Композиция для получения термозащитного покрытия и термозащитное покрытие


 

C09D1/00 - Составы для нанесения покрытий, например краски, масляные или спиртовые лаки; заполняющие пасты; чернила; химические средства для удаления краски или чернил; корректирующие жидкости; средства для морения древесины; пасты или твердые вещества для окрашивания или печатания; использование материалов для этой цели (косметика A61K; способы для нанесения жидкостей или других текучих веществ на поверхности вообще B05D; морение древесины B27K 5/02;органические высокомолекулярные соединения C08; органические красители и родственные соединения для получения красителей, протрав или лаков как таковых C09B; обработка неорганических неволокнистых материалов, используемых в качестве пигментов или наполнителей, C09C; природные смолы, политура, высыхающие масла, сиккативы, скипидар как таковые C09F;

Владельцы патента RU 2529525:

Общество с ограниченной ответственностью "Обнинский завод термозащитных материалов" (RU)

Группа изобретений относится к производству теплозащитных покрытий, предназначенных для теплоизоляции конструкций и оборудования, эксплуатируемых в условиях высоких температур, например трубопроводов, печей, и может найти применение в разных отраслях промышленности. Композиция включает полые алюмосиликатные или корундовые микросферы, связующее, в качестве которого используют алюмофосфат с содержанием свободного оксида алюминия до 4 мас.%, и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: алюмосиликатные или корундовые микросферы - 45-65, алюмофосфат - 35-55, вода - остальное. При этом микросферы используют с внутренним диаметром 6-250 мкм и толщиной стенок 1-10 мкм. Изобретение также относится к термозащитному покрытию, состоящему, по крайней мере, из двух слоев, расположенных на основе, первый из которых - грунтовочный, и второй слои выполнены из указанной композиции, причем композиция для первого слоя дополнительно содержит фуллерены C45-C60 в количестве от 0,001 до 0,002 мас.%. Результатом является получение долговечного и прочного покрытия с рабочими температурами до 2000ºС. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 табл., 6 пр.

 

Группа изобретений относится к производству теплозащитных покрытий, предназначенных для теплоизоляции конструкций и оборудования, эксплуатируемых в условиях температур до плюс 2000°C, например трубопроводов, печей, и может найти применение, преимущественно, в энергетике, металлургии и т.д.

Изобретение основано на использовании полых алюмосиликатных керамических или корундовых микросфер, которые в составе со связующим выдерживают рабочую температуру до 2000°C.

Известен состав теплозащитного покрытия, представляющий собой термозащитную краску (патент на изобретение РФ №2245350, МПК C09D 5/08, C09D 1/04), содержащую наполнитель, связующее и добавки. В качестве наполнителя используют вакуумированные (полые) керамические или корундовые микросферы с диаметром частиц от 3 до 100 мкм и насыпной плотностью 300-400 кг/м3 со следующим массовым распределением частиц по размерам, в мас.%: базовый диаметр (30-60 мкм) 45-55; диаметр (3-10 мкм) 15-17; диаметр (11-20 мкм) 8-10; диаметр (21-30 мкм) 6-8; диаметр (61-70 мкм) 9-11; диаметр (71-80 мкм) 4-6; диаметр (91-100 мкм) 2-4; в качестве связующего используют смолы кремнийорганические, полиэфирэпоксидные или акриловые дисперсии, а в качестве добавок - отражатель - алюминиевую пудру и пигмент, при следующем соотношении компонентов, в мас.%: микросферы 55-70, связующее 30-35, отражатель - алюминиевая пудра 2,0-5,0, пигмент 0,1-0,6.

Теплозащитное покрытие, полученное при нанесении краски, однородно по составу и имеет достаточно высокую прочность сцепления с защищаемой поверхностью. Однако данное покрытие обладает недостаточной устойчивостью к воздействию высоких температур (рабочая температура покрытия не превышает 250°C) и обладает недостаточно высокими теплофизическими свойствами (теплопроводностью, тепловосприятием и теплоотдачей).

Наиболее близким к заявляемому изобретению является композиция для получения высокотемпературного теплозащитного покрытия (заявка на изобретение РФ №2011136161, МПК C09D 5/00), содержащая полые керамические или корундовые микросферы, связующее и воду. В качестве связующего композиция содержит алюмоборфосфат или алюмохромфосфат, или полититанат калия, или смесь алюмохромфосфата и полититаната калия. В качестве полых керамических микросфер используют алюмосиликатные микросферы «Золы уноса» с диаметром 3-150 мкм и толщиной стенок 1-6 мкм или стеклокерамические микросферы с диаметром 3-100 мкм и толщиной стенок 0,3-1,0 мкм. В качестве полых корундовых микросфер могут быть использованы микросферы с диаметром 3-90 мкм и толщиной стенок 0,5-3,0 мкм.

