ТЕРМОЗАЩИТНАЯ КРАСКА Российский патент 2005 года по МПК C09D5/08 C09D1/04 

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к термозащитным краскам, обеспечивающим снижение теплопотерь в окружающую среду зданиями, инженерными коммуникациями или трубопроводными системами, имеющих температурный градиент, выполняющим функции высокоэффективной теплоизоляции, обладающим высокими прочностными характеристиками, которые позволяют использовать их в производстве строительных зданий и сооружений, для защиты от коррозии и теплопотерь газопроводов, нефтепроводов, систем централизованного и местного теплоснабженения, передвижного транспорта как автомобильного, железнодорожного, речного и морского транспорта.

Использование термозащитных красок (ТЗК) в качестве грунтовок перед нанесением огнезащитных красок может быть использовано для увеличения времени огнестойкости зданий и сооружений на 20-30%. ТЗК может быть использована как термоизоляция, обладающая защитными свойствами от блуждающих токов под водой (применение в канализационных системах и областях зон вечной мерзлоты). Полупрозрачные ТЗК пригодны как энергосберегающий, влагозащитный и отделочный материалы при создании или реставрации жилых и промышленных зданий, предотвращающие лучистый и конвективный теплообмены между поверхностью покрытого материала и окружающей средой.

Известные аналоги, такие как покрытия из акриловой водно-дисперсионной краски с вакуумированными керамическими микросферами для термокерамического покрытия “Термо-Шилд”, “Термо-Шилд Экстерьер”, “Термо-Шилд Интерьер”, рекомендуются в качестве теплоизоляционного материала для наружных и внутренних поверхностей ограждающих конструкций зданий и сооружений. Все эти композиции характеризуются тем, что плотность микросфер в сухом состоянии составляет 1000-1100 кг/куб.м, из-за малой прочности микросфер применяется специальная технология нанесения (пистолет)(см.http://www.thermo-shield.sky.ru/komp.htm, 22.07.2003).

Известны теплоизолирующие лакокрасочные покрытия на основе применения неорганических связующих с минеральными наполнителями и добавками: волокнистой материей, асбестом, вермикулитом, перлитом и т.д.

Полученные на этой основе покрытия обладают высокой отражающей способностью и низкой теплопроводностью. Все эти теплосберегающие покрытия или изоляционные материалы на их основе малоэффективны по экономическим и технологическим соображениям(пат. США №4433020, 1984).

Наиболее близкой аналогичной термозащитной краской является краска, содержащая вакуумированные микросферы, связующее, пигмент - диоксид титана и добавки (см. ЕР №1111144 А1, Е 04 В 1/76, 2001).

Целью изобретения является: создание эффективной энергосберегающей технологии на базе применения ТЗК по снижению потерь тепла в окружающую среду от источников тепла, зданий, сооружений, инженерных коммуникаций.

Сущность изобретения

Термозащитная краска содержит вакуумированные микросферы, связующее, пигмент и добавку, отличается тем, что в качестве вакуумированных микросфер она содержит микросферы керамические или корундовые плотностью 300-400 кг/м³ со следующим массовым распределением микросфер по размерам, в мас.%:

базовый диаметр - 30-60 мкм 45-55

диаметр - 3-10 мкм 15-17

диаметр - 11-20 мкм 8-10

диаметр - 21-30 мкм 6-8

диаметр - 61-70 мкм 9-11

диаметр - 71-80 мкм 4-6

диаметр - 91-100 мкм 2-4,

в качестве связующего содержит смолы, выбранные из группы, включающей: кремнийорганические, полиэфирэпоксидные, акриловые дисперсии, в качестве добавки - отражатель - алюминиевую пудру при следующем соотношении ингредиентов, в мас.%:

вышеуказанные вакуумированные микросферы - 55-70;

пигмент - 0,1-0,6;

отражатель - алюминиевая пудра - 2,0-5,0;

вышеуказанное связующее - 30-35.

В качестве пигмента использован диоксид титана или тригидрат алюминия.

В качестве растворителя для полиэфирэпоксидных смол использован раствор 30% битума в уайтспирите и ксилол 30% от общей массы растворителя.

Достигаемый изобретением технический результат заключается в повышении теплоизоляционных, теплофизических характеристик изоляционных материалов на базе продуктов лакокрасочного производства с использованием керамических микросфер, химических реагентов и наполнителей, в увеличении прочности сцепления с защищаемой поверхностью, получении прочного и однородного по составу теплоизоляционного слоя, а также в обеспечении неразрушения его под воздействием высоких температур (до 250°С), вибрационных нагрузок, в упрощении технологии изготовления ТЗК и доступности к массовому применению, например, с помощью обычного покрасочного инструмента (пистолета).

