Органосиликатная композиция для защитных электроизоляционных покрытий
ORGANOSILICATE COMPOSITION FOR PROTECTIVE ELECTRIC INSULATING COATINGS

Изобретение относится к лакокрасочным материалам для получения теплостойких электроизоляционных покрытия горячего отверждения на металлах и может быть использовано в электротехнике, радиоэлектронной промышленности, энергетике, машиностроении.
Известен ряд органических композиций, покрытия которых в процессе термообработки при повышенных температурах полностью обезуглераживаются и превращаются в неорганический материал, сохраняя при этом свою целостность и некоторые защитные свойства. Например, в патенте РФ №2182582 описывается композиция для термостойкого антикоррозионного покрытия, содержащего полифенилсилоксановую смолу, акриловый сополимер, термостойкий пигмент, молотую слюду, реологическую добавку и органический растворитель. Техническим результатом является то, что покрытие на основе предложенной композиции обладает термостойкостью 450-600°С, что ниже теплостойкости покрытия заявленной композиции.
В патенте РФ №2266937 описывается композиция для термостойкого антикоррозионного покрытия содержащая полифенилсилоксановый полимер, сополимер бутилметакрилата и метакриловой кислоты, термостойкий пигмент, волластанит (наполнитель), реологическую добавку и органический растворитель. Техническим результатом является получение термостойкого покрытия для защиты металлических поверхностей при воздействии повышенной температуры до 600-650°С, что ниже теплостойкости покрытия заявленной композиции.
В патенте РФ №2340643 описывается композиция для термостойкой краски, которая может быть использована для маркировки сварочных электродов, металлических изделий в горячем состоянии, а также для
дополнительной защиты огнеупорной футеровки печей. Термостойкая краска состоит, масс.%: 63-66 пигмента красного железноокисного, 28,5-30,5 железа треххлористого 6-водного, 5,44-6,47 оксида цинка, 0,02-0,04 этилового спирта, 0,01-0,02 триэтиленгликоля. Покрытие на основе этой краски на огнеупорных кирпичах могут использоваться до 800°С, но на металлах только до 300-400°С, что ниже теплостойкости покрытия заявленной композиции.
В патенте РФ №2400509 описывается лакокрасочный материал для термостойкого покрытия, предназначенного для защиты металлических поверхностей, работающих при повышенных температурах. Эта композиция содержит полиорганосилоксановую смолу, акриловую смолу (полимер изобутиметакрилата), термостойкий пигмент, молотую слюду и/или пористый силикат в качестве наполнителя, реологическую добавку (бентонитовую глину), пентафлалевый лак, загуститель (пангель или тиксагель) и органический растворитель. Теплостойкость данного покрытия составляет 600-650°С, что ниже теплостойкости покрытия заявленной композиции.
В патенте РФ №2468053 описывается лакокрасочный антикоррозионный материал, который может быть использован для защиты металлических поверхностей, эксплуатируемых в условиях повышенной температуры и воздействия высокой коррозионной среды. Эта композиция содержит эпоксидно-диановую смолу ЭД-20, модифицированную термостойким борорганическим полимером (полиметилен-п-трифениловый эфир борной кислоты), пластификатор (диоктилфтолат), микроармирующий наполнитель (волластанит), пигмент (технический углерод), армирующий наполнитель (микрокремнезем), органический растворитель и отвердитель. Теплостойкость покрытия данной композиции 600-670°С, что ниже теплостойкости покрытия заявленной композиции.
В патенте РФ №2495895 описывается лакокрасочный материал, который может быть использован в машиностроении для защиты металлических
поверхностей, работающих при повышенных температурах, в условиях высокой коррозионной агрессивной среды. Полученная на основе этого материала термостойкая эмаль содержит метилфенилсилоксановую смолу, полимер бутилметакрилата, пентафталевый лак, термостойкий пигмент, микронизированный наполнитель, загуститель, реологическую добавку (бентонитовая глина) и органический растворитель. Теплостойкость эмали данного материла 600°С, что ниже теплостойкости покрытия заявленной композиции.
Известна органосиликатная композиция по патенту РФ №2520481 для получения антикоррозионных, электроизоляционных, теплостойких покрытий горячего отверждения на металлах и клея для глиноземной керамики, включающая кремнийорганическое связующее в виде полиметилфенилсилоксана и наполнители в виде талька и оксидов металлов, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит двухзамещенный алюмофосфат, при следующем соотношении компонентов, масс.%: полиметилфенилсилоксан - 25-35, тальк - 40-52, оксид хрома - 5-7 двухзамещенный алюмофосфат -16-20.
Данная композиция позволяет получать защитные покрытия, обладающие теплостойкостью до 600°С и стойкостью к термоударам от -60°С до +600°С. Хорошая антикоррозионная устойчивость покрытия подтверждается водостойкостью. Поскольку данная и заявленная композиции являются органосиликатными, то есть состоящими из кремнийорганического полимера, слоистого гидросиликата, оксида, и отличаются только добавкой к вышеуказанным компонентам, данная известная композиция принята нами в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является недостаточная теплостойкость (600°С) и адгезионная прочность, а также высокое (24%) водопоглощение после термообработки при высокой температуре.
