КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ТЕРМОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ
HEAT RESISTANT COATING COMPOSITION

Изобретение относится к лакокрасочным материалам и может быть использовано в машиностроении для защиты металлических поверхностей, работающих при повышенных температурах, в условиях высокой коррозионной агрессивности среды, а также в быту (окраска печных систем, крыш, металлических дверей), и в промышленности (для защитной окраски двигателей и выхлопных систем автомобилей и тракторов, для окраски оборудования и трубопроводов в нефте-, газовой промышленности, дымовых труб и печей для сжигания отходов, для теплоизоляции строительных конструкций.
Известна композиция для термостойкого покрытия, включающая полифенилсилоксановую смолу, акрилатный сополимер, алюминиевую пудру и органический растворитель, отличающаяся тем, что дополнительно содержит наполнитель и реологическую добавку. При этом в качестве наполнителя используют аэросил, микротальк, а в качестве реологической добавки - бентонит, тиксогель VN или другие добавки типа монтморилонита. RU 2137793, 6 C09D 183/06, C09D 5/08, C09D 183/06, C09D 133:06, 1999.09.20.
Известен состав на основе полиметилфенилсилоксановой смолы, модифицированной пентафталиевым лаком (лак КО-075, содержащий алюминиевую пудру, сажу, оксид железа), позволяющий получать однородные покрытия, работающие в условиях постоянного нагрева (А.с. СССР 169614, МПК С09D 183/06, опубл. 1991).
Недостатком этой композиции является недостаточная термостойкость покрытия
Известна композиция для защитного покрытия, содержащая полифенилсилоксановую смолу, сополимер бутилметакрилата с метакриловой кислотой, пигмент и органический растворитель. RU 2157397, 7 C09D 183/04, C09D 5/08 2000.10.10.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявляемому изобретению является композиция для термостойкого антикоррозионного покрытия, содержащая полифенилсилоксановую смолу, акриловый сополимер, термостойкий пигмент, наполнитель - молотую слюду или молотую слюду в смеси с порошком железокремниевым или микротальком, реологическую добавку и органический растворитель. RU 2182582, 7 C09D 183/04, C09D 5/08, 2001.09.10.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности защитного покрытия на основе заявляемой композиции в условиях эксплуатации, за счет повышения физико-механических показателей покрытия и придания ему теплоизоляционных свойств, расширение арсенала средств данного назначения.
Техническим результатом является:
- улучшение физико-механических показателей покрытия;
- расширение температурного интервала эксплуатации покрытия;
- повышение седиментационной устойчивости композиции в процессе хранения;
- снижение стоимости композиции, за счет уменьшения в составе количества дорогостоящей полиорганосилоксановой смолы, термостойких пигментов.
- экономия лакокрасочного материала, за счет снижения величины показателя укрывистости.
Это достигается тем, что композиция для термостойкого покрытия, содержащая полиорганосилоксановую смолу, акриловую смолу, термостойкий пигмент, наполнитель, реологическую добавку и органический растворитель, согласно изобретению в качестве акриловой смолы содержит полимер изобутилметакрилата, а в качестве наполнителя - пористый силикат или смесь слюды с пористым силикатом и дополнительно содержит пентафталевый лак и загуститель - пангель или тиксогель при следующем соотношении компонентов, мас.%:
полиорганосилоксановая смола
20-25
пентафталевый лак
8-14
полимер изобутилметакрилата
5-7
термостойкий пигмент
11-17
указанный наполнитель
5-10
реологическая добавка
1-2
указанный загуститель
1-2
органический растворитель
остальное
При этом композиция в качестве пористого силиката может содержать перлит или кизельгур.
При этом композиция в качестве пигмента термостойкого может содержать алюминиевую пудру или жаростойкие пигменты различных цветов.
Композицию для защитного покрытия получают следующим образом: в первый реактор загружают расчетное количество органического растворителя (60 мас.% от общей массы), полимера изобутилметакрилата, загустителя и реологическую добавку. Смесь перемешивают до образования однородной массы. Во второй реактор загружают расчетное количество полиорганосилоксановой смолы, пентафталевый лак, остальное количество растворителя, наполнитель и пигменты. Содержимое второго реактора диспергируют в течение 3 часов. Затем массу из первого реактора перекачивают во второй реактор и перемешивают 3 часа.
