Полимерная антиобледенительная самоочищающая композиция Российский патент 2024 года по МПК C09K3/18 C09D5/00 C09D133/08 

Изобретение относится к области материаловедения и технологии гидрофобных покрытий и может быть использовано для защиты кровли и других скатных элементов зданий и сооружений, оборудования, машин и механизмов от интенсивного обледенения и проникновения влаги за счет самопроизвольного удаления воды, снега и льда с наклонных поверхностей.

Практика показывает, что для борьбы с обледенением следует использовать полимерные покрытия, термодинамические характеристики которых имеют следующие параметры: величина критического поверхностного натяжения поверхностного слоя покрытия - не больше 25 мДж /м, контактный угол смачивания покрытия водой не ниже 90°. В этом случае адгезионная прочность льда к покрытию может быть 0,03 МПа [В.И. Логанина, С.Н. Кислицын и др. Антиобледенительные покрытия на основе силиконовой смолы SILRES® MSE 100//Нанотехнологии в строительстве. Научный интернет журнал @ nanabuild. 2023, 15(3). 211-219 с]. Наиболее эффективными являются фторорганические соединения, но сложная технология и высокая стоимость служат препятствием для их широкого применения. Кремнийорганические полимеры обладают указанными термодинамическими характеристиками и являются более доступными для использования, как в виде пленкообразующей основы получаемого антиобледенительного покрытия, так и в качестве гидрофобных добавок.

Известен состав на основе силиконовой смолы SILRES® MSE 100 с наноразмерными частицами гидрофобного аэросила марки R-972. Однако при высоких гидрофобных показателях данное покрытие не обладает достаточным уровнем физико-механических свойств и длительным сроком службы.

Примером полимерной антиобледенительной самоочищающей композиции, основанной на кремнийорганическом связующем, являются гидрофобные антиобледенительные композиции по патентам РФ № 2162872 (Алесковская Е.В., Дубинский Я.А., Токарев В.В.) и № 2193588 (Дубинский Я.А., Токарев В.В.).

Известен способ снижения обледенения подложки, включающий нанесение на подложку отверждаемой пленкообразующей композиции по патенту РФ № 2579065 (ППГ ИНДАСТРИЗ ОГАЙО, ИНК. (US)), содержащий в качестве пленкообразователя полиакриловый полимер, отвержденный агентом, имеющим функциональные изоцианатные группы. Антиобледенительным компонентом в нем является полисилоксан ПДМС с массой от 200 до 14000, вводимый в состав в количестве от 0.5 до 30 масс. %.

Данное техническое решение, как наиболее близкое к заявленному по техническому существу и достигаемому результату, принято в качестве его прототипа.

Пленкообразующие композиции по прототипу можно наносить непосредственно на поверхность подложки или на слой грунтовки и/или верхнего покрытия на подложке. Технический результат - обеспечение при отверждении максимальной средней нагрузки на подложку с покрытием 450 Н при испытании на адгезию льда.

Недостатками известного технического решения является очевидное неудобство при использовании этого состава за счет его двухупаковочной системы, состоящей из акриловой полимерной основы и отвердителя к ней, что затрудняет технологию ее приготовления и нанесения.

Задача предлагаемого изобретения состоит в разработке композиции с максимально простой технологией приготовления и нанесения, а сформированные из нее покрытия должны проявлять эксплуатационные физико-механические и гидрофобные свойства, облегчающие удаление льдообразований с окрашенных поверхностей.

Сущность заявленного технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для решения указанной заявителем технической проблемы и получения обеспечиваемого изобретением технического результата.

Согласно изобретению полимерная антиобледенительная самоочищающая композиция, включающая компоненты, создающие пленкообразующую основу, компоненты, ответственные за гидрофобный уровень покрытия из этой композиции, и органический растворитель, характеризующаяся тем, что в качестве полимерного связующего использован одноупаковочный акриловый полимер, модифицированный хлорированным каучуком и эпокси-эфиром жирных кислот высыхающих масел, в качестве компонента, придающего гидрофобные свойства поверхностному слою покрытия, использована кремнийорганическая жидкость ПМС в сочетании с этилсиликатом при следующем соотношении компонентов, масс. %: акриловая смола-21-27; хлорированный каучук - 8-10; эпокси-эфир -5-10; кремнийорганическая жидкость ПМС - 6-12; этилсиликат - 5-10, органический растворитель -остальное.

