Изобретение относится к химической промышленности касается создания средств, используемых при антикоррозионной защите и теплозащите различных поверхностей от перегрева, в частности металлических поверхностей, бетонных поверхностей, оштукатуренных поверхностей и других строительных конструкций из металла и бетона, эксплуатирующихся в атмосфере агрессивных сред, в частности для теплоизоляции и защиты от коррозии трубопроводов, включая теплоизоляцию трубопроводов теплового и водяного снабжения, а также газонефтепроводов, для теплоизоляции и защиты от коррозии, например крыш, стен домов и других элементов при домостроении, особенно эксплуатирующихся в специфических и достаточно жестких условиях, в частности в районах вечной мерзлоты, под водой и при больших перепадах температур и давлении, а также при воздействии высоких температур, воздействии перегретого пара.
Изобретение может быть использовано в жилищном и коммунальном хозяйстве, строительстве различных сооружений, нефте-, газодобывающей и нефтехимической промышленности.
Известно применение различных полимерных лент из полиэтилена, поливинилхлорида толщиной 200-500 мкм для изоляции например трубопроводов. Эти гомогенные беспористые материалы являются диффузионным барьером, препятствующим проникновению коррозионно-активной среды к металлической поверхности трубопроводов. (Обзорная информация «Полимерные покрытия для изоляции трубопроводов» М., 1988, выпуск 1(75), с.19-25). Однако такая изоляция не обеспечивает необходимую теплоизоляцию трубопроводов ввиду специфики этих используемых материалов.
Известно применение различных битумных изоляционных мастик для изоляции трубопроводов. Используемые мастики содержат ряд наполнителей со специфическими свойствами, оказывающих влияние на физико-механические и защитные свойства получаемых покрытий, такие как резиновая крошка, стеклохолст. Мастики наносятся в расплавленном состоянии. Однако они характеризуются достаточно сложной технологией изготовления и несмотря на хорошие адгезионные свойства и другие механические свойства, также не обеспечивают необходимой теплоизоляции трубопроводов, особенно нефте- и газопроводов. (там же Обзорная информация Полимерные покрытия для изоляции трубопроводов. С.34-42).
Известно применение композиций на основе жидкого стекла с различными наполнителями - вспученный вермикулит, доломит (RU 2126776, 27/02.1999) или полые микросферы золы - уноса ТЭЦ (SU 1724524, 07.04.1992, GB 1550184, 1979) или смесь стеклянных микросфер с микросферами в виде дымовых отходов сжигания угля с размером частиц 10-300 мкм (RU 2098379, 10.12.1997).
Однако все эти указанные известные композиции предназначены для получения теплоизоляционных материалов, конструкций, а не покрытий, например в виде теплоизоляционных плит, что ограничивает их применение.
Известно применение теплогидроизоляционного вещества для покрытия трубопровода, представляющее собой композицию, содержащую эпоксидную смолу, отвердитель для нее, пластификатор и стеклянные микросферы диаметром 200-300 микрон. (заявка RU 93052300). Известная композиция обеспечивает хорошие физико-механические и теплоизоляционные свойства покрытиям, однако относится к достаточно токсичным веществам, неудобна при применении и не обеспечивает необходимый уровень теплоизоляционных свойств при защите трубопроводов.
Известно применение антикоррозионного покрытие для трубопровода, содержащее эпоксидное покрытие, на основе бисфенола А, связанное с трубой, и выдавленную термопластичную ленту, покрывающую эпоксидное покрытие и закрепленную на нем при помощи клея; эпоксидное покрытие имеет толщину 0,05-0,25 мм, а само антикоррозионное покрытие имеет толщину 0,15-1,27 мм (SU 1165242, 30.06.1985).
Однако данное известное покрытие технологически трудно выполнимо и не способно одновременно выполнять функцию теплоизоляционного покрытия.
