Композиция для получения теплоизоляционных покрытий Российский патент 2024 года по МПК C08L27/04 C08L27/06 C09D127/04 C09D127/06 C08K3/13 C08K3/16 C08K3/16 C08K3/04 C08K3/105 C08K5/02 C08K7/16 

Область техники

Изобретение относится к полимерным материалам для тепловой изоляции строительных конструкций зданий и сооружений, а также изделий авиастроения, ракетостроения, машиностроения и другой техники.

Уровень техники

Применение огнезащитных красок позволяет обеспечить защиту металлических конструкций и оборудования в течение времени, необходимого для безопасной эвакуации людей из здания.

Современные тенденции развития огнезащитных материалов и композиций направлены на решения ряда задач практического плана, которые направлены не только на повышение эффективности за счет увеличения предела огнестойкости, но и на улучшение физико-механических и целевых свойств покрытий при их эксплуатации. К таким показателям относятся, например, предел прочности покрытия при растяжении и сжатии, теплопроводность, адгезия к металлическим подложкам и стойкости покрытия к воздействию климатических факторов, что в конечном итоге определяет срок эксплуатации подобных покрытий.

Известна термоотверждающаяся вспучивающаяся композиция для нанесения покрытия (RU 2654760 С2, дата публикации 22.05.2018), которая подходит для защиты конструкций от углеводородных пожаров. Композиция состоит из одного или более органических термоотверждающихся полимеров и отверждающих агентов для органических термоотверждающихся полимеров; одного или более источников фосфорной кислоты и/или сульфокислоты; одного или более источников ионов металла и/или металлоида, выбираемых из оксидов, гидроксидов, карбонатов, бикарбонатов, фосфатов, хлоридов, сульфатов, нитратов, силикатов и боратов Al, Ti, Zn, Cu, Zr, Mg, Na или Ca; и оксидов, гидроксидов, карбонатов Si и B; а также их комплексов; аминофункциональных вспенивающих веществ, выбранных из мочевины, дициандиамида, меламина и их производных. Покрытие на основе данной композиции под действием высоких температур позволяют получить пенококс с высокими прочностными характеристиками. К недостаткам данной композиции можно отнести то, что она является двухупаковочной и смешение компонентов является необратимым процессом, при этом время жизнеспособности не превышает нескольких часов, при этом показатели вспучивания невелики.

Известна огнезащитная вспучивающаяся краска (RU 2718870 С1, дата публикации 15.04.2020), которая состоит из меламина, в качестве вспенивающего агента, гидроксида алюминия в качестве антипирена, гидроксид калия в качестве ингибитора коагуляции, аэросил в качестве регулятора вязкости состава и неионогенное поверхностно-активное вещество, а в качестве связующего используется жидкое калиевое стекло. Данная композиция является однокомпонентной, с хорошими показателями огнестойкости, однако ее недостатком является значительное время высыхания даже при нанесении тонкослойного покрытия.

Известно изобретение (RU 2382803 С1, дата публикации 27.02.2010), относящееся к химической промышленности и касающаяся получения покрытий различного оборудования и строительных конструкций, обладающее тепло-огне-атмосферостойкими, тепло-влагозащитными и антикоррозионными свойствами. Данная композиция была взята за прототип. Краска-покрытие термо-огне-атмосферостойкая включает связующее, в состав которого входят растворы акриловых (со)полимеров и/или кремнийорганических смол в органическом растворителе, модифицирующие добавки в виде керамических и/или стеклянных шариков с размером 20-150 мкм, антипиреновую добавку и пигмент, при этом в состав покрытия добавлено дополнительное связующее в виде органорастворимых полиуретанов, наполнитель, выбранный из группы: микроволластонит, каолин, микромрамор, микрослюда и/или инертные баритовые наполнители.

