ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 2025 года по МПК C08L25/12 C08L31/04 C08K7/18 

Изобретение относится к теплоизоляционным композициям для получения теплозащитных покрытий на их основе и может быть использовано для теплоизоляции трубопроводов и металлических строительных конструкций промышленного оборудования и жилищно-коммунального хозяйства.

Известен состав согласно патенту РФ №2311397 (дата рег. 23.12.2005, МПК С04В 41/48, C09D 5/18) для получения покрытия, используемого в жестких температурных условиях в сфере строительства, машиностроения, содержащий, полимерное связующее, наполнитель в виде полых микросфер, технологическую добавку и воду. В качестве полимерного связующего в известном составе используют латекс, выбранный из группы, включающей модифицированный акрилацетатный латекс, 33-38%-ный латекс сополимера бутадиена, акрилонитрила и метакриловой кислоты, сополимер стирола и н-бутилакрилата в соотношении 1:1 по массе. В качестве наполнителя используют полые керамические микросферы с удельной массой 450-750 кг/м³ и твердостью по Моосу 50-70. Покрытие можно наносить на поверхность металла, пластика, стекла, бетона, кирпича, штукатурки и других строительных материалов.

Из уровня техники известно антикоррозионное и теплоизоляционное покрытие на основе полых микросфер по патенту №2374281 (дата рег. 18.05.2008, МПК C09D 5/08, C09D 5/02, C09D 167/00), выполненное из водно-суспензионной композиции с вязкостью от 1 до 100 Па⋅с, включающей смесь полимерного связующего 5-95 об.% с полыми микросферами 5-95 об.% и стабилизатор, в качестве полимерного связующего композиция содержит водоэмульсионную полимерную латексную композицию, содержащую 10-90 об.% (со) полимера, выбранного из группы, включающей, гомополимер акрилата, стирол-акрилатный сополимер, бутадиен-стирольный сополимер, полистирол, бутадиеновый полимер, полихлорвиниловый полимер, полиуретановый полимер, полимер или сополимер винил-ацетата, или их смеси и 10-90 об.% смеси воды, поверхностно-активного вещества, в качестве полых микросфер композиция содержит смесь микросфер с разными размерами 10-500 мкм и различной насыпной плотностью 50-650 кг/м³. Теплоизоляционное покрытие используется для теплоизоляции и защиты от коррозии различных поверхностей, трубопроводов тепловых сетей, нефте- и газопроводов, воздуховодов.

Известно антикоррозионное и теплоизоляционное покрытие патент РФ №2502763 (дата рег. 23.05.2012, МПК C09D 5/08, C09D 5/02), выполнено из водно-суспензионной композиции вязкостью от 1 до 100 Па с, включающей смесь полимерного связующего 5-95 об.% с наполнителем - полыми микросферами 5-95 об.%, в качестве полимерного связующего композиция содержит водоэмульсионную полимерную латексную композицию, содержащую, латекс (со)полимера, выбранного из группы, включающей гомополимер акрилата, стирол-акрилатный сополимер, бутадиен-стирольный сополимер, полистирол, бутадиеновый полимер или сополимер винилацетата или их смеси, поверхностно-активное вещество, воду и дополнительно е-капролактам, при этом в качестве наполнителя используют смесь полых стеклянных микросфер и полых полимерных микросфер, взятых в соотношении 1:1, причем полые полимерные микросферы имеют диаметр 10-90 мкм и насыпную плотность 25-40 кг/м³. Теплоизоляционное покрытие используется для теплоизоляции и защиты от коррозии различных поверхностей, трубопроводов тепловых сетей, воздуховодов, нефте- и газопроводов, систем вентиляции и кондиционирования, промышленного оборудования и оборудования жилищно-коммунального хозяйства, в жилищном и промышленном строительстве.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является теплоизоляционная композиция согласно патенту РФ №2220988 (дата рег. 28.02.2002, МПК C08L 9/08, C08L 61/24), содержащая жесткий полимер, полимерную добавку, отвердитель и стеклянные микросферы, которая в качестве жесткого полимера содержит карбамидоформальдегидную смолу КФЖ (М), в качестве полимерной добавки - синтетический латекс СКС-65 ГП, в качестве отвердителя кислотный отвердитель и дополнительно воду при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: синтетический латекс СКС-65 ГП 1120,0; карбамидоформальдегидная смола КФЖ (М) 215 - 0; кислотный отвердитель 7,0; стеклянные микросферы 800,0; вода 75,0. Теплоизоляционные покрытия, получаемые из данной композиции обладают хорошими теплоизоляционными свойствами, но не обеспечивают требуемую влагостойкость. Поскольку в процессе эксплуатации тепловых сетей часто происходит подтопление тепловых камер, а также подвалов, в результате чего намокает теплоизоляционное покрытие, что нередко приводит к ухудшению ее теплоизоляционных характеристик.

Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение влагостойкости теплоизоляционного покрытия, получаемого из заявляемой теплоизоляционной композиции при сохранении теплоизоляционных и физико-механических показателей теплоизоляционного покрытия за счет того, что теплоизоляционная композиция содержит водную дисперсию смеси полимеров бутилакрилат-стирол-акрилонитрил и винилацетат, полимеризация которых приводит к сшиванию компонентов, в результате чего происходит образование прочной структуры, устойчивой к воздействию влаги, в качестве технологической добавки - поверхностно-активное вещество анионного и неионогенного типов, соду кальцинированную, поливиниловый спирт, аммоний надсернокислый, биоцид, аммиак водный в следующем содержании компонентов, мас. %:

полые алюмосиликатные микросферы 52,2-61,2 полимер поливинилацетат 8,78-13,20 полимер бутилакрилат-стирол-акрилонитрил 5,59-14,05 поверхностно-активное вещество (ПАВ) 0,81-2,03 сода кальцинированная 0,06-0,07 поливиниловый спирт 0,43-0,65 аммоний надсернокислый 0,08-0,11 биоцид 0,09-0,13 аммиак водный 0,05-0,13 вода остальное

Влагостойкость теплоизоляционного покрытия обеспечивает сохранение его технических характеристик после намокания в воде и последующего высыхания, то есть теплоизоляционное покрытие из такой теплоизоляционной композиции не разрушается и не растворяется в результате воздействия воды.

Заявляемая теплоизоляционная композиция представляет собой гомогенную композицию серого цвета, которая не расслаивается при хранении. Гарантийный срок хранения в герметично закрытой упаковке - 15 дней от даты производства.

В заявляемой теплоизоляционной композиции в качестве наполнителя используются полые алюмосиликатные микросферы диаметром 200-500 мкм поскольку они обладают хорошими технико-экономическими показателями: алюмосиликатные микросферы имеют толщину стенки сферы 5-10% от ее диаметра, что, в том числе, обуславливает высокие теплоизоляционные свойства, теплопроводность микросфер составляет 0,08 Вт/(м⋅°С), насыпная плотность 360-460 кг/м³, твердость по Моосу 5,0-6,0, и обеспечивают минимальное отношение площади поверхности к занимаемому объему, а за счет дисперсного распределения частиц, наиболее компактную укладку в покрытии. Форма частиц микросфер и подобранное распределение частиц по дисперсности 200-500 мкм позволяют получить необходимый объем свободного пространства между микросферами, обеспечивая тем самым высокие теплоизоляционные характеристики наряду с хорошими показателями укрывистости, тогда так как наличие полых алюмосиликатных микросфер меньшего диаметра приводит к увеличению плотности композиции (таблица 1) и ухудшению ее адгезионных свойств. Использование микросфер с одинаковым радиусом приводит к неравномерному распределению микросфер по объему теплоизоляционной композиции.

Экспериментально обнаружено, что полимеризация поливинилацетата и бутилакрилат-стирол-акрилонитрила в диапазоне концентраций 8,78-13,20 мас. % и 5,59-14,05 мас. % соответственно в присутствии других компонентов состава теплоизоляционной композиции приводит к сшиванию компонентов, в результате чего образуется прочная структура, устойчивая к воздействию влаги. Снижение концентрации вышеупомянутых полимеров ниже указанного диапазона приводит к увеличению плотности, как теплоизоляционной композиции, так и теплоизоляционного покрытия на ее основе, снижению адгезии и ухудшению пластичных свойств получаемого теплоизоляционного покрытия, ухудшается ее удобоукладываемость, укрывистость, формуемость при монтаже и прочность сцепления с поверхностью. Увеличение концентрации вышеупомянутых полимеров выше заявляемого диапазона в теплоизоляционной композиции приводит к уменьшению плотности теплоизоляционной композиции и повышению хрупкости получаемого теплоизоляционного покрытия.

В процессе эксплуатации теплоизоляционное покрытие, получаемое из теплоизоляционной композиции, под действием температуры 40-80°С становится прочнее, поскольку происходит полимеризация стирола и акрилонитрила в присутствии полибутадиена, а также стеклование поливинилацетата. В результате получается длинная цепочка полибутадиена, пересеченная более короткими цепочками поли (стирол-соакрилонитрила), нитрильные группы из соседних цепей, будучи полярными, притягивают друг друга и связывают цепи вместе.