Предлагаемый состав термостойкой композиции ориентирован на использование компонентов, выпускаемых в промышленном масштабе, с применением для ее получения стандартного оборудования лакокрасочных производств. Она может наноситься на защищаемые поверхности любыми из существующих методов: кисть, валик, окунание, воздушный или безвоздушный способы распыления.
Составы 1-15 для экспериментальной проверки изобретения приведены в табл.1. Физико-механические показатели приведены в табл. 2 (состав 16 - прототип).
Для получения композиции в качестве полиорганосилоксановой смолы используют 60%-ный раствор полифенилсилоксана в ксилоле или толуоле - ТУ 2228-440-05763441-2004; или 60%-ный раствор полиметилфенилсилоксана в ксилоле или толуоле - ТУ 2228-277-05763441-99;
в качестве акрилового полимера используют Дегалан LP 65/12 - Сертификат ISO 14001:1996 №Z1168/0203;
в качестве пентафталевого лака Лак ПФ-053 ТУ 2311-001-589-484-36-2003.
Для получения композиций разных цветов в качестве термостойких пигментов используют алюминиевую пудру ГОСТ 5494-95, различные термостойкие пигменты, например пигмент черный жаростойкий - ТУ 2364-017-00303835-96; или пигмент голубой (10446 Blu) или пигмент зеленый (1084 Green) фирмы Cerdes Corp. (США);
в качестве реологической добавки используют бентон-34 Ф. Rheox или другие неорганические вещества, содержащие монтморилонит (бентонитовые глины);
в качестве растворителя используют ксилол нефтяной (ГОСТ 9410-78), сольвент нефтяной ТУ 38.101809-90, толуол нефтяной - ГОСТ 14710-78;
в качестве наполнителя используют слюду - с размером частиц не более 160 мкм - ГОСТ 14327-82, ГОСТ 855-74;
в качестве пористого силиката - перлит с размером частиц не более 140 мкм - ГОСТ 10832-91; кизельгур - ОСТ 18-169-74.
в качестве загустителя используют Пангель В 20 - FT-138-96-01; Тиксогель фирма "ОМИА" (Германия).
8
30
4
2
4
2
26
48
Пангель - органомодифицированный сепиолит, продукт взаимодействия гидрированного силиката магния и четвертичной аммонийной соли. Химическая формула: SiMgO(OH)(OH)·8HO; CIN СН/. Физико-химические показатели: Цвет - светло-кремовый; Внешний вид - сыпучий мелкодисперсный порошок; Влажность - 11%; Насыпная плотность - 250 г/л ±50; Вязкость по Брукфильду - не менее 70000 сП; (25°С, 5 об/мин.); Остаток на сите 75 µm - <1%;
Тиксогель - органобентонит (ТУ 95 2752-2000) - продукт взаимодействия высококачественных бентонитовых глин с четвертично аммониевыми солями. Физико-химические показатели: Цвет - кремовый; Плотность - 1,8; Насыпной вес г/л - 380-540; Остаток на сите 90 µm - 15%; Первичный размер частиц при полном диспергировании, µm - 1-5; Содержание влаги - 3%; Термоустойчивость, °С - 200-250.
Сравнение заявляемой композиции с известным составом позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "Новизна", так как в данном случае содержится новая совокупность компонентов в новом количественном соотношении.
Указанные пределы соотношений между компонентами композиции определены экспериментальным путем и являются оптимальными с точки зрения достижения положительного технического результата и минимальной себестоимости.
Оптимальным содержанием пентафталевого лака в композиции составляет 8,0-14,0 мас.%. Оптимальное содержание полимера изобутилметакрилата составляет 5-7 мас.%. Уменьшение содержания этих компонентов в композиции приводит к получению покрытия с низкими физико-механическими свойствами.
Использование их в указанном количестве позволяет уменьшить количество полиорганосилоксановой смолы, что способствует удешевлению композиции в целом и улучшению физико-механических свойств.
