КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2003 года по МПК C09D183/04 C09D5/00 

Изобретение относится к области защитных покрытий, обладающих химической или радиационной стойкостью или антиоблединительными свойствами, и предназначено для защитной отделки строительных конструкций и изделий, выполненных из металла, бетона, кирпича и керамики.

Известна антикоррозионная химически стойкая лакокрасочная композиция для защитного покрытия стальных конструкций, изделий и оборудования, эксплуатирующихся в условиях интенсивного атмосферного воздействия и в агрессивных средах, см. патент РФ 2177019 по классу МПК⁷ C 09 D 175/04, приор. 29.12.99, oпубл. 20.12.01. Композиция включает полиуретановый лак, высокодисперсный порошок цинка, полученный методом испарения металлического цинка в атмосфере нейтрального газа с последующей его конденсацией, в качестве целевой добавки использован гидрофобизатор поверхности высокодисперсного порошка цинка (кремнийорганические жидкости) и органический растворитель, при следующем соотношении компонентов, мас. %: полиуретановый лак 13,0-26,0, высокодисперсный порошок цинка 63,0-79,0, гидрофобизатор (кремнийорганическая жидкость) 1,7-1,9, органический растворитель - остальное. В частности, в качестве кремнийорганической жидкости может быть использован полиметилфенилсилоксан или полифенилсилоксан.

Использование известной композиции для защитного покрытия обеспечивает достаточную химическую стойкость обработанной поверхности в агрессивных средах, однако стоимость изготовления композиции достаточно высока, т.к. процессы получения основного компонента композиции - металлического цинка, а также гидрофобизированной целевой добавки - сложные энергоемкие технологические процессы. К недостаткам композиции относится также ее густая консистенция, обусловливающая сложность нанесения покрытия.

Известна лакокрасочная композиция для защитного покрытия гидротехнических сооружений, металлоконструкций шахт, а также при ремонтно-строительных работах в энергетике, в том числе атомной, см. патент РФ 1389195 по классу МПК⁶ C 09 D 163/02, C 09 D 5/08, приор. 09.04.86, oпубл. 09.07.95. Композиция имеет следующий состав, при следующем соотношении компонентов, мас. %: эпоксидная диановая смола 20-35, отвердитель, состоящий из смеси полиамидной смолы 7,4-20,0 и серосодержащего кетимина на основе триэтилентетрамина, циклогексана и бутилтиоглицидитового эфира 1-17,5, меламиноформальдегидная смола 0,74-1,5, бутанол 0,75-1,5, хинолин 5-25, α-метилнафталин 0,5-1,5, триодиметиламинометилфенол 0,5-3, наполнитель - остальное.

Использование композиции позволяет получить радиационно-стойкое покрытие, однако композиция имеет многокомпонентный состав, что обусловливает ее высокую стоимость и сложность производства.

Известна композиция для защитного противооблединительного покрытия, см. авторское свидетельство СССР 1712388 по классу МПК⁶ С 09 К 3/18, приор. 18.01.90, oпубл. 15.02.92. Композиция содержит в качестве полимерного связующего кремнийорганическую смолу 25-45 мас.%, оксиды металлов, выбранные из группы: оксид цинка, оксид магния, диоксид титана или расширенный графит, наполнитель, гидрофобизированный органическими модификаторами в виде метилхлороформа, или смолки производства этилсиликатов, или полиорганогидридсилоксановой жидкости в количестве 16-30 мас.%, и растворитель; в качестве растворителя использован метилхлороформ 25-60 мас.%, а в качестве разбавителя - хладоны 11, 12, 113.

Хладоны-фторированные углеводороды участвуют в образовании "озоновой дыры", поэтому по экологическим требованиям их использование нежелательно. Антиоблединительное свойство покрытия обусловлено, главным образом, наличием в составе композиции гидрофобизированного наполнителя, а гидрофобизация является сложной энергоемкой технологической операцией.