Широко известно использование различных пеноматериалов в качестве теплоихзоляционных материалов и покрытий. Так, в частности известна композиция для получения теплоизоляционного пеноматериала, включающая в качестве связующего жидкое стекло, в качестве огнеупорного наполнителя полые микросферы, выделенные из золы уноса, зольные микросферы) и оксиды, борат или карбонат цинка, и кремнеземистая пудра в качестве упрочняющих агентов (заявка GB 1550184, 1979).
В настоящее время широкое применение находят материалы для покрытий на водной основе, являющиеся наиболее экологически чистыми материалами.
Так, например известно применение состава для получения защитного покрытия строительных конструкций, например из бетона, включающий в масс.ч. натриевое жидкое стекло с модулем 2,8-100, свинцовый глет 0,5-1,5, тонкоизмельченный перлит 80-100 и олигометилгидридсилоксан ГКЖ-94-2-3 (SU 1773923, 07.11.1992). Однако данный состав не обеспечивает одновременную теплозащиту защищаемых поверхностей.
Известно применение композиций, содержащих в качестве связующего различные полимерные латексы, в частности для защиты поверхности металлических трубопроводов от коррозии, например композиция, включающая бутадиен-стирольный латекс, натриевое жидкое стекло, алитовый цемент, кварцевый песок, стабилизатор латекса, тринатрийфосфат, стекловолокно и воду (RU 1717580, 07.03.1992). Однако данная композиция также не обеспечивает необходимый комплекс теплоизоляционных свойств получаемому покрытию.
Технической задачей заявленного изобретения является повышение теплоизоляционных свойств покрытий различных поверхностей, эксплуатирующихся в специфических жестких условиях, при одновременной защите их от коррозии, улучшение экологических свойств и упрощение технологии получения покрытия.
Поставленная задача достигается применением в качестве теплоизоляционного и антикоррозионного покрытия вводно-суспензионной композиции с вязкостью от 1 до 100 Па·с, содержащей в качестве полимерного связующего водоэмульсионную полимерную латексную композицию, включающую от 10 до 90% об (со)полимера, выбранного из группы: гомополимер акрилата, стирол-акрилатныйый сополимер, бутадиен-стирольный сополимер, полистирол, бутадиеновый полимер, полихлорвиниловый полимер, полиуретановый полимер, полимер или сополимер винилацетата или их смеси и от 10 до 90% об. смеси воды и поверхностно-активного вещества, и при этом водносуспензионная композиция содержит в качестве наполнителя смесь полых микросфер, различающихся между собой размерами в пределах от 10 до 500 микрометров и насыпной плотностью в пределах от 650 до 50 кг/м3 и выбранные из группы, включающей полые стеклянные микросферы, полые керамические микросферы, полые полимерные микросферы, полые техногенные (зольные) микросферы или их смеси при следующем соотношении компонентов вводно-суспензионной композиции, объемн. %:
При этом водоэмульсионная латексная композиция дополнительно может содержать различные вспомогательные (целевые)добавки, такие как белые и цветные пигменты, такие как например двуокись титана, оксид цинка, железоокисные пигменты, пигменты на основе оксидов хрома и другие красящие пигменты; антипиреновые добавки, ингибиторы коррозии, преобразователи ржавчины для усиления технологических и защитных свойств в зависимости от условий эксплуатации защищаемых поверхностей и типа поверхности.
Ниже перечислены конкретные типы различных целевых добавок из числа указанных.
Вязкость водносуспензионной композиции определяется способом нанесения композиции и находится в пределах от 1 до 100 Па·с.
железоокисные пигменты, пигменты на основе оксидов хрома, фталоцианиновый синий и др.;
антипиреновые (огнестойкие) добавки, такие как, например, тригидрат алюминия, полифосфат аммония, борат цинка, слюда, асбест и др.;
преобразователи ржавчины, такие как, например преобразователь ПРЛ-2 на основе ортофосфорной кислоты, №444 на основе фосфорной кислоты и др.;
ингибиторы коррозии, такие как, например нитрит натрия, бензоат натрия, хромат гуанидина, тетраоксихромат цинка, АКОР-1, НГ-203 в количествах, традиционно используемых в таких аналогичных водных дисперсиях.