В производстве композиций для покрытий известно применение пентафталевого лака совместно с полиорганосилоксановой смолой и термостойкими пигментами. (А.с. СССР 169614, МПК С09D 183/06, опубл. 1991). Однако такие покрытия не обладают достаточной термостойкостью и имеют низкую адгезию. В заявляемой композиции предложено новое сочетание известных компонентов с новыми компонентами и новым количественным соотношением, которое привело к улучшенному техническому результату, а именно седиментационной устойчивости в композиции в процессе длительного хранения и имеющей существенно меньшую скорость осаждения частиц пигмента и наполнителя в расходных емкостях при ее нанесении. Улучшение физико-механических свойств покрытия, а именно устойчивость к воздействию воды, бензина, масла, прочность пленки при ударе.
Введение в состав композиции наполнителя в виде пористого силиката и загустителя в указанных количествах улучшает не только седиментационные свойства за счет химического взаимодействия пористой структуры силиката с акриловыми пленкообразователями, но и позволяет снизить стоимость композиции за счет полной или частичной замены слюды. При этом сочетание с термостойкими пигментами и остальными компонентами в указанных количествах позволяет расширить температурный интервал эксплуатации покрытия и придать ему теплоизоляционные свойства.
Указанные количества наполнителя и загустителя в композиции являются оптимальными. Содержание этих компонентов выше указанных значений способствует повышению вязкости композиции, что приводит к технологическим трудностям при получении покрытий.
Также оптимальным (11-17 мас.%) является указанное количество пигментов. Увеличение содержания пигментов в составе приводит к снижению седиментационной устойчивости (наблюдается их ускоренное осаждение). Уменьшение содержания пигментов ведет к тому, что ухудшается укрывистость покрытия, а также снижается его термостойкость.
Из табл.2 следует, что при использовании в качестве наполнителя пористого силиката или смеси слюды с пористым силикатом теплопроводность материала с нанесенным покрытием составляет 0,01 Вт/мК, что придает покрытию на основе заявляемой композиции теплоизоляционные свойства.
Таким образом, заявляемая композиция имеет высокую седиментационную устойчивость при хранении, быстрее высыхает и обеспечивает получение антикоррозионных покрытий с повышенной устойчивостью к действию воды, бензина и масла, расширенный температурный интервал (650°С) эксплуатации покрытия, а придание покрытию теплоизоляционных свойств позволит расширить область применения данной композиции. Причем за счет снижения величины показателя укрывистости (см. табл.2) достигается экономия лакокрасочного материала.
Таблица 1
№
Компоненты
Составы мас.%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Прототип
1
Полиметилфенилсилоксановая смола
20,0
22,0
25,0
20,0
25,0
-
-
25,0
20,0
-
-
25,0
20,0
-
2
Полифенилсилоксановая смола
-
-
-
20,0
25,0
-
-
25,0
20,0
-
-
20,0
25,0
-
-
-25-35
Сополимер полибутилметакрилата
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
4,0-8,0
3
Полимер изобутилметакрилата
7,0
6,0
5,0
5,0
7,0
5,0
7,0
5,0
5,0
7,0
5,0
7,0