Известна композиция для защитного покрытия, см. патент РФ 2156786 по классу МПК⁶ С 09 К 3/18, приор. 30.12.98, oпубл. 27.09.00. Композиция включает кремнийорганическое полимерное связующее, состоящее из смеси полидиметилфенилсилоксана и полидиметилсилоксана, и толуол; композиция содержит также наполнитель, содержащий тальк или смесь талька с белитом и/или баритом, и оксиды и/или соли переходных металлов, при следующем соотношении компонентов, мас. %: кремнийорганическое полимерное связующее 30-40, наполнитель 9-18, оксиды и/или соли переходных металлов 6-15, толуол - остальное.

Данное техническое решение принято за прототип для всех трех вариантов настоящего изобретения.

Известная композиция для защитного покрытия имеет следующие недостатки:
- недостаточная прочность пленки, обусловленная недостаточным содержанием связующего;
- невысокая химическая стойкость покрытий в агрессивных средах;
- невысокая радиационная стойкость покрытий.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи создания композиции для защитного покрытия с простой технологией изготовления и удобной в эксплуатации, основанной на одном кремнийорганическом связующем, которая, в зависимости от различных добавок, позволяла бы получать покрытия, обладающие химической или радиационной стойкостью или антиоблединительными свойствами.

Поставленная задача решается за счет того что композиция для защитного покрытия по первому варианту изобретения, включающая кремнийорганическое полимерное связующее, толуол, соли переходных металлов и наполнитель, в качестве кремнийорганического полимерного связующего использован полидиметилфенилсилоксан, а в качестве наполнителя использованы асбест, и/или андезитовая мука, и/или фторопласт при следующем соотношении компонентов, мас.%: полидиметилфенилсилоксан, в расчете на сухое вещество 42-60, соли переходных металлов 10-28, асбест, и/или андезитовая мука, и/или фторопласт 10-47, толуол - остальное.

Композиция для защитного покрытия по второму варианту изобретения, включающая кремнийорганическое полимерное связующее полидиметилфенилсилоксан, толуол, оксиды переходных металлов и наполнитель, дополнительно содержит силикат, а в качестве наполнителя использован асбест, при следующем соотношении компонентов, мас.%: полидиметилфенилсилоксан, в расчете на сухое вещество 45-60, оксиды переходных металлов 15-30, асбест 10-20, силикат 10-20, толуол - остальное.

Композиция для защитного покрытия по третьему варианту изобретения, включающая кремнийорганическое полимерное связующее, состоящее из смеси полидиметилфенилсилоксана и полидиметилсилоксана, толуол, оксиды переходных металлов и наполнитель, содержащий тальк, содержит перечисленные компоненты при следующем соотношении компонентов, мас.%: смесь полидиметилфенилсилоксана и полидиметилсилоксана, в расчете на сухое вещество 45-65, оксиды переходных металлов 16-38, тальк 10-25, толуол - остальное.

Заявителем не выявлены технические решения, тождественные заявленному изобретению по всем вариантам, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".

Реализация признаков по первому варианту изобретения, в частности использование в композиции в качестве кремнийорганического полимерного связующего полидиметилфенилсилоксана, а в качестве наполнителя асбеста, и/или андезитовой муки, и/или фторопласта, в заявленном соотношении компонентов, придает получаемым покрытиям термостойкость и стойкость в агрессивных средах; композиция удобна в эксплуатации и проста в изготовлении. Химическая стойкость покрытий обусловлена, во-первых, использованием в композиции инертных, не вступающих в химические реакции наполнителей, а во-вторых, тем обстоятельством, что соли переходных металлов предохраняют от проникновения агрессивных сред к подложке.

