СОСТАВ ПОКРЫТИЯ И СПОСОБ ЕГО НАНЕСЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК C09D7/12 C04B14/22 C04B14/28 C04B14/04 C04B14/36 C09D175/02 C04B26/12 C04B38/08 

Изобретение относится к составам покрытий на основе полимочевины, содержащим полые микросферы, и к способам нанесения покрытий на любые поверхности в области строительства, машиностроения, приборостроения, авиации, космоса, железнодорожного транспорта и других отраслях промышленно-бытового назначения.

Из Большой Советской энциклопедии и из материалов, предоставленных проектом Рубрикон в Интернете, известно следующее.

Полимочевины (П) - это линейные полимеры, содержащие в основной цепи карбамидные группировки -HN-CO-NH-. Получают полимочевины взаимодействием аминов или диаминов с изоцианатами или диизоцианатами. Один из вариантов получения полимочевины может быть представлен следующей реакцией:

В промышленности освоен способ получения полимочевины из мочевины и нонаметилендиамина общей формулы [-(СН₂)₉NHCONH-]_n

В первые годы после внедрения в практику полимочевина была отнесена к классу полиуретанов и лишь в последние семь лет была выделена в самостоятельный класс покрытий.

В отличие от полиуретанов никакие полиэфиры не используются в изготовлении смол полимочевины.

Полимочевинные покрытия характеризуются рядом высоких физико-механических показателей, выделяющих их среди других пленкообразующих материалов (эпоксидных, полиэфирных, акриловых, каучуковых, полиуретановых).

Благодаря уникальным свойствам полимочевины она в последние годы привлекает внимание разработчиков, которые находят новые области ее использования и проявляют большой интерес, как к выбору исходных компонентов, так и к методам нанесения защитных покрытий.

В патентной документации полимочевина в качестве связующего для покрытия не обнаружена, поэтому уровень техники охватывает связующие для покрытия на основе полиуретанов.

Известна теплоизолирующая композиция, включающая жесткий пенополиуретан и полые стеклянные микросферы, являющиеся наполнителем, при следующем соотношении компонентов, мас.%: пенополиуретан 70-95, стеклянные микросферы 5-30. Стеклянные микросферы могут иметь размеры фракций 30-50 мкм или 60-140 мкм. При содержании стеклянных микросфер в интервале 15-30% их массы прочность на сжатие теплоизолирующей композиции составляет до 0,95 МПа. Плотность теплоизолирующей композиции составляет от 52 до 75 кг/м³ (RU 2226202 С2, C08L 75/04, C08J 9/32, 27.03.2004).

Недостатком известной композиции является невысокие значения прочности на сжатие (0,95 МПа), высокие значения коэффициента теплопроводности и узкая область использования.

Известна теплоизоляционная композиция, содержащая 70-90 мас.% пенополиуретана и 10-30 мас.% наполнителя, причем в качестве наполнителя используют зольные микросферы продуктов сжигания угля твердого шлакоудаления с размерами фракций 1-10 мкм не более 20 мас.%, с размерами фракций 30-40 мкм не менее 65 мас.% и с размерами фракций 80-100 мкм не более 15 мас.% (RU 2279414 C1, C04B 26/16; Е04 В 1/76; C08J 9/32; C08L 75/04; С08К 7/18, 10.07.2006). Полученные композиции имеют плотность 51 кг/м³, прочность на сжатие 1,36 МПа и коэффициент теплопроводности 0,124 Вт/м·К.

Известное изобретение имеет невысокие значения прочности на сжатие и высокий коэффициент теплопроводности конструкционного материала.

Известную композицию получают следующим образом.

Пенополиуретан, содержащий полиэфирный и изоцианатный компоненты, вводимый в теплоизоляционную композицию в количестве 70-90 мас.%, получают по технологии заливки в формы. Зольные микросферы продуктов сжигания угля твердого шлакоудаления, являющиеся дисперсным наполнителем, вводят в теплоизоляционную композицию в количестве 10-30 мас.%. При содержании 10 мас.% дисперсный наполнитель вводят в полиэфирный компонент пенополиуретана, тщательно перемешивают, соединяют с изоцианатным компонентом пенополиуретана и специальными добавками, например модификаторами и стабилизаторами, в соотношении полиэфирного и изоцианатного компонентов 1:1. При наполнении более 10 мас.%, дисперсный наполнитель вводят в равных количествах в оба компонента пенополиуретана, затем все тщательно перемешивают.