Известно изобретение па патенту RU 2657507, дата публикации 14.06.2018, относящееся к материалам для теплоизоляции и огнезащиты бетонных и металлических поверхностей различных строительных конструкций и промышленного оборудования, компонентный состав которой представляет собой сочетание силоксанового каучука, катализатора, микросфер и антипиреновой добавки - тонкоимельченный гальванический шлам. Недостатком данной композиции является невысокая теплопроводность. Данная композиция была взята за прототип.

Технической задачей настоящего изобретения является устранение недостатков известных решений и расширение ассортимента средств для огнезащиты, обладающих высокими физико-механическими характеристиками, в частности, теплопроводными.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом изобретения является расширение ассортимента средств для теплоизоляции, обладающих высокими физико-механическими характеристиками, в частности, имеющих повышенные характеристики теплопроводности при сохранении высоких механических характеристик, повышенной адгезии и стойкости покрытия к воздействию климатических факторов.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в решении задачи по созданию композиции для покрытий с высокими теплоизоляционными показателями в сочетании с хорошей адгезией, основанной на сочетании теплоизолирующих компонентов - алюмосиликатных микросфер размером до 100 мкм, в сочетании с антипиреном, наполнителем - каолином, стабилизатором - однослойными углеродными нанотрубками (ОУНТ УДО) и органическим растворителем, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

полимерное связующее 10,0-17,0 антипиреновая добавка 1,5-2,0 наполнитель 23,0-32,0 микросферы 11,0-12,0 стабилизатор 0,3-0,5 органический растворитель этилацетат остальное

В качестве полимерного связующего предпочтительно используется перхлорвиниловая смола промышленной марки ПСХ-ЛС с содержанием хлора 61,0-65,0 мас.%.

В качестве антипирена использовался хлорпарафин марки ХП 470 с массовой долей хлора 45,0-49,0 мас.%.

В качестве наполнителя использовался каолин марки КР-1 по ГОСТ 19608. Каолин отличается легкостью и обладает низкой теплопроводностью, пониженной способностью аккумулировать тепло, повышенной термостойкостью, высокими акустическими свойствами, способностью противостоять химически активным веществам (кроме плавиковой, фосфорной кислот, а также сверхсильных щелочей), не поддается действию масла, пара и высокой влажности. В указанном количестве 23,0-32,0 мас.% каолина получаемые покрытия проявляют наилучшие теплопроводящие свойства без ухудшения прочностных свойств.

В качестве модифицирующей добавки использовали алюмосиликатные микросферы марки АСМ 100 с плотностью 0,7 г/мл.

В качестве стабилизатора использовали однослойные углеродные нанотрубки (ОУНТ УДО) с содержанием углеродных нанотрубок не менее 80 мас.% (в пересчете на сухое вещество).

Органический растворитель этилацетат соответствовал ГОСТ 8981. Использование указанного органического растворителя позволяет улучшить реологические свойства композиции и ее обрабатываемость.

Примеры указанных реагентов не ограничивают возможность использования однотипных веществ других марок из того же общего класса веществ, идентичных или схожих по своим свойствам и функциям.

Количественное соотношение компонентов было установлено экспериментально для получения оптимальных физико-механических характеристик композиции и получаемого покрытия. Изменение соотношения компонентов до значений, выходящих из заявленных интервалов, ухудшает реологические свойства композиции, ее обрабатываемость, а также свойства получаемого покрытия.

Материал получают следующим образом. Вначале в смеситель загружаются 50 мас.% от рецептурного количества органического растворителя - этилацетата, смола перхлорвиниловая и хлорпарафин ХП 470, масса перемешивается при окружной скорости вращения рабочего органа 3,0-5,0 м/c до однородной массы. Затем при перемешивании, последовательно загружают каолин КР-1 и однослойные углеродные нанотрубки. После чего приступают к переработке материала путем диспергирования при скорости вращения рабочего органа с окружной скоростью не менее 15,0 м/c в течении 45 минут. После чего при перемешивании в смесь вводят оставшееся количество этилацетата и микросферы, после чего массу перемешивают при окружной скорости вращения рабочего органа 3,0-5,0 м/c в течение 30 минут.

