СОСТАВ ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩЕГО ПОКРЫТИЯ Российский патент 2012 года по МПК C09D5/00 C09D5/26 C09D5/33 

Изобретение относится к области материаловедения, а именно к терморегулирующим покрытиям класса «истинные отражатели» с повышенной стойкостью к воздействию ультрафиолетовой радиации, и может быть использовано в системах пассивного терморегулирования для поддержания необходимого теплового баланса объектов.

Терморегулирующие покрытия предназначены для поддержания необходимого теплового режима объектов за счет установления баланса между поглощаемой извне энергией и энергией, излучаемой в окружающую среду. Такие покрытия характеризуются двумя основными параметрами: коэффициентом поглощения солнечного излучения (солнечной радиации) α_s и коэффициентом излучения (степень черноты) ε (Яковлев А.Д. «Химия и технология лакокрасочных покрытий». - Л.: Химия, 1989, с.133).

В зависимости от значения и соотношения параметров α_s и ε покрытия делятся на "солнечные отражатели", "солнечные поглотители", "истинные отражатели" и "истинные поглотители". Покрытия класса "истинные отражатели" имеют значения оптических коэффициентов α_s<0,2 и ε<0,2, причем α_s/ε≈1. "Истинные отражатели" позволяют поддерживать заданный тепловой режим объекта, отражая тепловые потоки, поступающие извне, а также уменьшая тепловыделение самого объекта. (Гуревич М.М. и др. "Оптические свойства лакокрасочных покрытий". - Л: Химия, 1984, с.81).

Известно лакокрасочное покрытие, состоящее из слоя грунтовки и покровного слоя. Пигментом в покрытии является слой частиц чешуйчатого алюминия, расположенный между грунтовкой и оптически прозрачным покровным слоем. Покровный слой состоит из оптически прозрачного лака (например, полиэфирмалеинатного и полиэфиракрилатного лаков, мочевиноформальдегидного, алкидного и др.) (патент RU 2130041, 10.05.1999, МПК⁶ С09D 5/33, B05D 5/06).

Недостатком этого покрытия является невысокая стойкость к воздействию ультрафиолетовой радиации.

Известно терморегулирующее покрытие (патент RU 2315794, 27.01.2008, МПК⁶ С09D 5/24, С09D 133/08), состоящее из связующего - амидосодержащей акриловой смолы, представляющей собой сополимер бутилметакрилата и метакриламида, растворителя - смеси ксилола и бутилового спирта, наполнителя - черного термостойкого пигмента, карбонильного никеля и сажи.

Данное покрытие относится к классу «истинные поглотители», а следовательно, обладает параметрами, соответствующими этому классу (коэффициент поглощения солнечной радиации α_s=0,95, коэффициент теплового излучения ε=0,92-0,95).

Авторами принято за прототип известное лакокрасочное покрытие на основе кремнийорганической эмали КО-859 серебристой (ГОСТ 22564-77 «Эмали КО-84 и КО-859. Технические условия»), состоящей из кремнийорганического лака КО-921, представляющего собой 50% раствор полиметилфенилсилоксановой смолы в толуоле, бутилметакрилатной смолы БМК-5, алюминиевой пудры ПАП-2 и органического растворителя. Покрытие характеризуется коэффициентом поглощения солнечной радиации α_s=0,24-0,4, коэффициентом излучения (степенью черноты) ε=0,35-0,55. Указанное покрытие наносится по слою грунтовки ВЛ-02.

Недостатком прототипа является высокий коэффициент излучения (степень черноты).

Задачей предлагаемого изобретения является получение терморегулирующего покрытия класса «истинные отражатели», обладающего высокой стойкостью к ультрафиолетовому излучению и имеющего оптические коэффициенты α_s<0,2 и ε<0,2 при их соотношении α_s/ε≈1, которое может быть использовано в системах пассивного терморегулирования для поддержания необходимого теплового баланса объекта.

Техническим результатом изобретения является:

- получение на поверхности изделий следующих значений тепловых радиационных характеристик - коэффициент поглощения солнечной радиации α_s=0,15-0,20, коэффициент излучения (черноты) ε=0,13-0,20 при соотношении α_s/ε=1±0,2, что соответствует терморегулирующим покрытиям класса «истинные отражатели»;

- повышенная стойкость покрытия к ультрафиолетовому излучению, выраженная в стабильности коэффициента поглощения солнечной радиации α_s в процессе эксплуатации объекта при воздействии УФ-радиации;

- увеличение температурного диапазона эксплуатации объекта за счет широкого интервала рабочих температур предлагаемого покрытия (от минус 150 до плюс 300°С).