Известна краска-покрытие тепловлагозащитная, которое выполнено из композиции, включающей следующее соотношение компонентов, мас.%: 20-30 связующего, 10-30 полых микросфер, остальное - органический растворитель, при этом связующее выбрано из группы, включающей кремнийорганическую смолу, акриловый (со)полимер, полиуретан, в качестве полых микросфер используют керамические или стеклянные полые микросферы с размеров 20-150 микрон (RU 2310670 С, C09D 5/02; C09D 5/08; C09D 109/00; C09D 133/10; C09D 175/04; C09D 183/04; С08К 7/20; С04 В 111/20; C09D 5/18, 20.11.2007). В состав композиции дополнительно могут входить функциональные добавки: диоксид титана, полифосфат аммония, гидроксиды алюминия или магния, микротальк, слюда-мусковит, метасиликат кальция. В качестве полиуретанов используют полиуретановую смолу на основе простых полиэфиров (в описании не указано название полиэфира) и дифенилметандиизоцианата или толуилендиизоцианата.

Краску получают путем диспергирования компонентов в присутствии органических растворителей в смесителе при скорости вращения рабочего органа не выше 300 оборотов в минуту. Покрытие наносят на различные поверхности с помощью кисточки или краскопультом безвоздушного нанесения, при этом в описании не указана толщина покрытия и время его высыхания.

Указанное изобретение выбрано в качестве наиболее близкого аналога относительно компонентов состава покрытия.

Недостатком известного технического решения является высокая теплопроводность, высокое водопоглощение покрытия, недостаточно высокая адгезия и прочность.

Задачей изобретения является создание нового состава покрытия на основе полимочевины и полых микросфер.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение его эксплуатационных характеристик, снижение себестоимости покрытия, упрощение способа нанесения покрытия на любую поверхность и расширение областей его использования.

Технический результат в части состава покрытия достигается тем, что оно включает полимочевину в качестве связующего, полые стеклянные и/или алюмосиликатные микросферы диаметром 100-300 мкм и, по крайней мере, одну функциональную добавку, выбранную из ряда, включающего полифосфат аммония, волластонит, микрокальцит, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Полимочевина 65,0-75,0 Указанные микросферы 20,0-30,0 Указанные функциональные добавки 3,0-5,0,

при этом соотношение стеклянных и алюмосиликатных микросфер составляет 1:1.

В части способа технический результат достигается тем, что способ нанесения покрытия на обрабатываемую поверхность включает раздельную подготовку двух реагентов: первого, представляющего собой состав из диаминного реакционного компонента А, смешанного с порошковой смесью наполнителя, содержащей, мас.%: полые микросферы 80-85 и функциональные добавки 15-20, и второго реакционного компонента Б, представляющего собой диизоционат, затем раздельное, но одновременное распыление с одинаковой скоростью на покрываемую поверхность состава с компонентом А и компонента Б, которые при достижении обрабатываемой поверхности мгновенно образуют полимерное связующее -полимочевину, в которой равномерно распределены компоненты порошкового состава наполнителя, при этом диамин и диизоционат берут в эквимолярном соотношении, необходимом для получения полимочевины.

Порошковая смесь наполнителя в составе с реагентом А, а также в составе целевого покрытия содержит указанные в формуле полые микросферы и функциональные добавки.

В качестве микросфер используют полые зольные алюмосиликатные микросферы, например по ТУ 5717-37-00284351-2002, которые образуются в результате сжигания угля, поэтому их применение позволит обеспечить утилизацию отходов и улучшение экологической обстановки вблизи золоотвалов ТЭС. В качестве стеклянных микросфер используют, например, микросферы марок МС-ВП-А9, МСО-А9 (ТУ6-112367-75), волластонит используют молотый с размером частиц от 3 до 10 мкм (ТУ 5725-001-31894267-02).

В качестве микрокальцита используют отечественные марки URALCARB^® 60 - с частицами<60 мкм с высоким содержанием карбоната кальция СаСО₃ (более 97%), URALCARB^® 75 - с частицами<75 мкм и URALCARB^® 160 - с частицами<160 мкм;

В составе смеси может быть использован модифицированный (аппретированный) микрокальцит, прошедший предварительную обработку поверхностно-активными веществами (ПАВ). Добавление в состав порошковой смеси модифицированного микрокальцита, обладающего гидрофобизирующими свойствами микрочастиц, предотвращает нежелательное слеживание смеси. Этот показатель особенно важен при ее длительном хранении или транспортировке. Добавление в смесь указанного микрокальцита усиливает водоотталкивающие свойства смеси, улучшаются при этом также теплозащитные и прочностные свойства целевого покрытия.

