до 90 об.% смеси воды и поверхностно-активного вещества. В качестве полых микросфер композиция содержит микросферы с разными размерами от 10 до 500 микрометров (мкм) и различной насыпной плотностью от 50 до 650 кг/м. Полые микросферы выбраны из группы, включающей полые стеклянные микросферы, полые керамические микросферы, полые полимерные микросферы, полые техногенные (зольные) микросферы или их смеси.
Водно-суспензионная композиция дополнительно содержит смесь многоатомного спирта с многоосновной карбоновой или аминокислотой в эквимолекулярном соотношении при следующем соотношении смесей в водно-суспензионной композиции, мас.ч.:
Смесь полимерного связующего с полыми микросферами
100
Смесь многоатомного спирта с многоосновной
карбоновой или аминокислотой
2-5
Многоатомный спирт выбран из ряда гликолей, глицеринов, тетритов, пентитов, гекситов либо пентаэритрит. Многоосновная карбоновая кислота выбрана из группы глутаровой, щавелевой, малоновой, янтарной кислот. Аминокислота выбрана из группы триптофан, валин, аланин, β-фенилаланин, аспарагиновая кислота.
В процессе смешения в эквимолекулярном соотношении многоатомного спирта с многоосновной карбоновой или аминокислотой и эксплуатации антикоррозионного и теплоизоляционного покрытия образуется продукт взаимодействия, структура которого определяется структурой исходных веществ, обладающий высоким стабилизационным эффектом, проявляющийся при использовании его в составе водно-суспензионной композиции. Этот эффект обусловлен большим размером макромолекул продукта взаимодействия, снижающего диффузию к поверхности материала, тем самым обеспечивается стойкость к процессам старения при тепловом и атмосферном воздействии. При применении аминокислот в процессе смешения и отверждения происходит повышение стабилизационных свойств продукта взаимодействия, обусловленных еще большим размером макромолекул и наличием аминогрупп, ингибирующих процесс инициирования радикальных процессов, связывая перекисные радикалы, что в комплексе обеспечивает стойкость к процессам старения при тепловом и атмосферном воздействии, а за счет своей высокой полярности обеспечивает увеличение адгезионной прочности.
Получение смеси многоатомного спирта с многоосновной карбоновой или аминокислотой в эквимолекулярном соотношении не требует применения сложного химического оборудования, катализаторов, высоких температур и давлений. Смесь обладает высоким термодинамическим сродством с полимерной латексной композицией, в процессе хранения не коагулирует, равномерно распределяется в объеме композиции, расширяет интервал рабочих температур от -60°С до +260°С, тем самым обеспечивается высокий комплекс эксплуатационных и технологических характеристик, что приводит к повышению времени работоспособности композиции в жестких климатических (в области высоких перепадов температур) и промышленных условиях (в области повышенных температур).
Использование такой композиции обеспечивает получение покрытий на различных поверхностях, обладающих хорошими адгезионными и физико-механическими свойствами без применения сложного оборудования.
Пример приготовления.
3
Полимерная латексная смесь на основе стиролакрилового латекса была тщательно перемешена со стеклянными микросферами трех типов размеров (со средними радиусами микросфер 35, 100 и 200 микрометров с кажущимися плотностями 650, 150, 70 кг/м в пропорции 3:6:1 соответственно), возможно двуокисью титана, поверхностно-активной добавкой, а также ингибитором ржавчины. В приготовленную водно-суспензионную композицию дополнительно введены 2-5 мас.ч. смеси многоатомного спирта (этиленгликоль, глицерин) с многоосновной карбоновой (глутаровая, янтарная кислота) или аминокислоты (триптофан, аланин) в эквимолекулярном соотношении. Приготовленное покрытие было нанесено на сухую, чистую и обезжиренную металлическую трубу теплового снабжения, заполненную перегретым теплоносителем с температурой +135°С. Приготовленное покрытие на поверхность можно наносить с помощью кисти, валика или безвоздушного распылителя последовательными тонкими слоями (1 слой не более 0,4 мм). Время полного высыхания каждого слоя при температуре 20°С - 24 часа, на отлип - 15-20 минут. Слой толщиной примерно 0,4 мм равен трем «подходам» распылителя или кисти. Достичь требуемого снижения температуры покрываемой поверхности можно за счет нанесения соответствующего количества слоев. Таким образом, было нанесено пять слоев покрытия с общей толщиной готового слоя около 2 мм.
После нанесения этого покрытия общей толщиной 2 мм температура на поверхности трубы, находящейся в помещении с температурой окружающей среды 20°С, была +135°С и уменьшалась до +60°С при наличии в помещении слабых потоков воздуха. Использование такой композиции обеспечивает получение покрытий на различных поверхностях, обладающих хорошими адгезионными и физико-механическими свойствами без применения сложного оборудования:
Эластичность пленки при изгибе
1 мм (ГОСТ 6806-73)
Смываемость пленки
0,6 г/м (ГОСТ 28 196-89)
Стойкость покрытия к
воздействию перепада температур
от -40°С до +160°С
без изменений (ГОСТ 27037-86)
Основные свойства предлагаемой композиции представлены в табл.1, 2.
Таблица 1Технические характеристики предлагаемой композиции
Показатель
Полимерное связующее, полые микросферы
Полимерное связующее, полые микросферы, смесь многоатомного спирта (этиленгликоль) с многоосновной карбоновой (глутаровая) кислотой в эквимолекулярном соотношении
Полимерное связующее, полые микросферы, смесь многоатомного спирта (этиленгликоль) с многоосновной аминокислотой (триптофан) в эквимолекулярном соотношении
Полимерное связующее, полые микросферы, смесь многоатомного спирта (глицерин) с многоосновной карбоновой (янтарная) кислотой в эквимолекулярном соотношении
Полимерное связующее, полые микросферы, смесь многоатомного спирта (глицерин) с многоосновной аминокислотой (аланин) в эквимолекулярном соотношении
1
2
3
4
5
6
Стойкость покрытия к воздействию перепада температур от -40°С до +60°С
без изменений
без изменений
без изменений
без изменений
без изменений
Стойкость покрытия к воздействию температуры +200°С за 1,5 часа
пожелтение, трещины, отслоение и пузыри
Пожелтение
без изменений
пожелтение
без изменений
Относительное удлинение при разрыве, %
9,6
9,9
10,2
9,8
10,4
Таблица 1Технические характеристики предлагаемой композиции (окончание)
1
2
3
4
5
6
Относительное удлинение при разрыве после ускоренного старения - 10 лет, %
8,2
8,9
9,1
9,00
9,2
Прочность при растяжении:- после нанесения, Мпа
2,0
1,7
1,6
1,7
1,8
- после ускоренного старения 10 лет, Мпа
3,0
2,6
2,5
2,7
2,5
Морозостойкость покрытия:- 10 циклов - внешний вид
трещины, отслоения, полная деструкция покрытия
Трещины
без изменений
Трещины
без изменений
- адгезия покрытия к бетону, Мпа
2,3
2,8
3,2
2,9
3,4