Теплозащитное покрытие, полученное при нанесении данного состава, обеспечивало рабочую температуру до 1350°C. При температуре большей чем 1350°C микросферы растворялись в алюмоборфосфате или алюмохромфосфате, что приводило к разрушению покрытия. Кроме того, для повышения прочности покрытия, после нанесения на защищаемую поверхность, необходимо дополнительное термоотверждение при температуре 310°C, при которой происходит сшивка связующего кислородными «мостиками», что усложняет технологию получения термозащитного покрытия.

Заявляемая композиция позволяет применять ее для получения долговечного и прочного покрытия с рабочими температурами выше 1350°C, при этом при использовании варианта состава композиции с отвердителем, получают прочное покрытие без его дополнительного высокотемпературного термоотверждения.

Задачей и техническим результатом предлагаемого изобретения является разработка композиции для получения термозащитного покрытия с улучшенными теплозащитными, и теплофизическими свойствами. Кроме того, получаемое покрытие характеризуется высокой однородностью и прочностью сцепления покрытия с основой за счет образования фосфатной пленки на защищаемом металле, расширенной областью рабочих температур, является негорючим материалом, обладающим значительными огнезащитными свойствами. Например, стальная балка, покрытая 5 мм слоем предлагаемого состава, нагревается в условиях пожара до 500°C температуры потери прочности за 45 минут.

Поставленная задача решается тем, что композиция для получения термозащитного покрытия включает полые алюмосиликатные микросферы «Золы уноса» или корундовые микросферы, связующее и воду, при этом в качестве связующего она содержит алюмофосфат, при следующем соотношении компонентов в мас.%:

полые алюмосиликатные или корундовые микросферы 45-65
алюмофосфат 35-55
вода остальное

Микросферы используют с внутренним диаметром, выбранным из диапазона значений 6-250 мкм, соразмерным с длинной волны теплового инфракрасного излучения для обеспечения условий его максимального поглощения микросферами, и толщиной стенок в диапазоне 1-10 мкм, выбранной с учетом обеспечения требуемой прочности материала. При этом алюмосиликатные микросферы используют с диаметром 6-250 мкм и толщиной стенок 4-10 мкм, корундовые микросферы используют с диаметром 6-90 мкм и толщиной стенок 1-5 мкм.

В одном из вариантов выполнения композиция может содержать отвердитель в количестве от 1 до 3 мас.%, при этом в качестве отвердителя используют обезвоженный (например, прокаленный до 800°C) оксид магния. Составы, используемые в условиях повышенной вибрации и механических нагрузок, могут дополнительно содержать кварцевый штапель в количестве от 1 до 3 мас.% с толщиной нитей 3-10 мкм и длиной 3-10 мм. Кроме того, для повышения адгезии и увеличения срока службы покрытия в композицию добавляют фуллерены C45-C60 в количестве от 0,001 до 0,002 мас.%.

Алюмофорсфат в композиции используют с содержанием свободного оксида алюминия до 4 мас.%, который может быть получен смешением 40-45 мас.% оксида алюминия и 60-55 мас.% фосфорной кислоты при температуре 90-110°C до растворения оксида алюминия, при этом фосфорную кислоту берут концентрированную (с концентрацией от 60%). Таким образом, получают алюмофосфат, характеризующийся наличием избыточного количества оксида алюминия, что позволяет вводить в него микросферы, содержащие алюминий без риска растворения их в избытке фосфорной кислоты.

Поставленная задача решается также тем, что термозащитное покрытие, полученное посредством нанесения заявляемой композиции на защищаемую поверхность, состоит, по крайней мере, из двух слоев, первый из которых - грунтовочный, выполнен из композиции по с добавлением фуллеренов, а второй слой выполнен из композиции без добавления фуллеренов, при этом толщина первого слоя составляет 0,1-1,0 мм, толщина покрытия составляет до 7 мм.

В предлагаемом составе для теплозащитного покрытия в качестве наполнителя могут быть использованы полые алюмосиликатные микросферы золы уноса теплоэлектростанций, собираемые с фильтров, или корундовые микросферы в заявляемых пределах диаметров и толщин стенок, полученные вакуумированием (вспениванием) измельченных корундовых материалов. Материалы микросфер выбраны с учетом обеспечения высоких рабочих температур эксплуатации покрытия - до 2000°C.