Заявляемую теплоизоляционную композицию готовят следующим образом. В перемешивающий аппарат насыпают полые алюмосиликатные микросферы. Далее добавляют водный раствор полимера поливинилацетата с добавками поливинилового спирта, аммония надсернокислого, биоцида и кальцинированной соды. После этого полученный раствор перемешивают со скоростью 350-450 об/мин в течение не менее 10 минут до достижения равномерного распределения микросфер в растворе. Затем добавляют водный раствор полимера бутилакрилат-стирол-акрилонитрил с добавками кальцинированной соды, поверхностно-активное вещество (ПАВ) (ионного и неионогенного типов), аммония надсернокислого, аммиака водного, биоцида. Полученный раствор перемешивают в течение не менее 20 минут с той же скоростью до достижения однородной массы серого цвета с текучестью 0,98 мм и плотностью 700 кг/м³. Срок хранения полученной теплоизоляционной композиции 15 суток в герметично закрытой таре.

Диапазоны концентраций компонентов, применяемых при приготовлении теплоизоляционной композиции, приведены в таблице 2. Свойства теплоизоляционной композиции приведены в таблице 3.

Перед нанесением теплоизоляционной композиции на поверхность металла, бетона, пластика, стекла, кирпича и других строительных конструкций производят ее подготовку. Подготовка поверхности включает в себя очистку от грязи, обеспыливание, обезжиривание и нанесение грунтовки или клеевого состава для обеспечения хорошего сцепления композиции с поверхностью.

Полученную теплоизоляционную композицию затем наносят, например, на стальную поверхность, которая предварительно для получения более прочного сцепления с поверхностью, должна быть очищена от грязи, ржавчины, обеспылена, обезжирена (степень очистки Sal ИСО 8501-1-2014) и обработана грунтовкой или клеевым составом. Температура поверхности должна быть в диапазоне 40-80°С, поскольку при температуре ниже +40°С происходит медленное отверждение теплоизоляционной композиции, а при температуре выше плюс 80°С происходит набухание и растрескивание композиции (таблица 4).

Теплоизоляционную композицию на поверхность наносят последовательно слоями, обеспечивая равномерное нанесение каждого слоя, с последующей подсушкой нанесенного слоя. Толщина одного слоя должна быть не более 20 мм. Общая толщина теплоизоляционного покрытия должна быть не более 200 мм. Время полного высыхания каждого слоя при температуре 40-80°С - 48-24 часа (таблица 4).

Пример приготовления теплоизоляционной композиции по примерам 1-3 таблицы 2 следующий. В перемешивающий аппарат загружают полые алюмосиликатные микросферы диаметром 200-500 мкм в количестве в мас. %: 52,2; 61,2; 59,7. Далее добавляют водный раствор полимера поливинилацетата с добавками поливинилового спирта, аммония надсернокислого, биоцида и кальцинированной соды в количестве согласно, например, примеру 3 таблицы 2. После этого полученный раствор перемешивают в течение не менее 10 минут до достижения равномерного распределения микросфер в растворе. Затем добавляют водный раствор полимера бутилакрилат-стирол-акрилонитрил с добавками кальцинированной соды, ПАВ, аммония надсернокислого, аммиака водного, биоцида. Полученный раствор перемешивают в течение не менее 20 минут до достижения однородной массы серого цвета. После приготовления теплоизоляционной композиции, ее наносят на стальную поверхность образцов со степенью очистки поверхности Sal (ИСО 8501-1-2014). Теплоизоляционную композицию наносят в пять слоев, толщина каждого слоя ~ 20 мм. Время высыхания каждого слоя составляет 24 часа при температуре 80°С. Степень полимеризации проверяют после просушки каждого слоя следующим способом:

- при помощи углошлифовальной машины выполняют срез образца на расстоянии 30 мм от края;

- затем производят осмотр и оценку высыхания слоя композиции. На срезе должны отсутствовать влажные пятна, цвет должен быть однородно серый, при надавливании в нескольких местах, в том числе в центре среза, не должно появляться деформаций, тогда слой считается высохшим.

Свойства образцов с теплоизоляционным покрытием из теплоизоляционной композиции приведены в таблице 5.

Затем полученные образцы с теплоизоляционным покрытием испытывают на теплопроводность (ГОСТ 7076-99 "Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме"), плотность (ГОСТ Р 58767-2019 «Растворы строительные. Методы испытаний по контрольным образцам»), водопоглощение (ГОСТ 20869-2017 «Межгосударственный стандарт. Пластмассы ячеистые жесткие. Метод определения водопоглощения»), прочность на сжатие (ГОСТ 10180-2012* «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам»), термостойкость (ГОСТ 9.406-84 «Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия органосиликатные. Технические требования и методы испытаний») не менее 3 образцов на каждое испытание.