В качестве полимерного связующего композиция используемая для получения антикоррозионного и теплоизоляционного покрытия по изобретению содержит как известные латексы на основе (со)полимеров акрилата, стирола, винилацетата, бутадиен-стирольного сополимера, полиуретана, поливинилхлорида (полихлорвиниловый полимер), содержащие воду и поверхностно-активные вещества, например типа оксиэтилированных алкилфенолов, такие как ОП-6, ОП-7, ОП-10, праксанолы на основе блок-сополимеров окиси этилена и пропилена, и другие традиционно используемые в водно-дисперсионных системах; а также различные другие целевые добавки, такие как пигменты белые и красящие, ингибиторы коррозии, преобразователи ржавчины, антипирены и др., также и приготовленные непосредственно на основе латексов вышеуказанных или их смесей полимеров при содержании полимера в композиции от 5 до 95 объемн. %.
Так, например при получении антикоррозионного и теплоизоляционного покрытия по изобретению в качестве полимерного связующего композиция содержит такие латексные полимерные системы как латексы на основе сополимеров винилацетата с этиленом, метилметакрилатом и метакриловой кислоты (основа красок Э-ВС-511, Э-ВС-17), на основе поливинилацетатной дисперсии (50%-ной) в виде красок Э-ВА-27, Э-ВА-0112 и др.; латексные системы (краски) на основе бутадиен-стирольного сополимера СКС-65ГП, БС-30, на основе акриловых сополимеров ДММА-65ГП, а также стирол-акриловый фирмы «Dow Chem», Примал 219N, акриловый МБИ-5С, полиуретановый.
Полые микросферы являются одним из важнейших наполнителей, применяемых в производстве пластмасс. Сферическая форма, контролируемые размеры и низкая плотность их делают их часто незаменимыми. Важным эффектом применения их является снижение расходов дорогостоящих или дефицитных полимеров, а также снижение плотности. Традиционно они имеют размер от 25 до 50 мм и плотность от 100 до 700 кг/м3.
В заявленном изобретении использование смесей полых микросфер(стеклянных, керамических, полимерных, зольных), одинаковых или разных по природе, но различающихся между собой размерами в интервале от 10 до 500 мкм и насыпной плотностью в интервале от 50 до 650 кг/м3 позволяет значительно повысить эффективность теплозащиты и защиты от коррозии поверхностей (бетон, штукатурка, металл, дерево).
Такие свойства полых микросфер как низкое маслопоглощение, инертность и легкость диспергирования делают их очень привлекательными в качестве наполнителей.
Полые микросферы из стекла, керамики, полимеров главным образом получают путем введения порообразователя в основной материал, последующего их измельчения до нужных размеров и нагревания для вспенивания. Так, например полые микросферы получают путем пропускания мелких частиц, содержащих порофор, через высокотемпературную зону; частицы плавятся или размягчаются в горячей зоне, а газообразователь формирует полость внутри частиц, расширяя их. При охлаждении сферы на воздухе стенки ее затвердевают. Либо их получают методом вспенивания стеклянных (или керамических, зольных частиц в пламени горелки. В качестве полых стеклянных микросфер используют например микросферы типа Глас бабез, типа Микробаллон; глобумит, сферолит. Керамические микросферы получают также путем сжигания природных материалов и вспенивания; зольные или техногенные получают, например из зол уноса.
Полимерные полые микросферы получают как правило либо суспензионной полимеризацией мономеров с добавлением порообразователя (порофор, инертные газы, низкокипящие углеводороды), либо путем физического или химического испенивания уже готовых полимеров виде измельченных частиц. В качестве полых полимерных микросфер в изобретении используют полые микросферы полистирольные, на основе фенолформальдегидных смол, силиконовые, мочевиноформальдегидные и др.