Порошковую смесь наполнителя готовят осторожным перемешиванием компонентов на невысоких скоростях в течение 0,5-1 часа до гомогенного состояния в смесителях заводского типа, например марки СБ-43 (турбулентный) или типа СО-210 (лопастной).

Порошковая форма основы дает возможность приготовить такое количество покрытия, какое требуется в данный момент.

Для получения покрытия на основе полимочевины дозируют исходные компоненты порошковой смеси, содержащей, мас.%: полые стеклянные и/или алюмосиликатные микросферы 80-85 и функциональные добавки 15-20, в качестве которых используют по крайней мере одну из ряда, включающего полифосфат аммония, волластонит, микрокальцит, смешивают их с диаминной составляющей смолы - компонент А. Полученный состав сам по себе не реакционноспособный и может храниться до его использования без каких-либо изменений. Дозируют второй компонент предполимер полимочевины - диизоционат - компонент Б, который сам по себе тоже не реакционноспособный. Затем одновременно методом безвоздушного распыления с одинаковой скоростью подают на покрываемую поверхность из разных форсунок оба состава, при этом рекционноспособные компоненты связующего А и Б мгновенно реагируют, образуя на покрываемой поверхности покрытие на основе полимочевины с равномерным распределением в ней полых микросфер и функциональных добавок в соотношениях, указанных в п.1 формулы.

Полимерные покрытия из полимочевины затвердевают через 10 секунд после выхода из распылителя и смешения компонентов на поверхности.

Для нанесения покрытия рекомендуется использовать установку безвоздушного распыления итальянской фирмы СИНАЕР с соплами из твердосплавного материала.

Изобретение позволяет наносить покрытия на любую форму поверхности и получать целевое покрытие на поверхности дерева, стали, бетонов, кирпича и т.д. с высокими теплоизоляционными свойствами (коэффициент теплопроводности 0,001 ВТ/м·К). Покрытие водонепроницаемое, не теряет свойства теплозащиты, коррозионно-стойкое, практически не дает дополнительного веса, например, на фундамент, сохраняет все существующие архитектурные формы, может быть нанесено как снаружи, так и внутри здания.

Заявляемая последовательность стадий нанесения покрытия позволяет увеличить количество вводимых без разрушения микросфер в полимерное связующее до 85 мас.%, чтобы обеспечить предельно возможное наполнение связующего микросферами в готовом покрытии, которое составляет 20-30 мас.%.

В таблице представлены составы покрытия на основе полимочевины и его свойства в сравнении с прототипом. Для сравнения полученных данных с прототипом для последнего был сделан пересчет содержания компонентов краски на сухое покрытие, и в качестве компонента Б для корректного сравнения данных в предлагаемом способе также был использован дифенилметандиизоционат и 2,4-толуилендиизоцианат.

В качестве компонента А были использованы 1,4-тетраметилендиамин (1,4-диаминобутан) формулы H₂N(CH₂)₄NH₂ и гексаметилендиамин.

Указанный ряд диаминов и диизоционатов не ограничивает возможности способа при нанесении покрытия.

Реакция сшивки компонента А и компонента В в системе полимочевины настолько быстра, что никакая влажность не может оказать воздействия на процесс. Это большое преимущество во влажном климате и в регионах с высокой влажностью.

В таблице представлены составы покрытия на основе полимочевины и его свойства в сравнении с прототипом.

Использование порошкового состава с полимерным связующим на основе полимочевины при получении однослойного покрытия позволяет уменьшить толщину стен из кирпича на 280 мм, стен из керамзита на 240 мм, из дерева на 75 мм.

Снижение толщины одного слоя теплозащитного покрытия до 0,38-0,40 мм (максимальная толщина 1,5-2,0 мм) позволяет устранить плесень и сырость из погребов и подвалов, избавиться от конденсатов, при применении в качестве грунтовки при окраске полов исчезает мостик холода, а при окраске оконных проемов они перестают промерзать. Состав не поддерживает горение, задерживает и замедляет распространение пламени и дыма.

Как следует из таблицы, эксплуатационные свойства покрытия на основе полимочевины по предлагаемому изобретению значительно превосходят известные из прототипа: предел прочности покрытия при растяжении 9.9-11.5 МПа; предел прочности покрытия на разрыв 12.2-13.5 кН/м; водопоглощение по объему менее 0.5%; адгезия покрытия к стали до 1.3 МПа; адгезия покрытия к бетону до 2.6 МПа; адгезия покрытия к дереву до 1.8 МПа; коэффициент паропроницаемости 0,001 мг/м·ч·Па.

