КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННОГО И АНТИКОРРОЗИОННОГО ПОКРЫТИЯ ХОЛОДНОГО ОТВЕРЖДЕНИЯ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭТОЙ КОМПОЗИЦИИ В АЭРОЗОЛЬНОМ ИСПОЛНЕНИИ
ORGANOSILICON COMPOSITION FOR ELECTRICALLY INSULATING AND ANTICORROSION COLD SETTING COATING AND METHOD OF PREPARING SAID COMPOSITION IN AEROSOL FORM

Изобретение относится к области защитных покрытий, в частности, к получению кремнийорганических композиций, используемых в качестве термостойких покрытий для электроизоляционной защиты проводов, металлоконструкций, изделий из керамики, металла, пластика, отверждаемых на холоде. Такие композиции находят широкое применение в различных отраслях промышленности и в технике в качестве покрытий, прокладок, заливочных компаундов, электроизоляционных материалов, в том числе работающих в экстремальных условиях высоких и/или низких температур.
Известна полимерная композиция, обладающая диэлектрическими свойствами (SU №1799024, C08L 63/02, опубл.20.12.01). Композиция включает эпоксидную диановую смолу, триэтаноламин в качестве аминного отвердителя и нефтеполимерную смолу с температурой размягчения 98-105°С с йодным числом 55-70 г/100 г, содержанием летучих 1,2-1,5 мас.%, имеющую в своем составе продукты сополимеризации преимущественно, мас.%: изопрен 16-22, пиперилен 12-18, дициклопентадиен 34-43, инден 18-25, неидентифицированные углеводороды 4-6, при следующем соотношении компонентов, мас.%: эпоксидная диановая смола 60-80, триэтаноламин 10-15, нефтеполимерная смола 5-30.
В известной композиции в качестве одного из основных компонентов использована эпоксидная диановая смола, которая является токсичным веществом. Кроме того, непосредственно при нанесении композиции на подложку необходимо производить смешивание смол и вводить отвердитель, что обусловливает сложность ее использования.
Известна композиция для антикоррозионного покрытия (RU №2041906, C09D 183/08, 5/08, опубл. 20.08.95). Композиция включает хлорированный полиметилфенилсилоксан с содержанием хлора 2,3-8 мас.%, наполнители - слюда "Мусковит", диоксид титана и аэросил, и органический растворитель - толуол, при следующем соотношении компонентов, мас.%: хлорированный полиметилфенилсилоксан 29-35, слюда "Мусковит" 20-25, диоксид титана 1-5, аэросил 1-5, органический растворитель (толуол) 40-47.
Использование известной композиции для антикоррозионного покрытия обеспечивает достаточно высокую термостойкость (до 430°С) и достаточно хорошие электроизоляционные свойства получаемых покрытий. Одним из основных компонентов композиции является хлорированный полиметилфенилсилоксан, получаемый путем хлорирования промышленной смолы К-40 молекулярным хлором; для его получения необходима дополнительная химическая реакция, дефицитные добавки, дополнительное оборудование, кроме того, хлор является токсичным веществом, вредным для здоровья.
Известна композиция для защитного покрытия (патент РФ №2041905, кл. С09D 183/04, 5/08, 7/14, приор. 18.10.93, опубл.20.08.95). Композиция включает полиметилфенилсилоксан, толуол, тетрабутоксититан, силикат, оксиды металлов и карбид кремния в качестве наполнителя при следующем соотношении компонентов, мас.%: полиметилфенилсилоксан 25-34, тетрабутоксититан 5-11, силикат 42-60, оксиды металлов 1-5, карбид кремния (наполнитель) 3-10, толуол - остальное. Защитные покрытия, получаемые при нанесении известной композиции на подложку, имеют невысокие электроизоляционные свойства при воздействии высоких температур (более 200°С).