Итак, заявленным изобретением является применение композиции, наполненной полыми микросферами, в качестве антикоррозионного и теплозащитного покрытия по различным поверхностям. В качестве одного из главных компонентов являются полые сиеклянные, керамические, полимерные, зольные (техногенные) микросферы, заполненные разряженным или атмосферным воздухом. Вторым основным компонентом применяемой композиции для покрытия является связующее, функцию которого выполняют указанные выше водные дисперсии полимерных смол, которые отвердевают и полимеризуются после испарения воды в дисперсии. Тщательно перемешанные с жидкими полимерными смолами микросферы являются отличным антикоррозионным и теплозащитным покрытием, обладающим высокими адгезионными свойствами. Работа адгезии этого покрытия к различным поверхностям, а также степень паропроницаемости покрытия определяется типом используемого полимерного связующего.
Для этого типа изолирующих покрытий применяются акрилатные, стирол-акрилатные, полиуретановые, бутадиен-стирольные, бутадиеновые, полистирольные, винил-ацетатные, поливинилхлоридные и другие водные эмульсии (латексы) полимерных смол, в которые погружаются и перемешиваются микросферы. Содержание микросфер в готовой композиции может быть различным и меняться от 5 до 95 объемных %. Латексы могут браться как в чистом виде, так и смешиваться друг с другом в различных пропорциях для достижения различной степени паропроницаемости получаемого покрытия и работы адгезии покрытия к наносимым поверхностям. Например, при использовании смесей бутадиен-стирольного и акрилатного латексов (основы, в которую помещаются микросферы) можно получить покрытия с различной степенью паропроницаемости - от высокопроницаемых до высокобарьерных по отношению к водяному пару. Смесь с большим содержанием бутадиен-стирольного латекса обладает высокими барьерными свойствами по отношению к водяному пару, а содержащая большое количество акрилатного латекса смесь имеет свойства хорошей паропроникающей способности.
Для получения покрытий с наименьшим объемом свободного пространства между микросферами и, как следствие этого, с высокими теплозащитными характеристиками необходимо использовать смеси полых микросфер с разными радиусами (от 10 до 500 микрометров) и различной насыпной плотностью (от 650 до 50 кг/м3). Можно использовать и микросферы с близкими размерами радиусов сфер, однако в этом случае степень заполнения пространства между сферами будет ниже.
Важное значение имеет тип используемого полимерного связующего для микросфер. Так в случае применения покрытий для высокотемпературных использовании (до +150°С) необходимо применять полиуретановый, акрилатный, стирол-акрилатный латексы и их смеси. Для других типов применений можно использовать все вышеперечисленные (например, бутадиен-стирольный, винил-ацетатный) или другие типы водоэмульсионных латексов, например сополимерные, а также их смеси. Для получения покрытий, способных выдерживать многократные перепады температур от -70 до 100°С, используются смеси на основе латексов с высокой степенью пластичности, например бутадиен-стирольный, бутадиеновый, поливинилхлоридный, сополимерный (на основе всех вышеупомянутых латексов) или их смеси. Полиуретановый, акрилатный, стирол-акрилатный латексы и их смеси также обладают высокой стойкостью по отношению к многократным перепадам температур, не приводящим к растрескиванию в диапазоне температур от -45 до 150°С. Высоконаполненные керамическими микросферами покрытия обладают высокой способностью отражения и рассеивания радиационной составляющей падающего на поверхность теплового потока. Для придания покрытию еще более высоких свойств по отношению к отражению и рассеянию падающего излучения, в том числе инфракрасного, в состав смеси включаются различные белила, например TiO2, ZnO и другие. Способность микросфер рассеивать и отражать падающий на них свет, в том числе и инфракрасный (тепловое излучение), имеет большое значение для такого типа покрытий, поскольку оно способно отражать тепловое излучение с высокой степенью эффективности вплоть до 95% от всего падающего светового потока.
При необходимости в готовую смесь добавляются дисперсионные и водно-растворимые красители, которые придают покрытию необходимый конечному потребителю цвет. Кроме того, в состав жидкой водоэмульсионной смеси включаются и другие компоненты - ингибиторы и преобразователи ржавчины, поверхностно-активные вещества, стабилизирующие суспензию, предотвращающие выпадение отдельных компонентов с высокой плотностью в осадок или всплывание легких микросфер, антипирены (компоненты, препятствующие распространению пламени на готовом покрытии, например тригидрад алюминия) и т.п.
