ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННАЯ КРАСКА-ПОКРЫТИЕ НА ОСНОВЕ ОБОЖЖЕННОГО ДИАТОМИТА
HEAT-INSULATING PAINT-COATING BASED ON THE FRIED DIATOMITE

Изобретение относится к лакокрасочным материалам, в частности к теплоизоляционным краскам-покрытиям на основе обожженного диатомита, и может быть использовано для наружной и внутренней окраски зданий и сооружений по оштукатуренным, бетонным, кирпичным и другим пористым поверхностям.
На сегодняшний день одним из наиболее перспективных теплоизоляционных материалов являются жидкие теплоизоляционные покрытия на основе полимерного связующего и полых микросфер. Подобные составы представляют собой жидкую композицию полимера на водной основе, которая после высыхания образует покрытие с низким коэффициентом теплопроводности (Вахитова Л.Н. Жидкокерамические теплоизоляционные покрытия - новое слово в энергосбережении / Л.Н. Вахитова, А.А. Завертаный // F+S: технологии безопасности и противопожарной защиты. - 2010. - №3 (45). - С. 64-66). Дополнительного повышения теплоизоляционных характеристик подобных покрытий можно добиться путем использования в качестве наполнителей минеральных порошков с низкой плотностью, применение которых позволяет существенно снизить расход дорогостоящих микросфер без потери эксплуатационных характеристик покрытий.
Строительная и теплоизоляционная промышленность являются одними из основных потребителей тонкодисперсных минеральных порошков, в состав которых входят частицы нанометрового размера с развитой поровой структурой. Благодаря уникальной пористости на их основе можно создавать эффективные теплоизоляционные материалы с высокими теплоизоляционными свойствами (Селяев В.П. Теплоизоляционные свойства материалов на основе тонкодисперсных минеральных порошков / В.П. Селяев, А.К. Осипов, В.А. Неверов, Л.И. Куприяшкина, О.Г. Маштаев, В.В. Сидоров // Строительные материалы. - 2013. - №1. - С. 61-63). Одними из наиболее перспективных минеральных порошков являются порошки на основе диатомитов, обладающие наноструктурированным поровым пространством (Селяев В.П. Микроструктура перспективных теплоизоляционных материалов на основе диатомитов Среднего Поволжья / В.П. Селяев, В.А. Неверов, Л.И. Куприяшкина, А.В. Колотушкин, В.В. Сидоров // Региональная архитектура и строительство. - 2013.- №1(15).- С. 12-18).
Природные диатомиты представляют собой легкие пористые осадочные породы, образованные, в основном, окаменелыми остатками диатомовых водорослей, состоящих в основном из аморфного опалового кремнезема. Размер створок диатомей находится в пределах от 0,03 до 0,15 мм. Содержание диоксида кремния в диатомитах может изменяться от 62 до 97% (Дистанов У.Г. Кремнистые породы СССР / У.Г. Дистанов. - Казань: Татарское книжное издательство, 1976. - 412 с.).
Известно, что в природном состоянии диатомит содержит до 45% свободной влаги, а его водопоглощение доходит до 140%. Наличие влаги в порах диатомита приводит к ухудшению его теплоизоляционных свойств. Предварительный обжиг диатомита при температурах 500÷700°С освобождает адсорбционное пространство от воды, а также позволяет удалить структурную воду. Также при обжиге диатомита снижаются его адсорбционные свойства в связи со снижением степени гидратации его поверхности (Дистанов У.Г. Кремнистые породы СССР / У.Г. Дистанов. - Казань: Татарское книжное издательство, 1976. - 412 с.).
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому техническому решению является теплоизоляционная краска-покрытие, содержащая водную эмульсию сополимера стирола и акриловых мономеров «Акрэмос-101», загуститель - водный раствор акрилового сополимера «Акрэмос-401», диспергирующую добавку - полифосфат натрия, антифриз - диэтиленгликоль, коалесцирующую добавку - уайт-спирит, воду, стеклянные микросферы на основе натрий борсиликатного стекла и в качестве минеральных наполнителей - диатомит и белую сажу (RU 2544854, МПК C09D 133/00, C09D 135/06, C09D 5/02, C09D 5/08, опубл. 20.01.2014).