Известна кремнийорганическая композиция холодного отверждения (RU №2231532, C08L 83/04, С09К 5/10, С09К 5/00, опубл. 2004.06.27). Она содержит линейно-лестничный блок-сополимер общей формулы
(где y=205-250)……100 мас.ч.,
неорганический наполнитель - оксиды кремния или алюминия, и/или алюмосиликатные волокна 1-26,5 мас.ч., структурирующий агент - тетраэтоксисилан или продукты его неполного гидролиза 0-9 мас.ч., катализатор отверждения - дибутилдилаурат олова, γ-аминопропилтриэтоксисилан или винилтрис (ацетоксимокси)силан 1-20 мас.ч и дополнительно введен термостабилизирующий агент - фосфиды железа, никеля, оксиды железа, меди, церия или их смесь, нанесенные в виде активной фазы на металлы или оксиды металлов, выбранных из группы алюминия, железа и титана, 3-10,6 мас.ч.
Композицию готовят путем перемешивания компонентов в лопастном смесителе до получения гомогенной смеси, после чего к ней добавляют структурирующий агент и катализатор в необходимом количестве. Смесь отверждают при температуре окружающей среды до образования эластичного резиноподобного материала в течение 1-3 суток.
Недостатком данного изобретения является наличие катализатора отверждения и значительное количество времени, необходимое для получения резиноподобного материала, а именно 1-3 суток.
Известна композиция для защитного покрытия на основе полиметитлфенилсилоксанов, обладающая электроизоляционными свойствами и не имеющая в своем составе катализатора отверждения (RU №2226539, C09D 183/04, опубл. 2004.04.10).
Композиция включает следующие компоненты.
Первый компонент - полиметилфенилсилоксан, входящий в состав композиции в количестве 15-60 мас.%, исполняет роль основы, пленкообразующего компонента. При использовании данного компонента в меньшем количестве наблюдается значительное снижение адгезии покрытия к подложке, покрытие становится хрупким, ухудшаются защитные его свойства, а при использовании завышенных количеств ухудшается термостойкость получаемых покрытий, возможно появление трещин при изменении температуры от -60 до +500°С.
Второй компонент композиции - оксиды металлов, входящие в состав композиции в количестве 3-20 мас.%, способствуют образованию на поверхности покрытия прочной пленки. В качестве оксидов металлов, в частности, могут быть использованы оксиды хрома, кобальта, меди, титана и цинка. При введении данного компонента в меньшем количестве ухудшаются защитные свойства покрытия, ухудшается его прочность, а при введении его в завышенных количествах ухудшается адгезия покрытия к подложке.
Третьим компонентом композиции является силикат (слюда), который в сочетании с тальком или асбестом способствует повышению термостойкости получаемых покрытий и их электроизоляционных свойств.
Композиция для защитного покрытия изготавливалась следующим образом.
3
3
В шаровую мельницу объемом 5 м (возможно использование мельницы объемом от 1,63 до 8 м) загружали уралитовые шары. После этого в мельницу загружали все сухие компоненты композиции, а затем полиметилфенилсилоксан и толуол, соотношение компонентов выбиралось в зависимости от примера. В течение 24 часов при помощи уралитовых шаров производили перетирку компонентов, в результате которой компоненты смешивались, между ними происходила механохимическая реакция. В результате получили композицию в виде суспензии.
При испытании композиции на соответствие нормативному документу ее наносили на поверхность образца различными методами: окунанием, малярными валиками и т.п. После нанесения на образец покрытие сушили при температуре 200°С в течение 3 часов.
Данное техническое решение принято в качестве прототипа для заявленных способа и композиции по настоящему изобретению.
Недостатком прототипа является большое время сушки, а именно 3 часа, и высокая температура экспозиции, а именно 200°С.
Задачей предполагаемого изобретения является разработка композиции с использованием промышленных компонентов с простой технологией применения и отверждаемой на холоде для получения материалов, обладающих электроизоляционными и антикоррозионными свойствами, работоспособных при температурах от -70°С до +250°С и обладающих прочностными и адгезионными свойствами.