Готовая смесь может иметь различную вязкость от 1 до 100 Па·с, однако для лучшей стабилизации компонентов в жидкой композиции лучше использовать высоковязкие смеси. Способы нанесения жидкой водоэмульсионной композиции могут быть различными, например она может наноситься с помощью краскопульта безвоздушного распыления, кисти или валика от одного до пяти слоев с тщательной просушкой каждого слоя перед нанесением последующего.
Пример приготовления
Водоэмульсионная смесь на основе стирол-акрилового латекса была тщательно перемешена со стеклянными микросферами трех типов размеров (со средними радиусами микросфер 35, 100 и 200 микрометров с кажущимися плотностями 650, 150, 70 кг/м3 в пропорции 3:6:1 соответственно), возможно двуокисью титана, поверхностно-активной добавкой, а также ингибитором ржавчины. Объемное соотношение стирол-акрилового латекса к стеклянным микросферам в этом случае было 1:10. Приготовленная смесь была нанесена на поверхность, например металлической трубы теплового снабжения, которая была заполнена перегретой водой с температурой поверхности трубы +115°С. Приготовленную смесь наносят на поверхность трубу с помощью валика, толщина одного слоя покрытия была около 0,4 мм. По прошествию суток после нанесения первого слоя (время необходимое для полной сушки покрытия) на трубу наносят следующий слой покрытия. Количество слоев определяется условиями эксплуатации защищаемых поверхностей.
Или, например, покрытие было нанесено на металлическую трубу диаметром 33 мм и длиной 90 мм; толщина покрытия (общего) составила 3,5 мм. Внутри трубки (трубы) помещался электрический нагреватель, мощность которого менялась от 10 до 100 Вт, Измеряют температуру на поверхности трубки и на внешней поверхности покрытия. Вычисляют электропроводность. В результате измерений средняя теплопроводность покрытия составила 0,089 Вт/(м·°С) при 130°С, 0,036 Вт/(м·°С) при 410°С и 0,028 Вт/(м·°С) при 750°С. В таблице 1 представлены данные по изменению температур на внешней поверхности нагретой трубки, находящейся в контакте с внутренней поверхностью покрытия (T1) и на внешней поверхности покрытия (Т2).
В результате испытаний оказалось, что во всем температурном интервале не было замечено растрескивания покрытия, изменения его цвета и отслаивания от поверхности трубки. Покрытие представляет собой плотную твердую массу, прочно сцепленную с поверхностью металлической трубки.
Композиция по изобретению, применение которой заявлено, может быть нанесена на трубы горячего водоснабжения с температурой воды около 120°С; на таких трубах обычно установлено большое количество задвижек и температура воздуха в помещении достигает обычно +45°С, что создает неблагоприятные условия для рабочего персонала. Композицию по заявленному изобретению применяли для нанесения на такие трубы теплового теплоснабжения: было нанесено пять слоев покрытия общей толщиной около 3 мм. В результате температура на поверхности трубы снизилась до 50°С и уменьшилась далее до +45°С при условии притока в помещение окружающего воздуха, что создавало более благоприятные условия для работы, так как температура в помещении понизилась на 15-20°С. При этом покрытие имеет очень высокие физико-механические и защитные свойства 6 высокая адгезия его к поверхности трубы, что в первую очередь обеспечивает длительную и надежную антикоррозионную защиту поверхности трубы горячего водоснабжения.
Композиция по изобретению, применение которой заявлено, точно также обеспечивает высокие антикоррозионные и высокие теплозащитные свойства одновременно при нанесении ее на различные строительные конструкции, например на поверхность ангара. Общая площадь поверхности ангара около 0,8 кв.м; ангар покрыт снаружи и изнутри покрытием из композиции, применение которой является изобретением. Покрытию по изобретению присвоено условное наименование «Изоллат». Толщина нанесенного покрытия 1,5 мм с каждой стороны, суммарная толщина покрытия 3 мм; при 40 ваттах мощности нагревателя внутри ангара (макет) разность температур между внутренней и наружной поверхностями 19°С; теплопроводность составляет около 0,0078 Вт/(м·°С).
