Патент на изобретение №2378309

(54) КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ТЕРМОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к лакокрасочным материалам для защиты металлических поверхностей в машиностроении. Описывается композиция для термостойкого покрытия, содержащая мас.%: полиорганосилоксановую смолу – 20-25, пентафталевый лак – 8-14, полимер изобутилметакрилата – 5-7, термостойкий пигмент – 11-17, наполнитель – 5-10, реологическую добавку – 1-2, загуститель – 1-2 и остальное – органический растворитель. В качестве пористого силиката композиция содержит перлит или кизельгур, а в качестве пигмента термостойкого – алюминиевую пудру или жаростойкие пигменты различных цветов. Предложенная композиция обладает повышенной седиментационной устойчивостью в процессе хранения и обеспечивает покрытия с повышенной устойчивостью к физико-химическим воздействиям. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к лакокрасочным материалам и может быть использовано в машиностроении для защиты металлических поверхностей, работающих при повышенных температурах, в условиях высокой коррозионной агрессивности среды, а также в быту (окраска печных систем, крыш, металлических дверей), и в промышленности (для защитной окраски двигателей и выхлопных систем автомобилей и тракторов, для окраски оборудования и трубопроводов в нефте-, газовой промышленности, дымовых труб и печей для сжигания отходов, для теплоизоляции строительных конструкций.

Известна композиция для термостойкого покрытия, включающая полифенилсилоксановую смолу, акрилатный сополимер, алюминиевую пудру и органический растворитель, отличающаяся тем, что дополнительно содержит наполнитель и реологическую добавку. При этом в качестве наполнителя используют аэросил, микротальк, а в качестве реологической добавки – бентонит, тиксогель VN или другие добавки типа монтморилонита. RU 2137793, 6 C09D 183/06, C09D 5/08, C09D 183/06, C09D 133:06, 1999.09.20.

Известен состав на основе полиметилфенилсилоксановой смолы, модифицированной пентафталиевым лаком (лак КО-075, содержащий алюминиевую пудру, сажу, оксид железа), позволяющий получать однородные покрытия, работающие в условиях постоянного нагрева (А.с. СССР 169614, МПК С09D 183/06, опубл. 1991).

Недостатком этой композиции является недостаточная термостойкость покрытия

Известна композиция для защитного покрытия, содержащая полифенилсилоксановую смолу, сополимер бутилметакрилата с метакриловой кислотой, пигмент и органический растворитель. RU 2157397, 7 C09D 183/04, C09D 5/08 2000.10.10.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявляемому изобретению является композиция для термостойкого антикоррозионного покрытия, содержащая полифенилсилоксановую смолу, акриловый сополимер, термостойкий пигмент, наполнитель – молотую слюду или молотую слюду в смеси с порошком железокремниевым или микротальком, реологическую добавку и органический растворитель. RU 2182582, 7 C09D 183/04, C09D 5/08, 2001.09.10.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности защитного покрытия на основе заявляемой композиции в условиях эксплуатации, за счет повышения физико-механических показателей покрытия и придания ему теплоизоляционных свойств, расширение арсенала средств данного назначения.

Техническим результатом является:

– улучшение физико-механических показателей покрытия;

– расширение температурного интервала эксплуатации покрытия;

– повышение седиментационной устойчивости композиции в процессе хранения;

– снижение стоимости композиции, за счет уменьшения в составе количества дорогостоящей полиорганосилоксановой смолы, термостойких пигментов.

– экономия лакокрасочного материала, за счет снижения величины показателя укрывистости.

Это достигается тем, что композиция для термостойкого покрытия, содержащая полиорганосилоксановую смолу, акриловую смолу, термостойкий пигмент, наполнитель, реологическую добавку и органический растворитель, согласно изобретению в качестве акриловой смолы содержит полимер изобутилметакрилата, а в качестве наполнителя – пористый силикат или смесь слюды с пористым силикатом и дополнительно содержит пентафталевый лак и загуститель – пангель или тиксогель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

При этом композиция в качестве пористого силиката может содержать перлит или кизельгур.

При этом композиция в качестве пигмента термостойкого может содержать алюминиевую пудру или жаростойкие пигменты различных цветов.