Известная композиция обладает высокими теплоизоляционными характеристиками при обеспечении достаточной адгезионной прочности покрытия. Известные составы 1 и 2 характеризуются теплопроводностью порядка 0,07 Вт/(м*К), сопоставимой с промышленно-выпускаемым составом Изоллат-02 (0,0713 Вт/м*К); составы 3 и 4 - значительно более низкой теплопроводностью - 0,0395 и 0,0308 Вт/(м*К). Однако покрытия на основе составов 3 и 4 обладают высокой хрупкостью, что может приводить к растрескиванию покрытий при возникновении температурных и других видов деформаций основания. Кроме того, используемые в известном решении микросферы обладают относительно небольшой устойчивостью к раздавливанию (21 бар), что может привести в случае даже небольшого отклонения от технологических режимов перемешивания к их разрушению и, как следствие, снижению теплоизоляционных характеристик покрытий.
Технический результат заключается в обеспечении требуемой (не более 0,07 Вт/(м*К)) теплопроводности составов теплоизоляционной краски-покрытии при использовании микросфер с устойчивостью к раздавливанию не менее 30 бар за счет предварительной высокотемпературной обработки используемого в составах диатомита при температуре 550°С в течение 5 часов.
Сущность изобретения заключается в том, что теплоизоляционная краска-покрытие на основе обожженного диатомита содержит водную эмульсию акрилового сополимера «Акрэмос-101», водный раствор акрилового сополимера «Акрэмос-401», диэтиленгликоль, полифосфат натрия, уайт-спирит, микросферы на основе натрий борсиликатного стекла с устойчивостью к раздавливанию не менее 30 бар, минеральные наполнители - белая сажа и обожженный в течение 5 часов при температуре 550°С диатомит, воду, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Водная эмульсия сополимера стирола и акриловых
мономеров «Акрэмос-101»
20,32-23,22
Водный раствор акрилового сополимера
«Акрэмос-401»
5,11-5,80
Диэтиленгликоль
12,27-13,93
Полифосфат натрия
4,60-5,22
Уайт-спирит
3,07-3,48
Белая сажа
1,14-5,05
Микросферы на основе натрий борсиликатного стекла
12,37-17,48
Диатомит обожженный
5,46-10,06
Вода
остальное
Акриловая дисперсия «Акрэмос-101» (ТУ 2241-134-05757593-2000) производства ОАО «Дзержинское Оргстекло» представляет собой сополимер стирола и акриловых мономеров, полученный эмульсионным методом. «Акрэмос-101» не содержит органических растворителей, продукт относится к 4 классу опасности. Содержащиеся в продукте полимерные частицы легко осаждаются обычными осадителями.
Акриловая дисперсия «Акрэмос-401» (ТУ 2241-016-55856863-2002) производства ОАО «Дзержинское Оргстекло» представляет собой водную акриловую дисперсию, содержащую 6% основного вещества. По внешнему виду это белая густая жидкость, рН которой равен 8. «Акрэмос-401» используется в качестве загустителя в водно-дисперсионных красках. Данная дисперсия является неустойчивой при хранении, поэтому ее готовят непосредственно перед применением из дистиллированной воды, «Акрэмос-402» (производство ОАО «Дзержинское Оргстекло»), представляющего собой высококарбоксилированный акриловый сополимер, и раствора аммиака. При этом берут 3,5 части «Акрэмос-402», 5,7 части дистиллированной воды, тщательно перемешивают и добавляют раствор аммиака до рН 8-8,5.
2
2
2
2
Диэтиленгликоль (ГОСТ 10138-93) - антифриз, представляющий собой густую бесцветную жидкость, смешивается с водой, эфиром, спиртом, ацетоном, гликолями. Химическая формула - НОСНСНОСНСНОН. Ограниченно растворяется в толуоле, бензоле, четыреххлористом углероде, фталатах. Плохо растворим в органических и минеральных маслах и относится ко 2-му классу опасности.