Выбор материалов и размеров микросфер произведен на основе экспериментальных данных, определяющих их оптимальные соотношения, достаточные для обеспечения требуемой прочности состава. При нанесении композиции на защищаемую поверхность происходит перекристаллизация оксида алюминия с образованием частиц с большой (до 2 кв.м на гр) площадью поверхности, которая увеличивает вязкость, прочность и термостойкость получаемого покрытия. Коэффициент теплопроводности заявляемого покрытия находится в пределах от 0,06 до 0,1 ватт/м·K.

Для получения композиции исходные компоненты перемешивают в емкости с якорной мешалкой в описанных соотношениях до получения однородной массы. При этом полученное перечисленным выше способом связующее характеризуется отсутствием химического взаимодействия с материалом микросфер.

Предлагаемое покрытие можно наносить на поверхность металла, бетона, кирпича, а также на оборудование печей, трубопроводы и воздуховоды при эксплуатации объектов с нанесенным покрытием при температурах от минус 60°C до плюс 2000°C.

Покрытие наносится на поверхность любым используемым в технологии нанесения покрытий способом в виде одного или нескольких слоев толщиной, например, 4-7 мм.

Как правило, толщина всех слоев предлагаемого покрытия не превышает 7 мм и зависит от природы поверхности, условий температурного режима эксплуатации. После нанесения на поверхность материала или изделия слоя или нескольких слоев покрытия и последующей сушки нанесенных слоев образуется теплозащитное покрытие, прочно связанное с основой и обладающее высокими эксплуатационными характеристиками.

Наилучший вариант использования изобретения достигается при нанесении покрытия, по крайней мере, в два слоя, при этом первый слой является грунтовочным (предназначенным для первичного нанесения на металл), изготовленным с добавлением фуллеренов C45-C60 для повышения адгезии и упрочнения поверхностного слоя. Фуллерены, обладая огромным электромагнитным зарядом, образуют дополнительное сцепление с подложкой на межмолекулярном уровне. Остальные слои (изготовленные без добавления фуллеренов) наносят на грунтовочный слой. По экспериментальным данным такое многослойное (например, двухслойное) покрытие увеличивает срок службы покрытия на 20-30%. При этом количество наносимых слоев зависит от требуемых условий эксплуатации защищаемого сооружения.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется примерами выполнения, представленными в таблицах 1, 2.

Таблица 1
Компоненты Состав №1, мас.% Состав №2, мас.% Состав №3, мас.%
1 Алюмофосфат 60 35.0 50.0
2 Микросферы алюмосиликатные /золы уноса/ 30 55.0 45.0
3 Вода 10 10.0 5.0
Таблица 2
Компоненты Состав №4, мас.% Состав №5, мас.% Состав №6, мас.%
1 Алюмофосфат 55 27 35
2 Микросферы корундовые 45 72 65
3 Вода - 1 -

В таблице 3 представлены параметры, характеризующие свойства полученных в Примерах 1-6 покрытий.

Таблица 3
Свойства Состав №1 Состав №2 Состав №3 Состав №4 Состав №5 Состав №6
1 kтепл:Вт/м·K 0.9 0.06 0.073 0.078 0.054 0.055
2 Пластичность нет + + + нет +
3 Устойч. 2000°C 2 часа 72 часа 72 часа 100 час нет 100 час

Как видно из Таблицы 3, при использовании компонентов композиции в количестве, выходящем из заявленного интервала значений (составы №1 и №5), получают покрытия, у которых резко падают рабочие параметры. Покрытие не способно сформировать защитную поверхностную пленку и разрушается после 1-3 часов температурного воздействия. При использовании компонентов в заявленных интервалах значений (составы №2-4 и №6) получают покрытия в высокими эксплуатационными характеристиками.

Предлагаемое изобретение позволяет получать покрытия с уникальными теплофизическими свойствами, что может найти его широкое использование в строительной сфере, в металлургической промышленности, т.е. там, где требуется придание поверхностям теплозащитных и огнестойких свойств при эксплуатации покрытий в жестких температурных условиях.

1. Композиция для получения термозащитного покрытия, включающая полые алюмосиликатные или корундовые микросферы, связующее, в качестве которого используют алюмофосфат с содержанием свободного оксида алюминия до 4 мас.%, и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:

алюмосиликатные или корундовые микросферы 45-65
алюмофосфат 35-55
вода остальное,

при этом микросферы используют с внутренним диаметром, выбранным из диапазона значений 6-250 мкм, и толщиной стенок 1-10 мкм.

2. Композиция по п.1, характеризующаяся тем, что алюмосиликатные микросферы используют с толщиной стенок 4-10 мкм.