Реализация признаков по второму варианту изобретения, в частности использование в композиции в качестве кремнийорганического полимерного связующего полидиметилфенилсилоксана, в качестве наполнителя асбеста, включение в состав оксидов переходных металлов и силикатов, в заявленном соотношении компонентов, позволяет получить радиационно-стойкие покрытия, способные сохранять защитные свойства при длительном воздействии радиации, обеспечивающие легкую дезактивацию. Кроме того, композиция удобна в эксплуатации и проста в изготовлении. Радиационная стойкость покрытий обусловлена тем обстоятельством, что, благодаря использованным в композиции добавкам, покрытие не разрушается при воздействии радиации.

Благодаря реализации признаков по третьему варианту изобретения, в частности использованию в композиции в качестве кремнийорганического полимерного связующего смеси полидиметилфенилсилоксана и полидиметилсилоксана, в качестве наполнителя талька, а также включению в состав оксидов переходных металлов, в заявленном соотношении компонентов, возможно получение прочных, долговечных покрытий, обладающих высокими антиоблединительными свойствами; при этом композиция удобна в эксплуатации и проста в изготовлении. Механизм формирования антиоблединительного покрытия основан на расслаивании полимерной системы на два слоя, каждый из которых выполняет свою функцию: внутренний слой (полидиметилфенилсилоксан) обеспечивает адгезию покрытия к поверхности, внешний (полидиметилсилоксан) - уменьшает силу сцепления со льдом.

Заявителем не обнаружены какие-либо источники информации, содержащие сведения о влиянии заявленных отличительных признаков на достигаемый вследствие их реализации технический результат. Это, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии данного технического решения критерию "изобретательский уровень".

Все изобретения по трем вариантам объединены единым изобретательским замыслом - использованием в композиции одного кремнийорганического связующего, при этом композиция в зависимости от различных добавок приобретает различные свойства: химическая или радиационная стойкость или высокие антиоблединительные свойства.

Изобретение по первому варианту.

Первый компонент - полидиметилфенилсилоксан, входящий в состав композиции в количестве 42-60 мас.%, выполняет роль основы, пленкообразующего компонента. При использовании данного компонента в количестве менее 42,0 мас.% наблюдается значительное снижение адгезии покрытия, а при использовании завышенных количеств, т.е. более 60 мас.%, ухудшаются защитные свойства покрытия, о чем свидетельствует уменьшение удельного объемного сопротивления покрытия после выдержки изделия в агрессивной среде.

Второй компонент композиции - соли переходных металлов, входящие в состав композиции в количестве 10-28 мас.%, способствуют предохранению проникновения агрессивных сред к подложке. В качестве соли переходных металлов, в частности, может быть использован сернокислый барий. При введении данного компонента в количестве менее 10 мас.% ухудшаются защитные свойства покрытия (уменьшается удельное объемное сопротивление покрытия).

Третий компонент композиции - асбест, андезитовая мука, фторопласт или их смесь, входящие в состав композиции в количестве 10-47 мас.%, выполняют роль наполнителя, которые ввиду их инертности способствуют получению химически стойких покрытий. При введении наполнителя в количестве менее 10 мас.% ухудшаются защитные свойства покрытия, а при введении его в количестве более 47 мас. % композиция становится вязкой, плохо наносящейся на покрываемые элементы, ухудшается прочность и адгезия покрытия.

Следующий компонент композиции - толуол, дополняющий композицию до 100 мас.%, выполняет роль разбавителя, регулирующего вязкость композиции.

Изобретение по второму варианту.

Первый компонент - полидиметилфенилсилоксан, входящий в состав композиции в количестве 45-60 мас.%, выполняет роль основы, пленкообразующего компонента. При использовании данного компонента в количестве менее 45 мас.% наблюдается значительное снижение адгезии покрытия, а при использовании завышенных количеств, т.е. более 60 мас.%, композиция плохо наносится на поверхность, покрытие хуже сохнет, ухудшаются защитные свойства покрытия.

