Органосиликатная композиция
Владельцы патента RU 2520481:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) (RU)
Изобретение относится к полимерным композициям для получения антикоррозионных, электроизоляционных, теплостойких покрытий горячего отверждения на металлах и получения клея для глиноземной керамики и может быть использовано в электротехнике, радиоэлектронной промышленности, энергетике, машиностроении и металлургии. Органосиликатная композиция содержит в качестве связующего полиметилфенилсилоксан, наполнители - тальк и оксид хрома, а также двузамещенный алюмофосфат при определенных выбранных соотношениях. Изобретение позволяет получить удобную в эксплуатации органосиликатную композицию для защитного покрытия с простой технологией изготовления с теплостойкостью до 600°С, стойкостью к изменению температуры от -60°С до +600°С (3 цикла), а также с возможностью использования этой композиции в качестве жаростойкого клея для глиноземной керамики, сохраняющей высокую адгезионную прочность после выдержки при 1250°С. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к полимерным композициям для получения антикоррозионных, электроизоляционных, теплостойких покрытий горячего отверждения на металлах и клея для глиноземной керамики. Материал может быть использован в электротехнике, радиоэлектронной промышленности, энергетике, машиностроении и металлургии.
Известна композиция для электроизоляционных покрытий (авторское свидетельство СССР №1826979), которая содержит, мас.ч.: 100 лака КО-915, 3-4 смеси тетрабутилтитаната с нафтенатом свинца и марганца. Композиция предназначена для покрытия электроизоляционных гибких трубок и обеспечивает нагревостойкость покрытия при длительной эксплуатации 160°С, что значительно ниже того, что обеспечивается заявленной композицией.
Известен способ получения термостойкого покрытия (заявка Японии №480275), согласно которому смешивают силиконовую смолу с полиборполикарбосилоксанами, неорганическими пигментами и неорганическими наполнителями, полученную массу разбавляют растворителем, наносят на стальную подложку и отверждают при 300°С в течение 30 минут. Данный способ обеспечивает отсутствие отслоений покрытия в течение 100 часов при 400°С, что ниже того, что обеспечивается заявленной композицией.
Известен состав для теплозащитного покрытия, включающий модифицированную эпоксидную смолу, отвердитель, разбавитель и наполнитель, который характеризуется тем, что в качестве модифицированной эпоксидной смолы он содержит эпоксикремнийорганическую смолу, представляющую собой продукт взаимодействия эпоксидированной диановой смолы с тетрафурилсиликатом или с олигофурфуроксисилоксаном, а в качестве наполнителя - термостойкие полимеры ароматического строения, выбранные из группы, содержащей полиамидимид, полисульфон, поликарбонат или смесь полиамидимида и полисульфона в соотношении 1:1, в качестве разбавителя - диглицидиловый эфир диэтиленгликоля, а отвердителя - триэтанола-минтитанат или 2, 4, 6 - три(диметиламинометил)фенол, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: эпоксикремнийорганическая смола - 100, диглицидиловый эфир диэтиленгликоля - 30-40, триэтаноламинтитанат или 2, 4, 6 - три(диметиламинометил)фенол - 10-15, термостойкие полимерные наполнители - 10-25 (см. патент РФ №2043378). Теплостойкость данного покрытия не превышает 300°С.
Известна композиция для защитного покрытия (варианты), которая в первом варианте включает кремнийорганическое полимерное связующее, толуол, соли переходных металлов и наполнитель и характеризуется тем, что в качестве кремнийорганического полимерного связующего использован полидиметилфенилсилоксан, а в качестве наполнителя использованы асбест, и/или андезитовая мука, и/или фторопласт при следующем соотношении компонентов, мас.%: полидиметилфенилсилоксан, в расчете на сухое вещество - 42-60, соли переходных металлов - 10-28, асбест, и/или андезитовая мука, и/или фторопласт - 10-47, толуол - остальное (см. патент РФ №2213114).
Во втором варианте эта композиция, включающая кремнийорганическое полимерное связующее полидиметилфенилсилоксан, толуол, оксиды переходных металлов и наполнитель, характеризуется тем, что она дополнительно содержит силикат, а в качестве наполнителя использован асбест при следующем соотношении компонентов, мас.%: полидиметилфенилсилоксан, в расчете на сухое вещество - 45-60, оксиды переходных металлов - 15-30, асбест - 10-20, силикат - 10-20, толуол - остальное.