Испытания образцов с теплоизоляционным покрытием на влагостойкость проводят следующим способом: образцы с теплоизоляционной композицией полностью погружают в воду на 24 ч. После выдержки в воде образцы высушивают в печи при температуре 60-80°С в течение 24 ч. Затем проводят повторные испытания на теплопроводность, плотность, водопоглощение, прочность на сжатие, термостойкость.

Результаты испытаний образцов показали (таблица 6), что образцы теплоизоляционного покрытия, изготовленного из теплоизоляционной композиции по примерам 1-3 таблицы 1 обладают повышенной влагостойкостью, так как технические характеристики образцов до и после намокания сохранились в пределах первоначальных значений, теплоизоляционное покрытие не теряет своих качеств после намокания и относится к влагостойким.

Как видно из представленных в таблице 6 данных, наиболее оптимальным является содержание в теплоизоляционной композиции полимера поливинилацетата в количестве 11.72 мас. %, полимера бутилакрилат-стирол-акрилонитрилл в количестве 7,71 мас. %, так как именно эти концентрации обеспечивают оптимальные параметры по плотности и текучести, обеспечивающие хорошую укрывистость и адгезию теплоизоляционной композиции, при сохранении таких свойств как влагостойкость, теплопроводность, прочность на сжатие. Снижение концентрации до 8,78 мас. % приводит к снижению адгезии и пластичности материала, в результате ухудшается его удобоукладываемость при монтаже. Увеличение концентрации до 13,2 мас. % приводит к повышению хрупкости композиции.

С целью определения группы горючести и группы дымообразования теплоизоляционной композиции были выполнены испытания. Результаты испытаний: группа горючести - Г2 по ГОСТ 30244 «Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть». Метод 2; группа дымообразования - Д2 по ГОСТ 12.1.044-89 «Система стандартов безопасности труда. Пожаровзывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения» п. 4.18.

Пример полученного теплоизоляционного покрытия на основе заявляемой теплоизоляционной композиции приведен на фиг. 1. Таким образом, предложенная теплоизоляционная композиция позволяет получать теплоизоляционные покрытия с повышенной влагостойкостью, что может найти применение в жилищном и промышленном строительстве, а также в тех отраслях, где при эксплуатации теплоизоляционных покрытий необходимо обеспечить их влагостойкость.

Изобретение относится к теплоизоляционным композициям для получения теплозащитных покрытий на их основе и может быть использовано для теплоизоляции трубопроводов и металлических строительных конструкций промышленного оборудования и жилищно-коммунального хозяйства. Предложена теплоизоляционная композиция, содержащая (мас. %) в качестве полимерного связующего водную дисперсию полимеров: поливинилацетата (8,78-13,20) и полимера бутилакрилат-стирол-акрилонитрил (5,59-14,05), в качестве наполнителя - полые алюмосиликатные микросферы диаметром 200-500 мкм (52,20-61,20), в качестве технологических добавок - поверхностно-активное вещество (0,81-2,03), биоцид (0,09-0,13), аммиак водный (0,05-0,13), аммоний надсернокислый (0,08-0,11), соду кальцинированную (0,06-0,07) и поливиниловый спирт (0,43-0,65). Вода содержится в количестве, дополняющем состав композиции до 100 мас. %. Технический результат - повышение влагостойкости теплоизоляционного покрытия, получаемого из заявляемой теплоизоляционной композиции, при сохранении теплоизоляционных и физико-механических показателей. 1 ил., 6 табл., 3 пр.

Теплоизоляционная композиция, содержащая полимерное связующее, технологическую добавку, полые микросферы в качестве наполнителя и воду, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя теплоизоляционная композиция содержит алюмосиликатные полые микросферы диаметром 200-500 мкм, в качестве полимерного связующего теплоизоляционная композиция содержит водную дисперсию смеси полимеров поливинилацетата и полимера бутилакрилат-стирол-акрилонитрил, а в качестве технологической добавки содержит поверхностно-активное вещество, биоцид, аммиак водный, аммоний надсернокислый, соду кальцинированную и поливиниловый спирт при следующем содержании компонентов, мас. %:

полые алюмосиликатные микросферы 52,2-61,2 полимер поливинилацетат 8,78-13,20 полимер бутилакрилат-стирол-акрилонитрил 5,59-14,05 поверхностно-активное вещество (ПАВ) 0,81-2,03 сода кальцинированная 0,06-0,07 поливиниловый спирт 0,43-0,65 аммоний надсернокислый 0,08-0,11 биоцид 0,09-0,13 аммиак водный 0,05-0,13 вода остальное