Покрытие может наноситься различными методами. В таблице 2 представлены примеры композиции применение которой заявлено в качестве изобретения, а в таблицей 3 представлены усредненные данные по основным физико-механическим, теплозащитным свойствам, а также антикоррозионным свойствам, косвенным подтверждением которых являются данные по паро-, водопроницаемости, адгезии и т.д.
Таким образом покрытие, выполненное из композиции, наполненной Польши микросферами в сочетании с полимерным латексом в качестве связующего, может быть нанесено в помещениях с большой влажностью, на поверхности, не рассчитанные под объемную изоляцию, при воздействии кислот и щелочей (работе с ними); для покрытий вентилей, кранов, насосов и другого технологического оборудования (для снижения температуры и шума).
В таблице 2 представлены примеры композиций используемых для получения антикоррозионного и теплоизоляционного покрытия по изобретению
Физико-механические свойства
Светорассеяние (инфракрасного излучения)
92%
Изобретение к относится к области получения покрытий, обладающими антикоррозионными и теплоизоляционными свойствами при нанесении на трубопровод. Изобретение касается применения композиции водно-суспензионной, включающей в качестве связующего водоэмульсионную полимерную латексную композицию, содержащую латекс на основе (со)полимера, выбранный из группы (гомо)сополимер акрилата, стирол-акрилатный сополимер, или бутадиен-стирольный сополимер, полибутадиеновый полимер, полихлорвиниловый полимер, полиуретановый полимер, полимер или сополимер на основе винилацетата или их смеси, в сочетании с поверхностно-активным веществом и водой, а в качестве наполнителя содержит смесь полых микросфер (стеклянные, керамические, зольные, полимерные), различающихся между собой размерами в пределах 10-500 мкм и насыпной плотностью в пределах 650-50 кг/м3 и взятых в определенных соотношениях. В результате применения этой композиции в качестве покрытия обеспечивается одновременная защита поверхностей от коррозии и теплоизоляция, появляется возможность осуществить защиту материалов и изделий, эксплуатирующихся в условиях повышенной влажности, в условиях воздействия повышенных температур, в условиях воздействия перепада температур, что особенно важно при защите металлических трубопроводов, как трубопроводов горячего водоснабжения, так и газонефтепроводов. 3 табл.
Применение водно-суспензионной композиции, наполненной полыми микросферами, в качестве антикоррозионного и теплоизоляционного покрытия трубопроводов, включающей в качестве связующего водоэмульсионную полимерную латексную композицию, содержащую от 10 до 90 об.% латекса на основе (со)полимера, выбранного из группы, включающей (гомо)сополимер акрилата, стирол-акрилатный сополимер, бутадиен-стирольный сополимер, полистирол, бутадиеновый полимер, полихлорвиниловый полимер, полиуретановый полимер, полимер или сополимер на основе винилацетата или их смеси и от 10 до 90 об.% смеси воды и поверхностно-активного вещества, а в качестве наполнителя водно-суспензионная композиция содержит смесь полых микросфер, различающихся между собой размерами от 10 до 500 мкм и насыпной плотностью от 650 до 50 кг/м3 и выбранные из группы, включающей полые стеклянные микросферы, полые керамические микросферы, полые зольные (техногенные) микросферы, полые полимерные микросферы или их смеси при следующем соотношении компонентов водно-суспензионной композиции, об.%:
| АНТИКОРРОЗИОННОЕ И ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОЕ ПОКРЫТИЕ НА ОСНОВЕ ПОЛЫХ МИКРОСФЕР | 2003 |
|
RU2251563C2 |
| Состав для защитного покрытия бетона | 1990 |
|
SU1773923A1 |
| RU 93052300 А, 20.07.1996 | |||
| Ступень осевой турбины | 1988 |
|
SU1550184A1 |
| RU 98122205 С1, 27.10.2000 | |||
| Полимерная композиция | 1976 |
|
SU869561A3 |