Производство ТЗК основано на составлении сухой части компоненты, составляющей 65-70% общей объемной массы и остальные 30-35% образуют связующие, выпускаемые промышленностью, например эпоксидные и полиэфирэпоксидные смолы, водно-дисперсионные акриловые, поливинилацетатные сополимеры, такие как акриловая или акрилолатексная дисперсии.

Для расширения диапазона физических свойств ТЗК в химический состав сухой компоненты вводится алюминиевая пудра, а для увеличения стойкости к воде добавляется раствор битума в уайт-спирите и ксилол 30% от общей массы растворителя.

Химический состав, способ приготовления и нанесения на поверхность термозащитного покрытия играет важную роль в показателях качества ТЗК, таких как высота слоя, диаметр керамических или корундовых микросфер, их равномерность распределения по всему объему образования однородной суспензии, что в значительной степени определяет прочность и эластичность образующегося теплозащитного покрытия рабочей поверхности.

В зависимости от связующих ТЗК применима для различных мест - внутри помещений (экологически чистая на акриловых дисперсиях), химически- и водостойкая (полиэфирэпоксидные и кремнийорганические лаки). Выбор связующего в составе ТЗК определяется целесообразностью применения, ценой, а также требованиями к теплофизическим свойствам окрашенной поверхности данного вида материалов или конструкций (см. таблицу №1, таблицу №2).

Изобретение может быть использовано для защиты металлических, бетонных, кирпичных, оштукатуренных, деревянных, полимерных, кабельных конструкций, где есть необходимость в термо- и гидроизоляции.

Изобретение обеспечивает получение краски с высокими теплофизическими характеристиками, при достаточно простой технологии из доступных материалов отечественного производства.

Предлагаемая краска ТЗК характеризуется тем, что микросферы имеют плотность 300-400 кг/м³ и их прочность позволяет применять обычную технику для покраски, кроме того, к этому сухому компоненту набора вакуумированных микросфер в зависимости от сфер применения и назначения предлагается выбор для связующего (см. таблицу №1). В качестве базового размера, составляющего 45-55% состава микросфер, используют микросферы диаметром от 30-60 мкм, диаметром от 3-10 мкм - 16%, 11-20 мкм - 9%,21-30 мкм - 7%, 61-70 мкм - 10%, 71-80 мкм - 5%, 91-100 мкм - 3%. Эффект теплоотражающей способности достигается за счет низкой теплопроводности и за счет высокой отражательной способности используемых микросфер. Иными словами, можно условно считать тепловой поток от нагретой поверхности, проходящий слой ТЗК, как излучением, так и теплопроводностью, подчиняясь вероятностным законам теории хаоса, сам, отражаясь в шаровых микросферах, приостанавливается в сторону градиента перепада температур. В пределах достигнутой технологии получения микросфер возможно создание красок ТЗК с заранее заданными свойствами по прочности толщины окрасочного покрытия в зависимости от назначения обрабатываемой поверхности. Толщина стенки микросферы варьируется в пределах от 2-3 мкм. В качестве растворителей для изготовления ТЗК в зависимости от связующего используют уайт-спирит, ксилол, бутилацетат или воду (см. таблицу №3). ТЗК наносится различными способами на металлическую, керамическую (кирпич) или деревянную поверхность шпателем, кистью или краскопультом.

ТЗК - однородная суспензия с включением микрокерамических или корундовых вакуумированных микросфер, обладающих малой теплопроводностью по сравнению с известными теплоизоляционными материалами и имеющих малые геометрические размеры по толщине изоляционного слоя, т.к. диаметр микросфер, используемых при изготовлении краски, составляет 3,0-100 мкм, включающих в себя химические добавки, наполнители, пигмент, изготавливается на основе связующих - лаков: красочных, паркетных (полиэфирэпоксидных и кремнийорганических смол, акрилово-водных дисперсий). При нанесении на поверхность металла, дерева или других изделий слои краски образуют при высыхании непрозрачные или полупрозрачные покрытия, защищающие поверхность металла или дерева от воздействия агрессивных агентов, придающие ей товарный вид и удерживающие перепад температур с градиентом до 250°С при толщине слоя краски-изоляции до 1-5 мм, что эквивалентно слою в 100-150 мм известных теплоизоляционных материалов (например, стекловолокна). При нанесении на поверхность материала или изделия краска (ТЗК) образует защитный теплоизоляционный слой из керамических или корундовых микросфер разного по размеру диаметра, образуя плотную упаковку в растворе связующего.