В третьем варианте эта композиция, включающая кремнийорганическое полимерное связующее, состоящее из смеси полидиметилфенилсилоксана и полидиметилсилоксана, толуол, оксиды переходных металлов и наполнитель, содержащий тальк, характеризующаяся тем, что компоненты введены при следующем соотношении, мас.%: смесь полидиметилфенилсилоксана и полидиметилсилоксана, в расчете на сухое вещество - 45-65, оксиды переходных металлов - 16-38, тальк - 10-25, толуол - остальное. Теплостойкость по первому варианту - 200°С, по второму - 300°С.
Известна композиция для защитного покрытия, включающая полиметилфенилсилоксан, толуол, оксиды металлов и наполнитель, характеризующаяся тем, что она содержит в качестве наполнителя слюду и тальк или асбест при следующем соотношении компонентов, мас.%: полиметилфенилсилоксан, в расчете на сухое вещество -15-60, оксиды металлов - 3-20, слюда - 4-30, тальк или асбест - 20-75, толуол - остальное (см. патент РФ №2226539). Теплостойкость такого покрытия достигает 500°С.
Известна композиция для защитного покрытия (варианты), которая в первом варианте включает полиметилфенилсилоксан, толуол, силикат и оксиды металлов и характеризуется тем, что она дополнительно содержит аэросил, а в качестве силиката использована слюда, при этом компоненты введены при следующем соотношении, мас.%: полиметилфенилсилоксан - 20-40, слюда - 55-67, оксиды металлов - 1-8, аэросил - 1,5-2, толуол - остальное (см. патент РФ №2241727).
По второму варианту эта композиция, включающая полиметилфенилсилоксан, толуол, оксиды металлов и наполнитель, характеризуется тем, что в качестве наполнителя использован тальк, а компоненты введены при следующем соотношении, мас.%: полиметилфенилсилоксан - 20-35, оксиды металлов - 5-15, тальк - 55-70, толуол - остальное.
Данная композиция принята в качестве прототипа заявленного технического решения. Техническим результатом по обоим вариантам является создание композиции для защитного покрытия, которая позволяет получить антикоррозионные покрытия, стойкие при воздействии высоких температур. В реферате и тексте описания данного изобретения указывается температура теплостойкости 500-700°С. Однако в таблицах, где даны показатели качества отсутствует подтверждение этой нагревостойкости покрытия. Судя по примерам, теплостойкость покрытия по обоим вариантам композиции не превышает 500°С.
Задачей изобретения являлась разработка органосиликатной композиции для теплостойкого защитного покрытия, которая характеризовалась бы такой же простой технологией получения, как у прототипа, была бы удобна в эксплуатации, но имела бы более высокую теплостойкость до 600°С и стойкость к изменению температуры от -60°С до +600°С после трех циклов нагрева. Кроме того, предполагалось использование заявленной композиции в качестве жаростойкого клея для глиноземной керамики.
Сущность изобретения как технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков.
Согласно изобретению органосиликатная композиция, включающая кремнийорганическое связующее в виде полиметилфенилсилоксана и наполнители в виде талька и оксидов металлов, характеризуется тем, что она дополнительно содержит двузамещенный алюмофосфат при следующем соотношении компонентов, мас.%: полиметилфенилсилоксан в виде кремнийорганического лака, в расчете на сухое вещество - 25-35, тальк - 40-52, оксиды металлов - 5-7, двузамещенный алюмофосфат - 16-20.
Кроме того, заявленная композиция характеризуется наличием ряда факультативных признаков, а именно:
- в композицию может быть дополнительно введен органический растворитель в количестве, достаточном для улучшения технологических свойств композиции;
- в качестве оксидов металлов использован оксид хрома.
Непосредственным техническим результатом, достигаемым при реализации совокупности существенных признаков заявленного изобретения, является то, что двузамещенный алюмофосфат в сочетании с другими ингредиентами в заявленном соотношении в процессе горячего отверждения покрытия или клея обеспечивает взаимодействие силанольных групп полиметилфенилсилоксана с силанольными группами слоистого гидросиликата (талька) и гидроксильными группами фосфата с образованием единой пространственносшитой структуры. Оксид хрома катализирует этот процесс и улучшает прочность сцепления покрытия с металлом. При нанесении заявленной композиции на глиноземую керамику происходит взаимодействие двузамещенного алюмофосфата с глиноземом, которое усиливается с повышением температуры. Это позволяет получить удобную в эксплуатации органосиликатную композицию для защитного покрытия с простой технологией изготовления с теплостойкостью до 600°С, стойкостью к изменению температуры от -60°С до +600°С (3 цикла), а также с возможностью использования этой композиции в качестве жаростойкого клея для глиноземной керамики, сохраняющей высокую адгезионную прочность после выдержки при 1250°С.
