Теплоизоляционное покрытие

Использование: высокотемпературное теплозащитное покрытие на основе кремнийсодержащих керамических полых микросфер может быть использовано в сфере строительства, машиностроения, авиации, космоса, железнодорожного транспорта и других отраслях промышленности. Технический результат: расширение составов теплозащитных покрытий, повышение теплозащитных, теплофизических характеристик покрытия, при высокой однородности и прочности сцепления покрытия с основой, расширение области рабочих температур от минус 60 до плюс 260°С. Сущность изобретения: теплозащитное покрытие представляет собой по крайней мере один слой, адгезионно связанный с основой покрываемого материала, содержит в качестве наполнителя полые керамические микросферы дисперсностью 5-350 мкм, с удельной массой 450-750 кг/м³, твердостью по Моосу 5,0-6,0 со следующим распределением частиц микросфер по размерам, в мас.%: базовый диаметр (250-350 мкм) 30-70; диаметр (5-10 мкм) 15,0-20; диаметр (10-30 мкм) 5,0-30; диаметр (30-50 мкм) 5,0-30; диаметр (60-100 мкм) 8,0-10; диаметр (100-250 мкм) 5,0-10, и полимерное связующее, выбранное 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, при следующем соотношении компонентов, в мас.%: Вышеуказанные микросферы 60,0-80,0 Вышеуказанное связующее 20,0-40,0, при этом общая толщина покрытия не превышает 7 мм, при толщине одного слоя 1-1,5 мм, а основа покрываемой поверхности представляет собой стальную поверхность, стену кирпичной кладки, оштукатуренную поверхность, огнеупорный кирпич, дерево, стекло или пластик, а также комбинацию дерева и кирпичной кладки.

Полезная модель относится к высокотемпературным теплозащитным покрытиям на основе кремнийсодержащих керамических полых микросфер, и может быть использовано в сфере строительства, машиностроения, авиации, космоса, железнодорожного транспорта и других отраслях промышленности.

Известно многослойное универсальное покрытие, в котором первый (нижний) слой, связанный с основой покрываемого материала (твердым основанием), выполнен из полимерного материала, предварительно разбавленного растворителем, второй слой выполнен из полимерного материала, третий слой представляет собой связующее вещество с размещенным в нем наполнителем в виде резинового порошка, четвертый слой выполнен из связующего вещества с добавлением цветных гранул термопластичного эластомера, пятый слой выполнен из полимерного материала, при этом стыки (технологические границы) армированы сеткой, в первом слое массовое соотношение полимера к растворителю равно 0,5-4 частей полимера к 1 части растворителя, плотность первого и второго слоев составляет 150-300 г/м ², третий слой выполнен толщиной от 5-50 мм, резиновый порошок имеет фракции от 0,5-10 мм, в массовом соотношении связующего вещества к наполнителю равным 1 часть связующего вещества к 5-10 частям наполнителя, четвертый слой выполнен толщиной 3-10 мм, массовое соотношение связующего вещества к эластомеру равно 1,5 части связующего вещества к 9-10 частям эластомера, плотность нанесенного пятого слоя составляет 100-150 г/м ², армирование производится сеткой шириной 50-200 мм и длиной, равной длине стыка, при этом используется сетка толщиной 1,2-1,5 мм с ячейкой от 20 до 50 мм (RU 47381 U1, 27.08.2005).

Известна антикоррозионная битумно-полимерная система для защиты металлических конструкций и трубопроводов, которая включает параллельные слои: слой грунтовки, предназначенный для нанесения на металлическую конструкцию, которую защищают, слой мастики и защитный слой, при этом слой мастики выполнен битумно-полимерным самоклеящимся и изготовлен как одно целое с защитным слоем (RU 43881 U1, 10.02.2005).

Все указанные покрытия использованы для теплозащиты труб газопроводов, металлических конструкций, однако их недостаточно высокие теплофизические свойства ограничивают область использования.

Известна термозащитная краска в качестве теплозащитного покрытия представляющего собой, по крайней мере один слой, адгезионно связанный с основой покрываемого материала и состоящий из полимерного связующего, в котором равномерно распределен наполнитель из полых керамических микросфер 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 содержит смолы, выбранные из группы, включающей: кремнийорганические, полиэфирэпоксидные, акриловые дисперсии, в качестве добавки - отражатель - алюминиевую пудру при следующем соотношении компонентов, в мас.%: вышеуказанные микросферы 55-70; пигмент 0,1-0,6; отражатель - алюминиевая пудра 2,0-5,0; вышеуказанное связующее 30-35 (RU 2245350 C1, 27.01.2005).

Теплозащитное покрытие имеет достаточно высокую прочность сцепления с защищаемой поверхностью, однородно по составу, однако обладает недостаточной устойчивостью к воздействию высоких температур (рабочая температура покрытия не превышает 250°С) при недостаточно высоких теплофизических характеристиках покрытия (теплопроводности, тепловосприятия и теплоотдачи).