Достигаемый при этом технический результат заключается в улучшении технико-эксплуатационных свойств за счет обеспечения отверждения на холоде за короткое время и сохранения этих свойств длительное время в пределах температур до 250°С.
Указанный технический результат достигается тем, что композиция для электроизоляционного и антикоррозионного покрытия холодного отверждения включает толуол или ортоксилол, оксиды металлов, содержит промышленно производимые полиметилфенилсилоксаны марок КО-921, КО-922, КО-923, а также азеотропный вытеснитель, в качестве которого применяют тетраметилсилан или смесь пропан-бутан.
Указанный технический результат также достигается тем, что в способе изготовления кремнийорганической композиции электроизоляционного и антикоррозионного покрытия холодного отверждения в аэрозольном исполнении, заключающемся в перемешивании в течение 15 минут компонентов до получения гомогенной смеси, при комнатной температуре, а именно полиметилфенилсилоксана в виде промышленного компаунда марки КО-921 или КО-922 или КО-923, мелкодисперсных оксидов металлов, толуола или о-ксилола, а полученную гомогенную смесь помещают в аэрозольный баллончик с металлическим шариком внутри для перемешивания композиции, баллончик заполняют азеотропным вытеснителем типа тетраметилсилана или смеси пропан-бутан в количестве 25-50% от общего количества гомогенной смеси.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Согласно настоящему изобретению рассматривается кремнийорганическая композиция электроизоляционного и антикоррозионного покрытия холодного отверждения на основе полиметилфенилсилоксана, оксидов металлов и растворителя и азеотропного вытеснителя, при этом в качестве полиметилфенилсилоксана используют промышленный компаунд марок КО-921, или КО-922, или КО-923 или их смеси, в качестве растворителя используют толуол или о-ксилол, а в качестве азеотропного вытеснителя используют тетраметилсилан или смесь пропан-бутан в количестве 25-50% от общего количества гомогенной смеси из остальных компонентов.
Первый компонент - полиметилфенилсилоксан используется в виде промышленно производимых компаундов под марками КО-921, КО-922, КО-923. Данные компаунды получаются гидролитической соконденсацией фенилтрихлорсилана и диметилдихлорсилана с последующей полимеризацией и представляют собой полимеры с различными молекулярными цепями и различным содержанием активных химических групп в своем составе. Компаунды входят в состав композиции в количестве 15-60 мас.%, исполняют роль основы, пленкообразующего компонента. При использовании их в меньшем количестве наблюдается снижение адгезии покрытия к подложке, а при использовании завышенных количеств ухудшаются механические показатели образующейся пленки в интервале температур от -70°С до +250°С.
Второй компонент композиции - оксиды металлов, входящие в состав композиции в количестве 5-20 мас.%, способствуют образованию на поверхности покрытия прочной пленки. В качестве оксидов металлов, в частности, могут быть использованы оксиды хрома, кобальта, меди, титана и цинка. При введении данного компонента в меньшем количестве ухудшаются защитные свойства покрытия, ухудшается его прочность, а при введении его в завышенных количествах ухудшается адгезия покрытия к подложке, композиция становится непластичной.
Третий компонент - растворитель толуол или ортоксилол используется в количестве 10-30% для регулировки вязкости рабочего раствора.
Четвертый компонент - азеотропный вытеснитель тетраметилсилан или смесь пропан-бутан используются для ускорения отверждения композиции на холоде за счет азеотропной отгонки растворителя и высококипящих составляющих промышленных компаундов КО-921, КО-922, КО-923, в результате чего увеличивается скорость пленкообразования. Используется в количестве 25-50%. При использовании в меньших количествах значительно увеличивается время сушки композиции. При использовании в больших количествах образуется недостаточно прочная пленка, обладающая невысокой адгезией и низкими элекроизоляционными свойствами.