Указанный технический результат достигается тем, что состав терморегулирующего покрытия содержит связующее на основе 15% раствора акриловой амидосодержащей смолы, представляющей собой сополимер бутилметакрилата и метакриламида, в смеси ксилола и бутанола в соотношении 85:15 по массе и кремнийорганического лака, представляющего собой 50% раствор полиметилсилоксановой смолы в толуоле, органический растворитель, представляющий собой смесь ксилола и бутанола в соотношении 85:15 по массе, и алюминиевую пасту при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

15% раствор акриловой амидосодержащей смолы в смеси ксилола и бутанола в соотношении 85:15 по массе - 42-47;

50% раствор полиметилсилоксановой смолы в толуоле - 29-33;

алюминиевая паста ТРП - 20-26;

смесь ксилола и бутанола в соотношении 85:15 по массе - до рабочей вязкости.

Состав терморегулирующего покрытия получают следующим образом. Готовят связующее путем смешивания 50%-ного раствора полиметилсилоксановой смолы химического строения

(например, лак марки КО-116 ТУ 6-05-04691277-29-94) в толуоле (ГОСТ 14710-78) и 15%-ного раствора акриловой амидосодержащей смолы (например, марки АС ТУ 6-02-101-90), представляющей собой сополимер бутилметакрилата и метакриламида химического строения

в смеси растворителей (бутанол по ГОСТ 6006-73 и ксилол по ТУ 6-093854-75 в соотношении 85:15 по массе) в соотношении 0,7:0,3 по массе, считая на содержание нелетучих веществ. Затем в приготовленное связующее вводят алюминиевую пасту ТРП марки САП, состоящую из алюминиевой фольги толщиной 50-100 мкм по ГОСТ 618, уайт-спирита и поверхностно-активных веществ (ПАВ) (ТУ 1791-002-18360868-00, с.2) в соотношении 0,7:1 по массе, считая на содержание нелетучих веществ. Медленно перемешивают состав в одном направлении до получения однородной массы. Доводят полученный состав до рабочей вязкости 12 с (по вискозиметру ВЗ-246, сопло ⌀4) смесью растворителей (бутанол по ГОСТ 6006-73 и ксилол по ТУ 6-093854-75 в соотношении 85:15 по массе), перемешивая, как указано выше.

Технология нанесения, обеспечивающая получение требуемых тепловых радиационных характеристик покрытия, заключается в следующем.

На предварительно подготовленную и обезжиренную поверхность, подлежащую окраске, наносят грунтовку ВЛ-02 ГОСТ 12707-77 - 1 слой, состав терморегулирующего покрытия - 2 слоя. Состав наносят методом пневматического распыления. Давление воздуха при нанесении состава должно быть не более 0,20 МПа. В процессе нанесения состав необходимо периодически (~ через 5 минут) перемешивать во избежание оседания пигмента. Состав наносят плотным («мокрым») слоем для обеспечения всплывания пигмента, не допуская отекания состава с вертикальных и наклонных поверхностей. Чешуйки алюминиевой пасты при нанесении покрытия занимают положение параллельно поверхности подложки, образуя отражающую поверхность.

Грунтовку и состав терморегулирующего покрытия наносят без разрыва во времени между слоями, соблюдая режимы сушки каждого слоя покрытия, указанные в таблице.

Состав можно наносить на поверхность изделий, изготовленных из алюминиевых, титановых сплавов, коррозионностойких сталей, а также из композиционных материалов.

Пример.