6
6
18
Полифосфат натрия (ГОСТ 20291-80, ТУ 48-0328-21-9) - диспергирующая добавка (NaPO), представляющая собой по внешнему виду белый стекловидный порошок, хорошо растворимый в воде.
Уайт-спирит (ГОСТ 3134-78) - коалесцирующая добавка, представляющая собой фракцию бензина прямой перегонки. Не содержит водорастворимых кислот и щелочей, легко воспламеняется, относится к 4-му классу опасности.
Белая сажа (ГОСТ 18307-78) - гидратированный оксид кремния, получаемый осаждением из раствора силиката натрия (жидкого стекла) кислотой с последующей фильтрацией, промывкой и сушкой.
Микросферы компании 3М™ Glass Bubbles марки К20 на основе натрий борсиликатного стекла с устойчивостью к раздавливанию не менее 30 бар.
В предлагаемой теплоизоляционной краске-покрытии используют диатомит Атемарского месторождения Республики Мордовия.
Технологический процесс изготовления теплоизоляционной краски-покрытия на основе обожженного диатомита состоит из двух этапов: получение связующего (изготовление пигментной пасты и совмещение ее с пленкообразующей дисперсией) и введение микросфер.
Приготовление пигментной пасты производят в смесителе с якорной мешалкой. Сначала в смеситель загружают рецептурное количество воды, затем при непрерывном перемешивании поочередно целевые добавки: полифосфат натрия, диэтиленгликоль, уайт-спирит. Диатомит подвергают предварительной высокотемпературной обработке при температуре 550°С в течение 5 часов. В работающий смеситель добавляют минеральные наполнители (полученный обожженный диатомит и белую сажу) и диспергируют, перемешивая до однородной массы в течение 15-30 минут. В полученную пигментную пасту загружают пленкообразующее (водную эмульсию сополимера стирола и акриловых мономеров «Акрэмос-101»), перемешивают, затем добавляют загуститель (водный раствор акрилового сополимера «Акрэмос-401») и продолжают размешивание еще 15-20 минут. В готовое связующее вводят микросферы на основе натрий борсиликатного стекла марки К20 и перемешивают до однородного состояния в течение 15-30 минут.
При необходимости в готовую смесь вводятся дисперсионные и водно-растворимые пигменты и красители для придания покрытию необходимого потребителю цвета.
Составы теплоизоляционных красок-покрытий на основе обожженного диатомита и результаты их испытаний приведены в табл. 1 и 2. Определение свойств красок-покрытий проводили по нормативно-технической документации: теплопроводность по ГОСТ 7076-99; плотность пленок в сухом состоянии по ГОСТ 15139-69. Определение теплопроводности (для контактной составляющей переноса) осуществляли с помощью прибора ИТС-1, позволяющего проводить измерения в диапазоне 0,02÷1,5 Вт/(м*К).
Для оценки плотности и теплоизоляционных свойств для сравнения были выбраны составы 1, 2 патента RU 2544854 и теплоизоляционный материал «Изоллат-2» (ТУ 2216-001-59277205-2002 с изм. №1,2,3), состоящий из смеси полимерных микрошариков (микросфер) с водой, полимерных связующих и разнообразных добавок (антипиреновые добавки, преобразователи ржавчины, ингибиторы коррозии, белые и красящие пигменты, ПАВ). Теплоизоляционный материал «Изоллат-2» производится ООО «Специальные технологии».
По сравнению с известным решением предлагаемый состав теплоизоляционной краски-покрытия на основе обожженного диатомита отвечает предъявляемым требованиям по теплопроводности (не более 0,7 Вт/(м*К)) при обеспечении условия использования в составе микросфер на основе натрий борсиликатного стекла с устойчивостью к раздавливанию не менее 30 бар, что позволит не допускать разрушения микросфер в процессе перемешивания и, как следствие, обеспечить необходимые теплоизоляционные характеристики.