Второй компонент композиции - оксиды переходных металлов, входящие в состав композиции в количестве 15-30 мас.%, способствуют сохранению покрытиями защитных свойств при воздействии радиации. В качестве оксидов переходных металлов, в частности, могут быть использованы двуокись титана или оксид хрома. При введении данного компонента в количестве менее 15 мас.% ухудшаются защитные свойства покрытия, ухудшается его прочность; а при введении его в количестве более 30 мас.% ухудшается адгезия покрытия.

Третий компонент композиции - асбест, входящий в состав композиции в количестве 10-20 мас. %, выполняет роль наполнителя, который также способствуют сохранению покрытиями защитных свойств при воздействии радиации и улучшению электрической прочности покрытия. При введении наполнителя в количестве менее 10 мас.% ухудшаются защитные свойства и электрическая прочность покрытия, а при введении его в количестве более 20 мас.% композиция становится непластичной, плохо растекается по поверхности, покрытие получается хрупким.

Четвертый компонент композиции - силикат, входящий в состав композиции в количестве 10-20 мас. %, также способствуют сохранению покрытиями защитных свойств при воздействии радиации и улучшению электрической прочности покрытия. При введении силиката (слюды) в количестве менее 10 мас.% ухудшаются защитные свойства и электрическая прочность покрытия, а при введении его в количестве более 20 мас.% композиция становится непластичной, плохо растекается по поверхности, покрытие получается хрупким.

Следующий компонент композиции - толуол, дополняющий композицию до 100 мас.%, выполняет роль разбавителя, регулирующего вязкость композиции.

Изобретение по третьему варианту.

Первый компонент - смесь полидиметилфенилсилоксана и полидиметилсилоксана, входящий в состав композиции в количестве 45-65 мас.%, выполняет роль основы, пленкообразующего компонента. При этом в состав композиции указанные составляющие смеси могут входить в следующих соотношениях: полидиметилфенилсилоксан, в расчете на сухое вещество - 32-58 мас.%; полидиметилфенилсилоксан, в расчете на сухое вещество - 7-13 мас.%. Полидиметилфенилсилоксан в расслоившейся полимерной системе находится во внутреннем слое и обеспечивает адгезию покрытия к поверхности; полидиметилсилоксан является внешним слоем и уменьшает силу сцепления со льдом. При использовании данного компонента в количестве менее 45 мас.% наблюдается значительное снижение адгезии покрытия и его антиоблединительных свойств, ухудшаются электрические свойства покрытия; а при использовании завышенных количеств, т.е. более 65 мас.%, покрытие хуже сохнет и ухудшаются его защитные свойства.

Второй компонент композиции - оксиды переходных металлов, входящие в состав композиции в количестве 16-38 мас.%, улучшают прочность пленки, повышают защитные свойства покрытия. В качестве оксидов переходных металлов, в частности, могут быть использованы оксиды следующих металлов: двуокись титана, марганца, окись цинка, циркония или хрома. При введении данного компонента в количестве менее 16 мас.% ухудшаются защитные свойства покрытия, ухудшается его прочность; а при введении его в количестве более 38 мас.% ухудшается адгезия покрытия.

Третий компонент композиции - тальк, входящий в состав композиции в количестве 10-25 мас. %, выполняет роль наполнителя, который также затрудняет воздействие внешних факторов на защищаемую поверхность, препятствует проникновению к ней агрессивных компонентов, а также регулирует вязкость композиции. При введении наполнителя в количестве менее 10 мас.% ухудшаются защитные свойства покрытия, а при введении его в количестве более 25 мас.% композиция становится непластичной, ухудшается адгезия к подложке, покрытие получается хрупким, ухудшается его электрическая прочность.

Следующий компонент композиции - толуол, дополняющий композицию до 100 мас.%, выполняет роль разбавителя, регулирующего вязкость композиции.