Для получения состава терморегулирующего покрытия готовят 15%-ный раствор акриловой амидосодержащей смолы АС (ТУ 6-02-101-90). Для чего в стеклянную емкость загружают смесь растворителей (бутанол по ГОСТ 6006-73 и ксилол по ТУ 6-093854-75 в соотношении 85:15 по массе) и при постоянном перемешивании механической мешалкой вводят смолу АС. Процесс приготовления проводят на водяной бане при температуре 40-50°С до полного растворения смолы. Затем в другой стеклянной емкости соединяют полученный 15%-ный раствор акриловой амидосодержащей смолы АС в количестве 44 мас.% с 50%-ным раствором полиметилсилоксановой смолы ТУ 6-05-04691277-29-94 в толуоле (ГОСТ 14710-78) в количестве 31 мас.% в соотношении 0,7:0,3 по массе, считая на содержание нелетучих веществ. В полученное связующее вводят алюминиевую пасту ТРП марки САП (ТУ 1791-002-18360868-00) в соотношении 0,7:1 по массе, считая на содержание нелетучих веществ, в количестве 23 мас.%. Медленно перемешивают состав керамическим шпателем в одном направлении до получения однородной массы, затем полученный состав доводят до рабочей вязкости 12 с (но вискозиметру В3-246, сопло ⌀4) смесью растворителей (бутанол по ГОСТ 6006-73 и ксилол по ТУ 6-093854-75 в соотношении 85:15 по массе), перемешивая, как указано выше.

По проведенным испытаниям состава терморегулирующего покрытия в камере тепла и влаги (КТВ) делают вывод о его диапазоне рабочих температур от минус 150°С до плюс 300°С.

В результате проводимых испытаний в соответствии с ОСТ 92-0909-69 «Материалы и покрытия специального назначения. Методика измерения тепловых радиационных характеристик» было выявлено, что полученное терморегулирующее покрытие имеет следующие значения тепловых радиационных характеристик: коэффициент поглощения солнечной радиации α_s=0,15-0,20; коэффициент излучения (черноты) ε=0,13-0,20 при соотношении α_s /ε=1±0,2 и обладает высокой стойкостью к ультрафиолетовому излучению, выраженной в стабильности коэффициента поглощения солнечной радиации α_s в процессе эксплуатации объекта при воздействии УФ-радиации.

Состав терморегулирующего покрытия Материал Условная вязкость для краскораспылителя по ВЗ-4, с Режим сушки Температура, °С Время, ч Грунтовка ВЛ-02 13-15 18-35 0,5-1 Состав терморегулирующего покрытия 12-14 Первый и второй слои 18-35 20-30 мин затем 110-120 затем 1,5-2 или 18-35 20-30 мин затем 60-80 затем 5-6 Допускается Первый слой 18-35 1,5-2 Второй слой 18-35 20-24

Изобретение относится к области космического материаловедения, а именно к терморегулирующим покрытиям класса «истинные отражатели» с повышенной стойкостью к воздействию ультрафиолетовой радиации, и может быть использовано в системах пассивного терморегулирования космических аппаратов. Состав терморегулирующего покрытия содержит связующее на основе 15% раствора акриловой смолы АС в смеси растворителей ксилола и бутанола в соотношении 85:15 и кремнийорганического лака, представляющего собой 50% раствор полиметилсилоксановой смолы в толуоле, органический растворитель и алюминиевую пасту ТРП. В качестве органического растворителя используется смесь ксилола и бутанола в соотношении 85:15 по массе. Соотношение ингредиентов в составе терморегулирующего покрытия, мас.%: 15% раствор акриловой смолы AC 42-47; 50% раствор полиметилсилоксановой смолы 29-33; алюминиевая паста ТРП 20-26; смесь ксилола и бутанола в соотношении 85:15 по массе - до рабочей вязкости. Техническим результатом изобретения является повышение стойкости к воздействию факторов космического пространства; увеличение срока активного существования космического аппарата; получение на поверхности изделий следующих значений тепловых радиационных характеристик - коэффициент поглощения солнечной радиации α_S=0,15-0,20; коэффициент излучения (черноты) ε=0,13-0,20; соотношение α_S/ε=1±0,2. 1 табл.

Состав терморегулирующего покрытия, содержащий связующее на основе 15%-ного раствора акриловой смолы АС в смеси ксилола и бутанола в соотношении 85:15 по массе и кремнийорганического лака, представляющего собой 50%-ный раствор полиметилсилоксановой смолы в толуоле, органический растворитель, представляющий собой смесь ксилола и бутанола в соотношении 85:15 по массе, и алюминиевую пасту ТРП при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
15% раствор акриловой смолы АС   в смеси ксилола и бутанола   в соотношении 85:15 по массе 42-47 50% раствор полиметилсилоксановой   смолы в толуоле 29-33 алюминиевая паста ТРП 20-26 смесь ксилола и бутанола   в соотношении 85:15 по массе до рабочей вязкости