Теплозащитная композиция

Изобретение относится к теплозащитным покрытиям для поверхностей любой формы, требующих тепловой защиты. Предложена теплозащитная композиция, содержащая (мас.%): неорганическое связующее алюмокремнезоль (30-77), органическое связующее, выбранное из группы водных дисперсий полимеров акрилата, бутадиена, полиуретана, винилацетата, сополимеров акрилата со стиролом, бутадиенстирольного сополимера, поливинилового спирта и их смесей (6-50), полые стеклянные микросферы с размерами 20-200 мкм и насыпной плотностью 0,18-0,30 г/см³ (12-30), вспомогательные компоненты в виде красящих пигментов, полифосфата аммония и гидросила (5-20) и двуокись титана (0-3). Технический результат - предложенная композиция позволяет повысить теплоизоляционные свойства покрытий различных поверхностей в жестких условиях при одновременной защите их от коррозии, улучшить экологические свойства и упростить технологию получения покрытия, повысить огнестойкость и долговечность. 2 табл.

 

Изобретение относится к теплозащитным покрытиям для поверхностей любой формы, требующих тепловой защиты, применяемым в различных отраслях промышленности: в качестве теплозащитного покрытия (ТЗП) трубопроводов тепловых сетей, котлов и других тепловых аппаратов; для покрытия оборудования с целью защиты персонала от контактных ожогов горячими металлическими поверхностями (до 260°С); в качестве антиконденсатного и антикоррозионного покрытия трубопроводов холодного водоснабжения, холодильного оборудования, эксплуатируемого в помещениях с неблагоприятным влажностно-температурным режимом; для наружной теплоизоляции зданий и сооружений и внутренней обработки помещений с целью предотвращения обмерзания и сырости стен.

Известна композиция для получения антикоррозионного, огнестойкого и теплоизолирующего покрытия, включающая эпоксидную смолу, отвердитель (амины или полиамиды), полые микросферы, целевые добавки - пластификаторы, красящие пигменты и др. (RU⁽¹¹⁾ 2301241⁽¹³⁾ С2, 2007). Недостатком этой композиции является необходимость ее изготовления непосредственно перед использованием.

Известен патент RU⁽¹¹⁾ 2318782⁽¹³⁾ С1 на теплоизоляционное покрытие, выполненное из композиции, включающей компоненты в сухом виде: связующее - сухое редиспергируемое жидкое стекло или смесь его с цементом, полые микросферы, наполнители. Основными недостатками продукта являются:

- приготовление покрытия непосредственно перед применением смешением сухого продукта с водой при плюсовой температуре;

- слеживание продукта с течением времени и при увлажнении.

Известно огнестойкое теплозащитное покрытие, полученное на основе полимерных связующих - фенолофурфурольно-формальдегидной смолы, сополимера винилхлорида с акрилонитрилом, эпоксидной диановой смолы, пластификатора - фосфполиола, порообразователя - ацетона, наполнителя - перлита, талька, слюды, отвердителя - раствора гексаметилентетрамина в алифатическом спирте (RU⁽¹¹⁾ 2215765⁽¹³⁾ С2, 2007). Недостатком предложенного состава являются:

- использование органических растворителей - ацетона, алифатического спирта, ухудшающих экологическую обстановку, создающих пожароопасность при изготовлении и применении композиции, особенно при использовании в закрытых помещениях;

- использование перлита и ацетона в качестве порообразователя создает систему с открытыми порами, что приводит к увеличению влагоемкости при конденсации паров воды и ухудшению теплозащитных свойств.

Наиболее близкой по технической сущности (прототипом) является композиция для получения антикоррозионного, огнестойкого и теплоизолирующего покрытия, предложенная в патенте RU⁽¹¹⁾ 2288927⁽¹³⁾ С1, 2005. Композиция включает жидкое натриевое или калиевое стекло, наполнитель - смесь полых микросфер, неионогенное поверхностно-активное вещество, армирующий наполнитель - вспученный вермикулит или асбестовые нити, двуокись титана. Недостатком данной композиции является повышенное водопоглощение покрытия, связанное с гидрофильностью жидкого стекла и присутствием поверхностно-активного вещества, жесткость системы, вероятность появления трещин и снижение основного свойства покрытия - теплозащиты.

Технической задачей заявленного изобретения является обеспечение теплоизоляционных свойств покрытия различных поверхностей, в том числе металлических, в частности поверхностей трубопроводов, эксплуатирующихся в специфических, жестких условиях, при одновременной защите их от коррозии, улучшение экологических свойств и упрощение технологии получения покрытия, повышение огнестойкости и долговечности.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в состав композиции, образующей покрытие на поверхностях различной природы, входят неорганическое (30-77%) и органическое (6-50%) связующие, наполнитель (12-30%) и вспомогательные компоненты (5-20%).

В качестве неорганического связующего выбран алюмокремнезоль с низким содержанием оксида натрия (1,0-2,0 г/л). Уменьшение содержания оксида натрия в алюмокремнезоли повышает трещиностойкость покрытия. Алюмокремнезоли представляют собой водные коллоидные системы с наноразмерными частицами сферической формы. Размер частиц составляет от 7 до 100 нм в зависимости от марки гидрозоля. Использование неорганического связующего с наноразмерными частицами придает теплозащитной композиции повышенные свойства негорючести, теплозащиты и адгезии к поверхностям.