Осуществление изобретения

Получали несколько составов заявленных композиций с различным соотношением компонентов, а также состав по прототипу. Покрытия наносили на металлические поверхности с помощью безвоздушного распыления, используя стандартное оборудование, настройки и режимы. Составы предлагаемой композиции и известной по прототипу приведены в таблице 1; свойства покрытий - в таблице 2.

Таблица 1 Компоненты Примеры по изобретению Прототип
RU 2657507 1 2 3 связующее:
силоксановый каучук СКТНФ
перхлорвиниловая смола марки ПСХ-ЛС 20,0-80,0
- -
10,0 -
15,0 -
17,0 микросферы:
полые углеродные микросферы
алюмосиликатные микросферы марки АСМ 100 20,0-60,0
- -
11,0 -
11,0 -
12,0 катализатор 2,0 - - - антипиреновая добавка:
тонкоизмельченный гальванический шлам
хлорпарафин марки ХП 470 5,0-15,0
- -
1,5 -
2,0 -
2,0 наполнитель
каолин марки КР-1 - 23,0 27,0 32,0 стабилизатор однослойные углеродные нанотрубки - 0,3 0,5 0,5 органический растворитель этилацетат - остальное

Таблица 2 Показатели композиций Значения показателей прототип
RU 2657507 Примеры по изобретению 1 2 3 Предел прочности покрытия при сжатии, кг/см² 12-18 17 19 18 Теплопроводность краски-покрытия, Вт/м⋅°С 0,10-0,13 0,02 0,02 0,03 Время горения после прекращения воздействия пламени, с 6-10 8 6 6 Адгезионная прочность, кг/см² 3,0-6,0 5,0 5,5 6,5 Адгезия покрытия к стали после воздействия климатических испытаний, кг/см² - 4,5 4,5 5,0

Из таблицы 2 видно, что предлагаемая краска по сравнению с прототипом обладает повышенными физико-механическими характеристиками, в частности имеет повышенные показатели теплопроводности, а также высокие показатели адгезии и повышенную стойкость покрытия к воздействию климатических факторов при сохранении высоких прочностных показателей.

Краска может быть использована в нефтегазовой и других отраслях промышленности, а также в строительстве, в качестве огне- и теплозащитной краски.

Настоящее изобретение относится к композиции для получения теплоизоляционных покрытий и может быть использовано для повышения до заданного уровня пределов термостойкости и сопротивления теплопередачи различного оборудования и строительных конструкций зданий и сооружений. Данная композиция включает 10,0-17,0 мас.% полимерного связующего - перхлорвиниловой смолы, 11,0-12,0 мас.% модифицирующей добавки - алюмосиликатных микросфер размером до 100 мкм, 1,5-2,0 мас.% антипиреновой добавки - хлорпарафина, 23,0-32,0 мас.% наполнителя - каолина, 0,3-0,5 мас.% стабилизатора - однослойных углеродных нанотрубок и органический растворитель - этилацетат. Полученное покрытие обладает повышенными физико-механическими характеристиками, в частности имеет повышенные показатели теплопроводности, а также высокие показатели адгезии и повышенную стойкость покрытия к воздействию климатических факторов при сохранении высоких прочностных показателей. 2 табл., 3 пр.

Композиция для получения теплоизоляционных покрытий, отличающаяся тем, что она включает полимерное связующее - перхлорвиниловую смолу, при этом она содержит модифицирующую добавку - алюмосиликатные микросферы размером до 100 мкм, антипиреновую добавку - хлорпарафин, наполнитель - каолин, стабилизатор - однослойные углеродные нанотрубки и органический растворитель - этилацетат, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

полимерное связующее - перхлорвиниловая смола 10,0-17,0 антипиреновая добавка - хлорпарафин 1,5-2,0 наполнитель - каолин 23,0-32,0 алюмосиликатные микросферы 11,0-12,0 стабилизатор - однослойные углеродные нанотрубки 0,3-0,5 органический растворитель этилацетат остальное