5,0
5,0
7,0
-
4
Лак пентафталевый
10,0
14,0
8,0
14,0
8,0
14,0
8,0
8,0
14,0
8,0
14,0
14,0
8,0
8,0
14,0
-
5
Алюминиевая пудра
11,0
12,0
12,0
12,0
11,0
12,0
11,0
-
-
-
-
-
-
-
-
11,5-12,38
6
Пигмент черный
-
-
-
-
-
-
-
17,0
11,0
-
-
-
-
17,0
11,0
20-25
7
Пигмент зеленый
-
-
-
-
-
-
-
-
-
17,0
11,0
11,0
17,0
-
-
12,57
8
Слюда молотая
3,0
3,0
2,0
3,0
2,0
-
-
3,0
2,0
3,0
2,0
-
-
-
-
2,05-5,17
9
Перлит
7,0
4,0
3,0
2,0
8,0
2,0
8,0
-
-
-
5,0
-
10,0
-
10
Кизельгур
-
-
-
-
-
5,0
10,0
-
-
2,0
5,0
10,0
-
5,0
-
-
11
Бентон
2,0
1,0
1,5
1,0
2,0
1,0
1,0
2,0
2,0
1,0
2,0
1,0
2,0
2,0
1,0
0,5-1
12
Пангель
1,0
2,0
-
2,0
1,0
-
2,0
-
1,0
2,0
1,0
2,0
1,0
-
1
-
13
Тиксогель
-
-
1,0
2,0
1,0
-
-
-
-
-
2,0
-
14
Толуол
39,0
-
42,5
41,0
-
-
-
-
-
-
40,0
-
37,0
-
-
Остальное
15
Ксилол
-
36,0
-
-
-
41,0
-
37,0
-
35,0
35,0
-
36,0
-
-
16
Сольвент
-
-
-
-
36,0
-
36,0
-
36,5
-
-
-
-
-
35,0
-
Таблица 2
Показатели качества композиции
Примеры по составам
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Прототип
1
Цвет пленки композиции
Серебристо-серый
Серебристо-серый
Серебристо-серый
Серебристо-серый
Серебристо-серый
Серебристо-серый
Серебристо-серый
черный
черный
зеленый
зеленый
зеленый
зеленый
черный
черный
2
Условная вязкость
48
30
29
28
40
34
57
43
43
45
39
59
37
31
61
-
по вискозиметру типа В3-246 С диаметром сопла 4 мм при 20±2°С, с
3
Продолжительность высыхания до степени 3, ч:
- при 20±2°С, н/б
0,8
0,8
0,8
1,0
1,0
0,8
0,8
1,0
1,0
0,8
1,0
1,0
0,8
1,0
0,8
1
- при 130±2°С, н/б
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3-0,5
4
Массовая доля
46,6
47,2
41,6
44,3
48,3
42,6
47,6
49,1
48,7
49,1
43,7
48,4
48,6
48,1
48,5
41,3-47,0
нелетучих веществ, %
5
Термостойкость
пленки н/м;
- при 650±5°С
3
3
3
3
3
3
3
-
-
-
-
-
-
-
-
-
- при 600±5°С
4
4
4
4
4
4
4
3
3
3
3
3
3
3
3
3
- при 400±5°С
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
Стойкость пленки к
переменному
воздействию
нагрева и воды:
- при 400±2°С
7
7
7
7
7
7
7
6
6
6
6
6
6
6
6
6-7
- при 600±2°С
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
- при 650±2°С
5
5
5
5
5
5
5
-
-
-
-
-
-
-
-
-
7
Твердость пленки
0,53
0,53
0,53
0,53
0,53
0,53
0,53
0,53
0,53
0,53
0,53
0,53
0,53
0,53
0,53
0,5-0,52
по маятниковому
прибору ТМК усл.ед
8
Адгезия баллы н/б
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
9
Прочность пленки при ударе по прибору У-1, кг, см
51
51
50
52
51
51
51
50
50
51
50
50
51
50
50
50
10
Стойкость к солевому туману, ч н/м
130
120
130
120
120
120
130
120
120
110
110
110
120
120
120
100-120
11
Стойкость пленки при 20±2°С к статическому воздействию:
- воды
110
110
110
110
110
110
110
100
100
100
100
100
100
100
100
96
- бензина
96
96
96
96
96
96
96
96
96
96
96
96
96
96
96
48
- масла
96
96
96
96
96
96
96
96
96
96
96
96
96
96
96
48
12
Укрывистость, г/м<sup>2 </sup>н/б
85
80
95
90
80
95
85
80
80
80
95
85
85
90
85
-
13
Влагостойкость покрытия по ГОСТ 9.401-91 при 40±2°С и относительной влажности 97% н/м
110
120
110
120
120
120
110
100
100
110
110
100
110
100
110
100
14
Осаждаемость композиции через 24 ч, в% н/б
2
5
0
4
8
6
10
8
10
7
6
6
7
8
10
15
Коэффициент теплопроводности материала, Вт/мК
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01