Состав сухой части содержит, в массовых частях: 65-70% керамических или корундовых микросфер диаметром от 3 до 100 мкм, что при минимальной толщине слоя обеспечивает необходимую плотность заполнения пространства в этом слое и отражение потока теплоизлучения от поверхности.

Состав ТЗК, например, содержит, в маc.%

Керамические вакуумируемые микросферы - 55-70;

Пигмент - 0,1-0,6;

Алюминиевая пудра - 2,0-5,0;

Связующее (см. табл.1) - 30-35;

Состав ТЗК может содержать диспергатор (тальк) в количестве - 0,1-1,0 маc.%.

В этом составе алюминиевая пудра выполняет роль отражателя тепла. Повышение гидроизоляции обеспечивает раствор битума в уайт-спирите и ксилоле.

Таблица 1 Связующие для металла дерева, кирпича, бетона штукатурки, кабеля, полимеров 1234Пределы t °C(-50)-(+250)(-50)-(+250)(-40)-(+90)(-40)-(+90)Области примененияКремнийорганика Пример-СО-060Полиэфирэпоксид Пример- ЭФ-070 +раствор битумаДисперсии:акрилово-латексные.Акрилометилметакриловая ПВА, акрил -50. Э-П-50, АВ-498-И44, Новопол-110, ЭДСБ-95В закрытых помещениях++++Прямое атмосферное влияние++Покрыть защитным лаком ++Пары агрессивных жидкостей++-Покрыть защитным лаком +Примечание: 1. Покрыть защитным лаком +: ТЗК применима с соответствующими связующими при воздействии паров агрессивных жидкостей, требующих покрытий защитным лаком слоем 0,10 мм. 2. - ТЗК не применима с соответствующим связующим при наличии паров агрессивных жидкостей.

Таблица 2№ п/пМатериалТолщина мм.
При уд.вес.=0,55±0,051.Трубопровод, металл.1-1,52.Дерево стены0,5-1,23.Полимеры0,6-0,94.Кабель0,6-0,95.Металл крыши0,8-1,26.Кирпич или оштукатуренная поверхность.0,5-1,2

Примеры конкретных составов термозащитных красок приведены в таблице 3.

Таблица 3НаименованиеСостав 1, маc.%Состав 2, маc.%Состав 3, маc.%Микросферы вакуумированные керамические МС-ВП-096055-Микросферы вакуумированные корундовые “Т”--60Полиэфирэпоксидная смола - ЭП-0793030-Кремнийорганические полимеры - СО-060--35Пудра алюминиевая554,8Пигмент: 1-2 - диоксид титана; 3 - тригидрат алюминия0.20,50,2Растворитель4.8--Битум (раствор в уайт-спирите и ксилоле)-9.5-

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к термозащитным краскам, обеспечивающим снижение теплопотерь в окружающую среду, имеющих температурный градиент, выполняющим функции высокоэффективной теплоизоляции, обладающим высокими прочностными характеристиками, которые позволяют использовать ее в производстве строительных зданий и сооружений, для защиты от коррозии и теплопотерь газопроводов, нефтепроводов, систем централизованного и местного теплоснабжения, передвижного транспорта. Краска содержит керамические и корундовые микросферы, связующее - смолы, выбранные из группы, включающей: кремнийорганические, полиэфирэпоксидные, акриловые дисперсии, пигмент и отражатель - алюминиевую пудру. Достигаемый технический результат заключается в повышении теплоизоляционных, теплофизических характеристик изоляционных материалов на базе продуктов лакокрасочного производства, в увеличении прочности сцепления с защищаемой поверхностью, получении прочного и однородного по составу теплоизоляционного слоя, а также в упрощении технологии изготовления. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Термозащитная краска, содержащая вакуумированные микросферы, связующее, пигмент и добавку, отличающаяся тем, что в качестве вакуумированных микросфер она содержит микросферы керамические или корундовые плотностью 300-400 кг/м³, со следующим массовым распределением микросфер по размерам, мас.%:

Базовый диаметр 30-60 мкм 45-55

Диаметр 3-10 мкм 15-17

Диаметр 11-20 мкм 8-10

Диаметр 21-30 мкм 6-8

Диаметр 61-70 мкм 9-11

Диаметр 71-80 мкм 4-6

Диаметр 91-100 мкм 2-4

в качестве связующего содержит смолы, выбранные из группы, включающей кремнийорганические, полиэфирэпоксидные, акриловые дисперсии, в качестве добавки - отражатель - алюминиевую пудру, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Вышеуказанные вакуумированные микросферы 55-70

Пигмент 0,1-0,6

Отражатель - алюминиевая пудра 2,0-5,0

Вышеуказанное связующее 30-55