Для подтверждения заявляемых интервалов входящих в композиции ингредиентов проведены испытания. Результаты испытаний иллюстрируются приведенными в таблицах примерами:
- в табл.1 представлены количественные значения содержания композиции по примерам по первому варианту;
- в табл.2 - достигнутые в примерах по первому варианту показатели;
- в табл.3 представлены количественные значения содержания компонентов композиции по примерам по второму варианту;
- в табл.4 - достигнутые в примерах по второму варианту показатели;
- в табл.5 представлены количественные значения содержания компонентов композиции по примерам по третьему варианту;
- в табл.6 - достигнутые в примерах по третьему варианту показатели.

Композиция для защитного покрытия изготавливалась следующим образом.

В шаровую мельницу объемом 5 м² (возможно использование мельницы объемом от 1,63 до 8 м²) загружали уралитовые шары. После этого в мельницу загружали все сухие компоненты композиции, а затем кремнийорганическое связующее и толуол; соотношение компонентов выбиралось в зависимости от примера. В течение 24 ч при помощи уралитовых шаров производили перетирку компонентов, в результате которой компоненты смешивались, между ними происходила механохимическая реакция. В результате получили композицию в виде суспензии. Композицию расфасовывали в тару и направляли потребителям.

При испытании композиции на соответствие нормативному документу ее наносили на поверхность образца различными методами: окунанием, пульверизацией, малярными валиками и т.п. После нанесения на образец покрытие сушили при температуре 200^oС в течение 3 ч или при комнатной температуре (20^oС) в течение 72 ч, в зависимости от примера. Исследование свойств покрытий проводили в лабораторных условиях: содержание компонентов отражено в табл.1, 3, 5, полученные показатели приведены в табл. 2, 4, 6.

Приведенные примеры конкретного исполнения позволяют определить оптимальные соотношения компонентов композиции, основанной на одном кремнийорганическом связующем, которая, в зависимости от различных добавок, позволяет получать покрытия, обладающие химической или радиационной стойкостью или антиоблединительными свойствами. Композиция для защитного покрытия проста в изготовлении и удобна в эксплуатации.

Производство композиции для защитного покрытия может быть реализовано промышленным способом в условиях серийного производства с использованием стандартных технических средств и отвечает требованиям критерия "Промышленная применимость".

Описывается композиция для защитного покрытия и ее варианты, включающая кремнийорганическое связующее, толуол, соли переходных металлов и наполнитель. Техническим результатом является создание композиции с простой технологией изготовления и обладающей химической или радиационной стойкостью или антиоблединительными свойствами. 3 с.п. ф-лы, 6 табл.

1. Композиция для защитного покрытия, включающая кремнийорганическое полимерное связующее, толуол, соли переходных металлов и наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве кремнийорганического полимерного связующего использован полидиметилфенилсилоксан, а в качестве наполнителя использованы асбест и/или андезитовая мука, и/или фторопласт при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Полидиметилфенилсилоксан, в расчете на сухое вещество - 42 - 60
Соли переходных металлов - 10 - 28
Асбест, и/или андезитовая мука, и/или фторопласт - 10 - 47
Толуол - Остальное
2. Композиция для защитного покрытия, включающая кремнийорганическое полимерное связующее полидиметилфенилсилоксан, толуол, оксиды переходных металлов и наполнитель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит силикат, а в качестве наполнителя использован асбест при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Полидиметилфенилсилоксан, в расчете на сухое вещество - 45 - 60
Оксиды переходных металлов - 15 - 30
Асбест - 10 - 20
Силикат - 10 - 20
Толуол - Остальное
3. Композиция для защитного покрытия, включающая кремнийорганическое полимерное связующее, состоящее из смеси полидиметилфенилсилоксана и полидиметилсилоксана, толуол, оксиды переходных металлов и наполнитель, содержащий тальк, отличающаяся тем, что компоненты введены при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Смесь полидиметилфенилсилоксана и полидиметилсилоксана, в расчете на сухое вещество - 45 - 65
Оксиды переходных металлов - 16 - 38
Тальк - 10 - 25
Толуол - Остальное