Заявленная композиция изготавливается следующим образом.
В шаровую мельницу объемом 0,5 л загружают фарфоровые шары объемом 0,15-0,2 л, сухие компоненты: оксид хрома Сr2O3 и двузамещенный алюмофосфат Аl2(НРO4)3·2,5Н2O, раствор полиметилфенилсилоксана с модифицирующими добавками в количествах, соответствующих данному составу, и при необходимости дополнительно органический растворитель в количестве, достаточном для улучшения технологических свойств композиции с учетом растворителя, содержащегося в растворе полиметилфенилсилоксана. После 17 часов вращения шаровой мельницы полученную суспензию выгружают. Для получения покрытий данная композиция остается пригодной в течение не менее года хранения. Полученную композицию наносят на подложку различными методами лакокрасочной технологии: окунанием, поливом, пульверизацией, кистью, валиком. Нанесенное покрытие в зависимости от его толщины сушат при комнатной температуре 1-3 часа и затем подвергают термообработке с подъемом температуры 2-3 градуса в минуту при 300°С в течение 3 часов. Для проведения испытаний толщина покрытия составляла 100-150 микрон. При использовании заявленной композиции в качестве клея полученную суспензию наносят на образцы ультрафарфора УФ-46, через 2-3 минуты зажимают в струбцины, через 2-3 часа вынимают из струбцин и подвергают термообработке по вышеописанному режиму. Полученные склейки нагревают до 1250°С, выдерживают один час, охлаждают и определяют адгезионную прочность при сдвиге. Исследование свойств покрытий проводили в лабораторных условиях. Состав примеров исследованных композиций приведен в таблице 1, полученные показатели при испытаниях покрытий - в таблице 2.
| Таблица 1 | ||||||||
| Компоненты, мас.% | Значения по примерам | |||||||
| I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII | |
| Полиметилфенилсилоксан в виде кремнийорганического лака, в расчете на сухое вещество | 25 | 27 | 29 | 30 | 30 | 30 | 33 | 35 |
| Тальк | 50 | 52 | 50 | 47 | 45 | 45 | 45 | 45 |
| Оксид хрома Cr2O3 | 5 | 5 | 5 | 5 | 7 | 5 | 6 | 5 |
| Двухзамещенный алюмофосфат Аl2(НРO4)3·2,5Н2O | 20 | 16 | 16 | 18 | 18 | 20 | 16 | 20 |
| Органический растворитель дополнительно к сумме сухих веществ с учетом растворителя полиметилфенилсилоксана в кремнийорганическом лаке | 80 | 80 | 80 | 78 | 75 | 75 | 73 | 70 |
Приведенные в таблицах примеры определяют оптимальное соотношение компонентов композиции, основанной на одном кремнийорганическом связующем и трех активных неорганических наполнителях. Заявленная композиция позволяет получать защитные покрытия, обладающие по сравнению с прототипом более высокой нагревостойкостью до 600°С и стойкостью к термоударам от -60°С до +600°С. По своим физико-механическим и электроизоляционным свойствам покрытие не уступает покрытию прототипа. Хорошая антикоррозионная устойчивость покрытия подтверждается водостойкостью. Наличие двузамещенного алюмофосфата позволяет расширить область применения композиции, в частности, для использования в качестве жаростойкого клея для глиноземной керамики.
Заявленная органосиликатная композиция проста в изготовлении и удобна в эксплуатации. Производство этой композиции может быть реализовано промышленным способом в условиях серийного производства с использованием известных технических и технологических средств.
1. Органосиликатная композиция для получения антикоррозионных, электроизоляционных, теплостойких покрытий горячего отверждения на металлах и клея для глиноземной керамики, включающая кремнийорганическое связующее в виде полиметилфенилсилоксана и наполнители в виде талька и оксидов металлов, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит двузамещенный алюмофосфат, при следующем соотношении компонентов, мас.%: полиметилфенилсилоксан - 25-35, тальк - 40-52, оксид хрома - 5-7, двузамещенный алюмофосфат - 16-20.
2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введен органический растворитель в количестве, достаточном для улучшения технологических свойств композиции.