3. Композиция по п.1, характеризующаяся тем, что корундовые микросферы используют с диаметром 6-90 мкм и толщиной стенок 1-5,0 мкм.

4. Композиция по п.1, характеризующаяся тем, что она содержит отвердитель в количестве от 1 до 3 мас.%, при этом в качестве отвердителя используют оксид магния.

5. Композиция по п.1, характеризующаяся тем, что она содержит кварцевый штапель в количестве от 1 до 3 мас.% с толщиной нитей 3-10 мкм и длиной 3-10 мм.

6. Композиция по п.1, характеризующаяся тем, что алюмофосфат получают смешением оксида алюминия и концентрированной до 60% фосфорной кислоты при температуре 90-110°С до растворения оксида алюминия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

оксид алюминия 40-45
фосфорная кислота 60-55.

7. Композиция по п.1, характеризующаяся тем, что она дополнительно содержит фуллерены С4560 в количестве от 0,001 до 0,002 мас.%.

8. Термозащитное покрытие, состоящее, по крайней мере, из двух слоев, расположенных на основе, первый из которых - грунтовочный, выполнен из композиции по п.7, а второй слой выполнен из композиции по любому из пп.1-6.

9. Термозащитное покрытие по п.8, характеризующееся тем, что толщина первого слоя составляет 0,1-1,0 мм, толщина покрытия составляет до 7 мм.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к составам для получения теплозащитных покрытий, которые могут быть применены для наружной теплозащиты элементов конструкций космических аппаратов, а также в строительстве и авиационной технике.
Изобретение относится к химической промышленности, а именно к получению огнезащитных покрытий на основе полимерного связующего, и может быть использовано в разных отраслях промышленности для защиты стеклопластика.

Изобретение относится к вспучивающимся композициям, отверждаемым при температуре окружающей среды, ее применению для защиты сооружений, и подложкам, на которые нанесена указанная композиция.

Изобретение относится к огнестойким теплозащитным покрытиям для поверхностей различной природы и формы, требующих тепло- и огнезащиты, применяемым в различных отраслях промышленности в качестве пожаробезопасного теплозащитного покрытия трубопроводов тепловых сетей, котлов и других тепловых аппаратов, для покрытия оборудования с целью защиты персонала от контактных ожогов горячими и холодными металлическими поверхностями, для холодильного оборудования, эксплуатируемого в помещениях с неблагоприятным влажностно-температурным режимом в качестве антиконденсатного и антикоррозионного покрытия, для наружной теплоизоляции зданий и сооружений и внутренней обработки помещений с целью предотвращения обмерзания и сырости стен.

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для нанесения огнезащитных покрытий на строительные конструкции. Состав огнезащитный в виде сухой смеси, затворяемой водой для нанесения покрытий, характеризуется тем, что содержит, мас.%: портландцемент 20,0-60,0, вспученный вермикулит 10,0-40,0, хризотиловый асбест 5,0-25,0, шамот 5,0-25,0, вспученный перлит 10,0-30,0, полифункциональный модификатор бетона 0,1-1,0, мелкодисперсный водорастворимый клей 2,0-8,0 и водоудерживающую добавку 0,1-3,0.
Изобретение относится к химической промышленности, а именно к огнезащитным лакокрасочным материалам, предназначенным для защиты различных конструкций и материалов, например дерева, металлических поверхностей, и может быть использовано, например, в строительстве, авиации, железнодорожном транспорте.

Изобретение относится к эластомерному телу, пригодному для применения в антивибрационных приспособлениях и подвесках. Эластомерное тело (1) имеет, по меньшей мере, один слой эластичного и гибкого огнезащитного покрытия, покрывающего часть тела (1).
Изобретение относится к строительным материалам, а именно к области огнезащитных материалов, и предназначено для нанесения огнезащитного покрытия на одиночный кабель, пучок кабелей или кабельные линии при строительстве различных зданий и сооружений для обеспечения нераспространения пламени по поверхности кабеля.
Изобретение относится к строительным материалам, а именно к области огнезащитных вспучивающихся материалов, и предназначено для нанесения на наружные и внутренние поверхности деревянных и древоклееных конструкций с целью защиты от огня и предотвращения распространения пламени по поверхности конструкций.
Изобретение относится к огнезащитным покрытиям, в частности, для нанесения на поверхность несущих металлических конструкций. Огнезащитная композиция содержит эпоксидную смолу, отвердитель, гидроокись алюминия, систему антипиренов, состоящую из полифосфата аммония, меламина и пентаэритрита, диоксид титана в качестве УФ-фильтра, меламин борат и растворитель.