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является расширение ассортимента составов теплозащитных покрытий, повышение теплоизоляционных, теплофизических характеристик покрытия (снижение его теплопроводности, тепловосприятия и теплоотдачи), расширение области рабочих температур от минус 60 до плюс 260°С.

Технический результат достигается тем, что теплозащитное покрытие, представляющее собой по крайней мере один слой, адгезионно связанный с основой покрываемого материала и состоящий из полимерного связующего, в котором равномерно распределен наполнитель из полых керамических микросфер дисперсностью 5-350 мкм, с удельной массой 450-750 кг/м³, твердостью по Моосу 5,0-6,0 со следующим распределением частиц микросфер по размерам, в мас.%:

в качестве полимерного связующего, покрытие содержит одно выбранное 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, при следующем соотношении компонентов, в мас.%:

при этом общая толщина покрытия не превышает 7 мм, при толщине одного слоя 1-1,5 мм, а основа покрываемой поверхности представляет собой стальную поверхность, стену кирпичной кладки, оштукатуренную

поверхность, огнеупорный кирпич, дерево, стекло или пластик, а также комбинацию дерева и кирпичной кладки.

В предлагаемой полезной модели в качестве наполнителя используют полые керамические микросферы из золы уноса ТЭС в заявляемых пределах соотношений и дисперсности. Выбор наполнителя произведен на основе экспериментальных данных, показывающих оптимальное содержание его, достаточное для обеспечения требуемых теплозащитных свойств покрытия и его прочности.

Микросферы дисперсностью 5-350 мкм обеспечивают минимальное отношение площади поверхности к занимаемому объему, а за счет распределения частиц микросфер по размеру, наиболее компактную укладку в покрытии. Коэффициент укладки - 85-95%.

Полые частицы имеют толщину оболочки сферы - 10% от диаметра. Состав газовой фазы внутри сфер - CO₂ - 70%, N₂ - 30%. Предел прочности на сжатие - 150-280 кГ/см². Микросферы не теряют свойств до температур, превышающих 980°С. Температура их плавления не ниже 1300°С.

Теплопроводность микросфер составляет 0,08 Вт/м К. при 20°С, плотность 450-750 кг/м ³, твердость по Моосу 5,0-6,0.

Покрытие получают нанесением на покрываемую поверхность состава, который в первоначальном виде представляет собой водно-дисперсионную краску, содержащую указанные микросферы и полимерное связующее.

Использование в качестве полимерного связующего модифицированного акрилацетатного латекса (основа водно-дисперсионных красок, например ВД-ВА-123), или 33-38%-ного латекса сополимера бутадиена, акрилонитрила и метакриловой кислоты, или сополимера стирола и н-бутилакрилата в соотношении 1:1 по массе (аналоги составов фирмы BASF под торговыми марками «DL-424» и «ACRONAL 290 D» обосновано хорошей смачиваемостью их водных растворов с поверхностью керамических микросфер, приводящих к получению равномерной рабочей

композиции и высокой ее жизнестойкости, а в конечном итоге к получению равномерного покрытия на поверхности основы изделий и конструкций.

Для пеногашения композиции в процессе ее приготовления используют известные пеногасители, как отечественные (силиконовые Пента^® -465, Пента^®-463 и др.), так и импортные (например, Lumiten EL - полиэфирное производное жирных кислот), преимущественно силиконовые. Как правило, достаточно добавления в состав не более 0,1 мас.%. Однако, в составе покрытия пеногаситель не отражен из-за его малого количества.

Состав - краски представляет собой гомогенную композицию, которая не расслаивается при хранении и рассчитана на то, что ее эксплуатационные качества не будут изменены в течение не менее года. Указанный состав получил торговую марку «Теплос-Топ».

Композиции без добавления пигментов представляют собой суспензию белого цвета.

Время высыхания слоев покрытия при температуре 20°С не более 24 часов.

Внешний вид покрытия - ровное, однородное.

Адгезия к стали по ГОСТ 15140-78 не менее 1,0 МПа.

«Теплос-Топ» можно наносить на металл, пластик, стекло, бетон, кирпич, штукатурку и другие строительные материалы, а так же на оборудование, трубопроводы и воздуховоды при эксплуатации объектов с нанесенным покрытием при температурах от минус 60°С до плюс 260°С толщиной одного слоя 1,0-1,5 мм при общей толщине покрытия не более 7,0 мм.

Поверхность, на которую наносят состав краски, должна быть сухой и чистой, без ржавчины и жирных пятен.

Цвет и внешний вид покрытий, время высыхания определяют на стеклянных пластинках размером 90×120 мм при толщине слоя покрытий 0,4 мм.