Задачей изобретения является разработка органосиликатной композиции для теплостойкого защитного покрытия, которое характеризовалось бы такой
же простой технологией получения, как у прототипа, была бы удобна в эксплуатации, но покрытие имело бы более высокую теплостойкость, адгезионную прочность, твердость и меньшее водопоглощение.
Сущность изобретения, как технического решения, выражается в следующей совокупности существенных признаков.
Согласно изобретению органосиликатная композиция для защитных электроизоляционных покрытий, включающая кремнийорганическое связующее в виде модифицированного полиметилфенилсилоксана и наполнителей в виде хризотилового асбеста и оксида ванадия V2O5, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит алюмоборосиликатное стекло при следующих соотношениях компонентов, масс. %:
полиметилфенилсилоксан - 24-27,5,
хризотиловый асбест - 40-42,
оксид ванадия V2O5- 5-6,5,
алюмоборосиликатное стекло - 26-30.
Кроме того, заявленное изобретение характеризуется наличием дополнительных факультативных признаков, которые заключаются в том, что в композицию может быть дополнительно введен органический растворитель в количестве, достаточном для улучшения технических свойств композиции.
2
3
2
2
2
2
Непосредственным техническим результатом, достигаемым при реализации совокупности существенных признаков заявленного изобретения, является то, что заявленная органосиликатная композиция, содержит алюмоборосиликатное стекло, которое производится промышленностью для получения стекловолокна и имеет состав, мол.%: А10 - 14,73, ВОз - 9,64, Si0 - 53,62, CaO+MgO - 20,86, Na0 - 0,46, К0 - 0,31. Покрытие на основе этой композиции по сравнению с прототипом имеет более высокую термостойкость (до 700°С) и более низкое поглощение влаги. В отличие от неорганических эмалей покрытие может выдержать резкие изменения
температуры. Было установлено, что композиция сохраняет свою жизнеспособность (не желируется) в течение года.
Заявленная композиция изготавливается следующим образом.
2
5
В шаровую мельницу объемов 0,5 л загружают фарфоровые шары объемом 0,15-0,2 л, сухие компоненты: оксид ванадия V0 и алюмоборосиликатное стекло, порошок асбеста и раствор модифицированного полиметилфенилсилоксана с рассчитанным количеством растворителя (толуола), в количестве достаточном для улучшения технических свойств композиции. После 17 часов вращения шаровой мельницы полученную суспензию выгружают. Для получения покрытий данная композиция остается пригодной в течение не менее года хранения. Полученную композицию наносят на подложку различными методами лакокрасочной технологии: окунанием, поливом, пульверизацией, кистью, валиком. Нанесенное покрытие в зависимости от его толщины сушат при комнатной температуре 1-3 часа и затем подвергают термообработке, которая проводится следующий образом: 2 часа при 300°С (с подъемом температуры 2-3 градуса в минуту) и по одному часу при 500°С и 700°С.
При 700°С в результате размягчения стекла и его реакции с асбестом полученное покрытие частично превращается в стеклокерамический материал и обладает нижеуказанными механическими свойствами и меньшим водопоглощением, чем другие термостойкие органосиликатные покрытия после их обезуглероживания при высокой температуре.
Исследование свойств покрытий проводили в лабораторных условиях. Состав примеров исследованных композиций приведен в таблице 1, полученные показатели при испытаниях покрытий - в таблице 2.
После термообработки при 700°С покрытие состоит из 2 слоев. Верхний слой (по массе 8-12%) - рыхлая масса, которая достаточно легко счищается электрокартщеткой. Нижний слой счищается значительно труднее, чем все опытные и выпускаемые промышленные органосиликатные покрытия, что
свидетельствует о высокой адгезионной прочности полученного материала к металлу. Основная масса покрытия находится в нижнем слое, что свидетельствует о том, что асбест покрытия вступает в реакцию с алюмоборосиликатным стеклом.
2
5
Следует отметить, что увеличение или уменьшение содержания алюмоборосиликатного стекла в покрытии приводит при термообработке 700°С к появлению дефектов. Например, покрытие, содержащее 24% полимера, 39% асбеста, 5% оксид ванадия V2O5 и 32% алюмоборосиликатного стекла, после термообработки при 700°С частично отслоилось. Покрытие, содержащее 20% полимера, 40% асбеста, 5% оксида ванадия V0 и 35% алюмоборосиликатного стекла, после термообработки при 700°С отслоилось полностью.
Приведенные в таблицах примеры определяют оптимальное соотношение компонентов композиции, основанной на одном кремнийорганическом связующем и трех активных неорганических наполнителях. Заявленная композиция позволяет получать защитные покрытия, обладающие по сравнению с прототипом более высокой нагревостойкостью до 700°С и стойкостью к термоударам. По своей твердости и адгезионной прочности к металлу покрытие превосходит прототип, а электроизоляционным свойствам покрытие не уступает прототипу.
Заявленная органосиликатная композиция проста в изготовлении и удобна в эксплуатации. Производство этой композиции может быть реализовано промышленным способом в условиях серийного производства с использованием известных технических и технологических средств.