Изобретение относится к огнестойким теплозащитным покрытиям для поверхностей различной природы и формы, требующих тепло- и огнезащиты, применяемым в различных отраслях промышленности в качестве пожаробезопасного теплозащитного покрытия трубопроводов тепловых сетей, котлов и других тепловых аппаратов, для покрытия оборудования с целью защиты персонала от контактных ожогов горячими и холодными металлическими поверхностями, для холодильного оборудования, эксплуатируемого в помещениях с неблагоприятным влажностно-температурным режимом в качестве антиконденсатного и антикоррозионного покрытия, для наружной теплоизоляции зданий и сооружений и внутренней обработки помещений с целью предотвращения обмерзания и сырости стен.

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для нанесения огнезащитных покрытий на строительные конструкции. Состав огнезащитный в виде сухой смеси, затворяемой водой для нанесения покрытий, характеризуется тем, что содержит, мас.%: портландцемент 20,0-60,0, вспученный вермикулит 10,0-40,0, хризотиловый асбест 5,0-25,0, шамот 5,0-25,0, вспученный перлит 10,0-30,0, полифункциональный модификатор бетона 0,1-1,0, мелкодисперсный водорастворимый клей 2,0-8,0 и водоудерживающую добавку 0,1-3,0.
Изобретение относится к промышленности дорожно-строительных материалов, а именно к составам смесей для изготовления асфальтобетона, который может быть использован при устройстве оснований и покрытий автомобильных дорог, аэродромов, мостов.
Изобретение относится к теплоизоляционному покрытию для поверхностей любой формы, требующих тепловой защиты, применяемому в различных отраслях промышленности, а также в качестве звукоизоляционного, гидроизоляционного, антикоррозионного, прокладочного и герметизирующего материала.
Изобретение относится к промышленности дорожно-строительных материалов, а именно к составам смесей для изготовления асфальтобетона, который может быть использован при устройстве оснований и покрытий автомобильных дорог, аэродромов, мостов.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ производства содержащих карбонат кальция материалов, поверхность частиц которых имеет улучшенные свойства адсорбции диспергатора, включает следующие стадии: a) получение, по меньшей мере, одного содержащего карбонат кальция материала в виде водной суспензии или в сухом виде; b) получение, по меньшей мере, одного содержащего ионы лития соединения, выбранного из группы, в которую входят гидроксид лития, или оксид лития, или неорганические и/или органические мономерные соли лития, выбранные из группы, в которую входят соли одно- или многоосновных кислот, например карбонат лития, сульфаты лития, цитрат лития, гидрокарбонат лития, ацетат лития, хлорид лития, фосфат лития, в сухом виде или в водном растворе, и их смеси; c) сочетание, по меньшей мере, одного содержащего ионы лития соединения по стадии b) и, по меньшей мере, одного содержащего карбонат кальция материала по стадии a).
Изобретение относится к отделке внутренней поверхности стен. Способ отделки внутренней стены включает подготовку основы строительных панелей, содержащих гипс, цемент или их комбинации.
Изобретение относится к штукатурообразному материалу и может быть использовано в покрытиях и изделиях. Облицованная панель включает строительную панель и высушенное покрытие, содержащее полугидрат сульфата кальция в латексной полимерной матрице, свободной от воды и содержащей двухкомпонентный агент, предотвращающий схватывание.
Изобретение относится к тонкопленочным стеклокерамическим покрытиям, широко применяемым в материаловедении и медицинском материаловедении, в частности. Способ получения многослойного покрытия на основе SiO2-ZrO2-P2O5-CaO включает приготовление пленкообразующего раствора (ПОР) с дальнейшим последовательным нанесением на кремневую подложку первого слоя ПОР, затем второго слоя ПОР, затем повторно первого ПОР.
Шпаклевка // 2495067
Изобретение относится к составам шпаклевок для выравнивания поверхностей бетонных изделий и касается шпаклевки. Шпаклевка содержит, мас.%: портландцемент 28,0-32,0; вода 24,0-26,0; бентонитовая глина 1,0-1,5; кварцевый песок 42,85-44,4; лигносульфонат технический модифицированный 0,1-0,15.
Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких композитов (бетонов) на основе химических связующих. Композиция для изготовления жаростойких композитов содержит, мас.%: отработанный катализатор ИМ-2201 10-15, щебень 33-40, песок 10-13, Н3РO4 10-15, алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов с содержанием, мас.%: SiO2 - 7,2, Al2O3 - 68,3, Fe2O3 - 1,4, MgO - 0,7, Cr2O3 - 10,2, R2O - 11,8 24-30.
Наверх