Состав краски наносят на нужную поверхность различными способами, которые используются в лакокрасочной технологии: шпателем, кистью, валиком или краскопультом в виде по крайней одного слоя толщиной 1-1,5 мм. Толщина всех слоев покрытия после сушки не превышает 7 мм и зависит от природы поверхности. Так на внутренние поверхности жилых помещений достаточно нанести всего один слой толщиной 1-1,5 мм. На металлические поверхности труб горячего водоснабжения, проходящих под землей, наносят максимальное количество слоев. Так при общей толщине нанесенного покрытия 6 мм на металлическую поверхность трубы с температурой 90°С, ее поверхностная температура снижается до 25-30°С.

После нанесении на поверхность материала или изделия слоев состава покрытия и их сушки, на поверхности основы образуется теплозащитное покрытие на основе керамических микросфер, равномерно распределенных в полимерном связующем. Полученное покрытие обладает высокими эксплуатационными характеристиками и содержит 60,0-80,0 мас.% керамических микросфер диаметром от 5 до 350 мкм, с указанным в формуле распределением частиц, что соответствует плотности заполнения 85-95%. Предложенное покрытие выдерживает перепад температур от минус 60 до плюс 260°С.

Сущность полезной модели поясняется Фиг.1-4, и данными, сведенными в таблице, в которой отражены составы покрытия, толщина слоев, их количество, а также свойства полученного покрытия.

На Фиг.1 представлена стальная труба (основа 1) с нанесенным на ее поверхность трехслойным покрытием 2, 3, 4, имеющим состав 1: модифицированный акрилацетатный латекс - 40 мас.% и полые керамические микросферы - 60 мас.%.

На Фиг.2 представлена часть стены жилого кирпичного дома, на поверхность кладки (основа 1) которой нанесено покрытие (слои 2, 3, 4) толщиной 4,5 мм, соответствующее составу 2: 33-38%-ный латекс

сополимера бутадиена, акрилонитрила и метакриловой кислоты - 50 мас.% и полые керамические микросферы - 50 мас.%.

На Фиг.3 защитное покрытие состава 1, которое нанесено на поверхность красного кирпича (основа 1) в виде 3-х слоев 2, 3, 4, при общей толщине слоев 3 мм. Указанное покрытие может быть нанесено на поверхность любой основы, например силикатного, пористого кирпича или любого другого материала.

На Фиг.4, 3-х-слойное покрытие 2, 3 и 4 нанесено на штукатурку 5 кирпичной основы 1. Состав 3 покрытия содержит: сополимер стирола и н-бутилакрилата в соотношении 1:1 по массе в количестве 20 мас.% и 20 мас.% и полые керамические микросферы - 80 мас.%.

Из табличных данных следует, что полученное покрытие имеет прочность при растяжении 3,0-3,5 МПа, теплопроводность 0,001-0,003 Вт/м°С, тепловосприятие 5,5-6,5 Вт/м°С и теплоотдачу 2,0-4,0 Вт/м°С.

Температура поверхности, на которую наносят покрытие может изменяться в широком интервале и составлять 7-150°С.

Таким образом, заявленное покрытие обладает уникальными теплофизическими свойствами, что может найти его широкое использование в строительной сфере, в машиностроении, химической промышленности, в авиационной и железнодорожной отраслях., т.е. там, где требуется придание поверхностям теплозащитных и огнестойких свойств при эксплуатации покрытий в жестких температурных условиях.

1. Теплозащитное покрытие, представляющее собой по крайней мере один слой, адгезионно связанный с основой покрываемого материала и состоящий из полимерного связующего, в котором равномерно распределен наполнитель из полых керамических микросфер, отличающееся тем, что оно содержит микросферы дисперсностью 5-350 мкм, с удельной массой 450-750 кг/м³, твердостью частиц по Моосу 5,0-6,0 и со следующим распределением частиц по размерам, мас.%:

в качестве связующего покрытие содержит 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, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

2. Теплозащитное покрытие по п.1, отличающееся тем, что общая толщина покрытия не превышает 7 мм, при толщине одного слоя 1-1,5 мм.

3. Теплозащитное покрытие по пп.1 и 2, отличающееся тем, что основа покрываемой поверхности представляет собой стальную поверхность.

4. Теплозащитное покрытие по пп.1 и 2, отличающееся тем, что основа покрываемой поверхности представляет собой стену кирпичной кладки.

5. Теплозащитное покрытие по пп.1 и 2, отличающееся тем, что основа покрываемой поверхности представляет собой оштукатуренную поверхность.

6. Теплозащитное покрытие по пп.1 и 2, отличающееся тем, что основа покрываемой поверхности представляет собой огнеупорный кирпич, дерево, стекло или пластик.

7. Теплозащитное покрытие по пп.1 и 2, отличающееся тем, что основа покрываемой поверхности представляет собой комбинацию дерева и кирпичной кладки.