Композицию готовят путем перемешивания компонентов в лопастном смесителе до получения гомогенной смеси, затем помещают ее в аэрозольный баллончик, который заполняют тетраметилсиланом или смесью пропан-бутан, содержащий внутриметаллический шарик. После энергичного встряхивания в течение 10-15 секунд смесь разбрызгивают на обрабатываемую поверхность при температуре окружающей среды. Через 15-20 минут композиция высыхает и приобретает целевые характеристики по электроизоляционным и антикоррозионным свойствам.
Результаты экспериментов иллюстрируются примерами.
Пример №1
В двухгорлую колбу с лопастной мешалкой помещают 30 г полиметилфенилсилоксана (компаунд КО-921), толуола 60 г, мелкодисперсной окиси меди 10 г и перемешивают при комнатной температуре до однородной массы в течение 15 минут. Затем полученную массу помещают в аэрозольный баллончик с металлическим шариком внутри емкостью 500 мл и при помощи клапана заправляют его 100 г смеси пропан-бутана. После энергичного встряхивания баллончика в течение 10-15 секунд наносят распылением композицию на поверхность обрабатываемого материала. Выдерживают при температуре окружающей среды в течение 15 минут.
Пример №2
В двухгорлую колбу с лопастной мешалкой помещают 120 г полиметилфенилсилоксана (компаунд КО-922) 120 г, толуола 20 г, мелкодисперсной окиси хрома 10 г и перемешивают при комнатной температуре до однородной массы в течение 15 минут. Затем полученную массу помещают в аэрозольный баллончик с металлическим шариком внутри емкостью 500 мл и при помощи клапана заправляют его 50 г смеси пропан-бутана. После энергичного встряхивания баллончика в течение 10-15 секунд наносят распылением композицию на поверхность обрабатываемого материала. Выдерживают при температуре окружающей среды в течение 15 минут.
Пример №3
В двухгорлую колбу с лопастной мешалкой помещают полиметилфенилсилоксана (компаунд КО-923) 80 г, ортоксилола 20 г, мелкодисперсной окиси цинка 40 г и перемешивают при комнатной температуре до однородной массы в течение 15 минут. Затем полученную массу помещают в аэрозольный баллончик с металлическим шариком внутри емкостью 500 мл и при помощи клапана заправляют его 100 г смеси пропан-бутана. После энергичного встряхивания баллончика в течение 10-15 секунд наносят распылением композицию на поверхность обрабатываемого материала. Выдерживают при температуре окружающей среды в течение 15 минут.
Примеры на использование смесей из компаундов марок КО-921, КО-922, КО-923 не представляются ввиду того, что они повторяют примеры №№1, 2 или 3.
Исследование проводили в лабораторных условиях. Результаты экспериментов и составы композиций приведены в таблицах №1 и №2
Таблица №1
Состав композиции (% вес.)
Компонент (вес.%)
I
II
III
IV
V
VI
Компаунд КО-921
15
60
40
-
-
-
Компаунд КО-922
-
-
-
25
-
45
Компаунд КО-923
-
-
-
-
35
-
Окись металла
5
5
20
10
15
15
Толуол
30
-
10
25
-
-
Ортоксилол
-
10
-
-
20
15
Смесь пропан-бутан
50
25
50
-
-
-
Тетраметилсилан
-
-
-
40
30
25
Таблица №2
Физические характеристики композиций
Наименование характеристики
I
II
III
IV
V
VI
Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом·мм
1·10<sup>10</sup>
1·10<sup>12</sup>
1·10<sup>10</sup>
1·10<sup>10</sup>
1·10<sup>10</sup>
1·10<sup>11</sup>
Электрическая прочность, МВ·мм
40
70
40
40
40
50
Диэлектрическая проницаемость
4
3
4
4
4
3
Адгезия, Din/mm<sup>2</sup>
17
26
19
15
14
20
Настоящее изобретение промышленно применимо, может быть изготовлено с применением промышленно выпускаемых недорогих компонентов.