Органическое связующее выбрано из группы водных дисперсий полимеров акрилата, бутадиена, полиуретана, винилацетата, сополимеров акрилата со стиролом, бутадиенстирольного сополимера, поливинилового спирта и их смесей.

При смешении с органическим полимером алюмокремнезоль переходит в гель, в результате чего образуется тиксотропная система. Сочетание наноразмерных частиц неорганического связующего и органического полимера повышает прочность, адгезию, эластичность, трещиностойкость покрытия.

Наполнитель - замкнутые негорючие стеклянные полые микросферы размером от 20 до 200 мкм, представляющие собой легкосыпучие порошки насыпной плотностью 0,18-0,30 г/см³, марки МС или МС-В, МС-А, АСМ-500. Смесь стеклянных полых микросфер с нулевым водопоглощением обеспечивает высокую степень заполнения свободного пространства композиции и, как следствие, высокие теплозащитные свойства. Использование микросфер с нулевым водопоглощением придает покрытию устойчивость теплозащитных свойств при увлажнении покрытия.

Вспомогательные компоненты - красящие пигменты, полифосфат аммония, гидросил и двуокись титана, придающая композиции светоотражательные свойства.

Способ получения теплозащитной композиции.

В смеситель при постоянном перемешивании поочередно вводят небольшими порциями неорганическое и органическое связующее, затем последовательно добавляют двуокись титана, красящий пигмент, наполнитель и необходимое количество воды для получения определенной плотности массы, причем перемешивание осуществляют при комнатной температуре в течение 40-45 минут до достижения однородного состава смеси.

Готовая теплозащитная композиция, полученная по золь-гель технологии, представляет собой однородную пастообразную массу. Состав прост в использовании, легко разбавляется водой и может быть нанесен на поверхность кистью, шпателем, а также механическими способами. После нанесения на поверхность и высыхания образуется плотное водостойкое негорючее теплозащитное покрытие. Толщина готового покрытия составляет от 1 до 3 мм в зависимости от назначения.

Преимуществом теплозащитной композиции является отсутствие в ее составе органических растворителей. Экологически чистое покрытие применяется для наружных и внутренних работ.

В таблице 1 представлены конкретные примеры, заявленные в качестве изобретения композиции, а в таблице 2 приведены некоторые свойства получаемых покрытий.

Таблица 1
Наименование компонентов	Содержание компонентов по примерам, мас.%
Пример 1	Пример 2	Пример 3	Пример 4	Пример 5
Алюмокремнезоль 25%	70	62	30	30	30
Поливиниловый спирт 10%	6	12	-	-	-
Акриловая дисперсия 48-51%	-	-	-	30	28
Полиуретановая дисперсия	-	-	35	10	12
Полифосфат аммония		4	7	5	8
Микросферы	16	14	20	17	17
Гидросил	5	5	5	5	5
Диоксид титана	3	3	3	3	0

Таблица 2.
Наименование параметров	По примерам	Метод испытаний
	Пример 1	Пример 2	Пример 3	Пример 4	Пример 5
1	2	3	4	5	6	7
Водопоглощение за 24 часа по объему, %	0,03	-	-	4	4	ТУ 2316-089-00209600-2005
Контактная теплопроводность, Вт/м К	0,05	0,054	0,07	0,08	0,08	ГОСТ 7076-99
Прочность сцепления с металлом, кг/см2	9,4 отрыв когезионный по ТЗП	7,2 отрыв когезионный по ТЗП	6,4 отрыв когезионный по ТЗП	6,4 отрыв когезионный по ТЗП	6,7 отрыв когезионный по ТЗП	ГОСТ 26589-94
Прочность сцепления с бетоном, кг/см2	9,8 отрыв когезионный по ТЗП	9,1 отрыв когезионный по ТЗП	8,0 отрыв когезионный по ТЗП	7,6 отрыв когезионный по ТЗП	7,9 отрыв когезионный по ТЗП	ГОСТ 26589-94
Условная прочность при растяжении, кгс/см2	12	11,3	7,9	7,1	7,3	ГОСТ 26589-94
Относительное удлинение при разрыве, %	14,0	14,0	15,2	14,8	15,0	ГОСТ 26589-94
Коррозионная стойкость	Устойчив	Устойчив	Устойчив	Устойчив	Устойчив	ГОСТ 9.403-80
Открытое пламя	Не горит	Не горит	Самозатухает	Самозатухает	Самозатухает

Теплозащитная композиция, включающая полые стеклянные микросферы, двуокись титана, отличающаяся тем, что в качестве неорганического связующего используется алюмокремнезоль, полые стеклянные микросферы различаются своими размерами в пределах от 20 до 200 мкм и насыпной плотностью в пределах от 0,18 до 0,30 г/см³, и композиция дополнительно содержит органическое связующее, выбранное из группы водных дисперсий полимеров акрилата, бутадиена, полиуретана, винилацетата, сополимеров акрилата со стиролом, бутадиенстирольного сополимера, поливинилового спирта и их смесей, и вспомогательные компоненты, представленные в виде красящих пигментов, полифосфата аммония и гидросила; и двуокиси титана, при этом соотношение компонентов теплозащитной композиции составляет, мас.%:

неорганическое связующее - алюмокремнезоль	30-77
органическое связующее	6-50
полые стеклянные микросферы	12-30
двуокись титана	0-3
вспомогательные компоненты	5-20