Заявленная совокупность существенных признаков обеспечивает достижение технического результата, который заключается в использовании в качестве основного пленкообразующего компонента акриловой смолы, отверждающейся без дополнительного введения отвердителей, что позволяет получить одноупаковочную композицию, а также во введении в композицию кремнийорганическая жидкость ПМС в сочетании с этилсиликатом, которая является гидрофобным компонентом, имеет величину поверхностного натяжения 18 мДж/м и только совместно с этилсиликатом образует однородный поверхностный слой гидрофобного покрытия без следов жидкости на нем, при этом сохраняется хороший розлив композиции при ее нанесении и адгезия покрытия к защищаемой поверхности (металл, стекло, камень, керамика, стройматериалы). Введение ПМС без этилсиликата приводит к резкому загустеванию полимерной основы и делает невозможным практическое использование композиции. Вводимый в композицию этилсиликат останавливает этот процесс и даже предотвращает его, если ПМС вводить в состав после этилсиликата. Этилсиликат представляет собой олигомер этилсилоксана с разветвленным концевым фрагментом Si-(OC₂H₅)₃ Известно его применение в покрытиях, например, из силикатных композиций для улучшения водо - и атмосферостойкости, адгезии, блеска и др. Однако в рассматриваемой композиции он выступает в качестве разбавителя ПМС, способствуя ее равномерному распределению в поверхностном слое покрытия.

Таким образом, заявленная одноупаковочная гидрофобная самоочищающая композиция, которая содержит в качестве связующего акриловый сополимер с хлорированным каучуком и эпокси-эфиром, а в качестве антиадгезионного компонента кремнийорганическая жидкость ПМС в сочетании с этилсиликатом, после ее нанесения на подложку без дополнительного введения отвердителя формируется покрытие, обладающее необходимыми свойствами: адгезия к металлу 1-2 балла, угол смачивания водой 98°, угол стекания капли воды 7°, внешний вид -однородная гладкая пленка.

Заявленная композиция для покрытия изготавливалась следующим образом.

В емкость с термопластичной одноупаковочный акриловой смолой при перемешивании добавлялись растворы эпокси-эфир ЕТ-240 и хлорированного каучука CR-10,a затем последовательно вводились этилсиликат-40 и кремнийорганическую жидкость ПМС-20. После гомогенизации состава в среде органического растворителя (ксилола) композиция была готова к нанесению любым из методов, принятых в лакокрасочной технологии, при необходимости варьировалась ее вязкость добавлением ксилола (не более 10 масс. % от полимерной массы). Время высыхания нанесенного покрытия до степени 3 составляет 1 час, до начала испытаний не менее 3 суток.

Исследование свойств покрытия проводились в лабораторных условиях. Состав примеров исследованных композиций и полученные при испытаниях физико-технические показатели покрытий приведены в таблицах 1 и 2 соответственно.

Приведенные в табл. 2 примеры иллюстрируют положительное влияние этилсиликата в присутствии ПМС на углы смачивания и скатывания капли воды с покрытия, определяют оптимальное соотношение этилсиликата и метилсилоксана в композиции и позволяют сделать выбор между ПМС-20 и ПМС-100, которые отличаются вязкостью и молекулярной массой. Это особенно очевидно при определении угла скатывания капли. Вероятно, повышенная вязкость ПМС-100, выходящего на поверхность покрытия, создает дополнительное трение и тормозит движение капли при наклоне образца с покрытием.

Заявленная композиция одноупаковочна, проста в изготовлении и удобна при эксплуатации. Покрытие, нанесенное на скатную крышу здания, которая, нагреваясь от теплого чердака, постоянно подтапливает выпадающий снег и намерзающий лед, является самоочищающим и антиобледенительным, обеспечивает за счет своей гидрофобности скорый сход водного льда и формирующихся малых сосулек.

Промышленное применение заявленного технического решения возможно с использованием известных технических и технологических средств.

Изобретение может быть использовано для защиты кровли и других скатных элементов зданий и сооружений от обледенения за счет самопроизвольного удаления воды, снега и льда с наклонных поверхностей. Полимерная антиобледенительная самоочищающая композиция включает одноупаковочный акриловый полимер, модифицированный хлорированным каучуком и эпокси-эфиром жирных кислот высыхающих масел, гидрофобные компоненты, включающие кремнийорганическую полиметилсилоксановую жидкость в сочетании с этилсиликатом, и органический растворитель. Изобретение обеспечивает увеличение адгезии и гидрофобности покрытия. 2 табл., 6 пр.

Полимерная антиобледенительная самоочищающая композиция, включающая компоненты, создающие пленкообразующую основу, компоненты, ответственные за гидрофобный уровень покрытия из этой композиции, и органический растворитель, отличающаяся тем, что в качестве полимерного связующего использован одноупаковочный акриловый полимер, модифицированный хлорированным каучуком и эпокси-эфиром жирных кислот высыхающих масел, в качестве компонента, придающего гидрофобные свойства поверхностному слою покрытия, использована кремнийорганическая жидкость ПМС в сочетании с этилсиликатом при следующем соотношении компонентов, мас.%: акриловая смола 21-27; хлорированный каучук 8-10; эпокси-эфир 5-10; кремнийорганическая жидкость ПМС 6-12; этилсиликат 5-10, органический растворитель - остальное.