Способ нанесения покрытия отличается простотой, высокой эффективностью. Для нанесения покрытия толщиной не более 0,5 мм нужно около 1 кг состава утепляющей краски. Срок службы такого покрытия составляет не менее 10 лет, а при соблюдении технологии нанесения покрытие может прослужить до 50 лет.

Таблица Компоненты покрытия, мас.%, Состав покрытия 1 2 3 4 прототип RU 2310670 Полимерное связующее:         Полимочевина         1. Комбинация 1,4-тетраметилендиамина и дифенилметандиизоцианата 65   75   2. Комбинация гексаметилендиамина и толуолендиизоцианата   70     Полиуретановая смола - это комбинация простых полиэфиров и изоционатов (дифенил-метандиизоцианата и - -   30-43 толуолендиизоцианата)     -   Наполнитель - полые керамические микросферы 100-300 мкм:
Стеклянные 30   10   Алюмосиликатные   27 10   Наполнитель - полые керамические микросферы 20-150 мкм (прототип)       14-50 Функциональные добавки:
1. Полифосфат аммония 1,0 2,5 3 20-36 2. Волластонит - - 0,5   3. Микрокальцит 4,0 0,5 1,5   Характеристика покрытия Минимальная толщина слоя, мм 0,38 0,40 0,38 0,40 Рекомендуемая толщина слоя, мм 2,0 1,5 1,5 1,5 Предел прочности на растяжение, МПа 9,5 11,5 9,9 2,9 Сопротивление разрыву, кН/м 12,9 13,5 12,2 - Коэффициент теплопроводности, Вт/м ·К 0,003 0,002 0,001 0,046 Коэффициент паропроницаемости, мг/м·ч·ПА 0,001 0,001 0,0009 - Теплоотдача, Вт/м·С 4,0 3,0 3,5 - Водопоглощение за сутки, об.% <0,5 <0,5 <0,5 1,7 Адгезия покрытия к стали, МПа 1,0 1,0 1,3 0,75 Адгезия покрытия к бетону, МПа 2,0 2,2 2,6 1,2 Адгезия покрытия к дереву, МПа 1,5 1,8 1,7 1,1 Адгезия покрытия к стали после воздействия климатических испытаний, МПа 1,4 1,3 1,2 0,77

Состав покрытия на основе полимочевины содержит полые стеклянные и/или алюмосиликатные микросферы диаметром 100-300 мкм, функциональные добавки, выбранные из ряда, включающего полифосфат аммония, волластонит, микрокальцит при соотношении стеклянных и алюмосиликатных микросфер 1:1. Способ нанесения покрытия на обрабатываемую поверхность включает раздельную подготовку двух реагентов: первого, представляющего собой состав из диаминного реакционного компонента А, смешанного с порошковой смесью наполнителя, содержащей, мас.%: полые микросферы 80-85 и функциональные добавки 15-20, и второго реакционного компонента Б, представляющего собой диизоцианат, затем раздельное, но одновременное распыление с одинаковой скоростью на покрываемую поверхность состава с компонентом А и компонента Б, которые при достижении обрабатываемой поверхности мгновенно образуют полимерное связующее - полимочевину, в которой равномерно распределены компоненты порошкового состава наполнителя, при этом диамин и диизоцианат берут в эквимолярном соотношении, необходимом для получения полимочевины. Техническим результатом изобретения является повышение эксплуатационных характеристик покрытия, снижение его себестоимости, упрощение способа нанесения покрытия. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Состав покрытия на основе полимочевины, содержащий полые стеклянные и/или алюмосиликатные микросферы с диаметром частиц 100-300 мкм и, по крайней мере, одну функциональную добавку, выбранную из ряда, включающего полифосфат аммония, волластонит, микрокальцит, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Полимочевина 65,0-75,0 Полые микросферы 20,0-30,0 Указанные функциональные добавки 3,0-5,0

2. Состав по п.1, отличающийся тем, что соотношение стеклянных и алюмосиликатных микросфер составляет 1:1.

3. Способ нанесения покрытия на поверхность, включающий раздельную подготовку двух реагентов: первого, представляющего собой состав из диаминного реакционного компонента А, смешанного с порошковой смесью наполнителя, содержащей в мас.%: полые микросферы 80-85 и функциональные добавки 15-20, и второго реакционного компонента Б, представляющего собой диизоцианат, затем раздельное, но одновременное распыление с одинаковой скоростью на покрываемую поверхность состава с компонентом А и компонента Б, при достижении обрабатываемой поверхности которые мгновенно образуют полимерное связующее - полимочевину, с равномерно распределенными компонентами порошкового состава наполнителя, при этом диамин и диизоцианат берут в эквимолярном соотношении, необходимом для получения полимочевины.