Композицию для защитного покрытия получают следующим образом: в первый реактор загружают расчетное количество органического растворителя (60 мас.% от общей массы), полимера изобутилметакрилата, загустителя и реологическую добавку. Смесь перемешивают до образования однородной массы. Во второй реактор загружают расчетное количество полиорганосилоксановой смолы, пентафталевый лак, остальное количество растворителя, наполнитель и пигменты. Содержимое второго реактора диспергируют в течение 3 часов. Затем массу из первого реактора перекачивают во второй реактор и перемешивают 3 часа.

Предлагаемый состав термостойкой композиции ориентирован на использование компонентов, выпускаемых в промышленном масштабе, с применением для ее получения стандартного оборудования лакокрасочных производств. Она может наноситься на защищаемые поверхности любыми из существующих методов: кисть, валик, окунание, воздушный или безвоздушный способы распыления.

Составы 1-15 для экспериментальной проверки изобретения приведены в табл.1. Физико-механические показатели приведены в табл. 2 (состав 16 – прототип).

Для получения композиции в качестве полиорганосилоксановой смолы используют 60%-ный раствор полифенилсилоксана в ксилоле или толуоле – ТУ 2228-440-05763441-2004; или 60%-ный раствор полиметилфенилсилоксана в ксилоле или толуоле – ТУ 2228-277-05763441-99;

в качестве акрилового полимера используют Дегалан LP 65/12 – Сертификат ISO 14001:1996 Z1168/0203;

в качестве пентафталевого лака Лак ПФ-053 ТУ 2311-001-589-484-36-2003.

Для получения композиций разных цветов в качестве термостойких пигментов используют алюминиевую пудру ГОСТ 5494-95, различные термостойкие пигменты, например пигмент черный жаростойкий – ТУ 2364-017-00303835-96; или пигмент голубой (10446 Blu) или пигмент зеленый (1084 Green) фирмы Cerdes Corp. (США);

в качестве реологической добавки используют бентон-34 Ф. Rheox или другие неорганические вещества, содержащие монтморилонит (бентонитовые глины);

в качестве растворителя используют ксилол нефтяной (ГОСТ 9410-78), сольвент нефтяной ТУ 38.101809-90, толуол нефтяной – ГОСТ 14710-78;

в качестве наполнителя используют слюду – с размером частиц не более 160 мкм – ГОСТ 14327-82, ГОСТ 855-74;

в качестве пористого силиката – перлит с размером частиц не более 140 мкм – ГОСТ 10832-91; кизельгур – ОСТ 18-169-74.

в качестве загустителя используют Пангель В 20 – FT-138-96-01; Тиксогель фирма “ОМИА” (Германия).

Пангель – органомодифицированный сепиолит, продукт взаимодействия гидрированного силиката магния и четвертичной аммонийной соли. Химическая формула: Simg₈O₃₀(OH)₄(OH₂)₄·8H₂O; CIN С₂₆Н₄₈/. Физико-химические показатели: Цвет – светло-кремовый; Внешний вид – сыпучий мелкодисперсный порошок; Влажность – 11%; Насыпная плотность – 250 г/л ±50; Вязкость по Брукфильду – не менее 70000 сП; (25°С, 5 об/мин.); Остаток на сите 75 µm – <1%;

Тиксогель – органобентонит (ТУ 95 2752-2000) – продукт взаимодействия высококачественных бентонитовых глин с четвертично аммониевыми солями. Физико-химические показатели: Цвет – кремовый; Плотность – 1,8; Насыпной вес г/л – 380-540; Остаток на сите 90 µm – 15%; Первичный размер частиц при полном диспергировании, µm – 1-5; Содержание влаги – 3%; Термоустойчивость, °С – 200-250.

Сравнение заявляемой композиции с известным составом позволяет сделать вывод о его соответствии критерию “Новизна”, так как в данном случае содержится новая совокупность компонентов в новом количественном соотношении.

Указанные пределы соотношений между компонентами композиции определены экспериментальным путем и являются оптимальными с точки зрения достижения положительного технического результата и минимальной себестоимости.

Оптимальным содержанием пентафталевого лака в композиции составляет 8,0-14,0 мас.%. Оптимальное содержание полимера изобутилметакрилата составляет 5-7 мас.%. Уменьшение содержания этих компонентов в композиции приводит к получению покрытия с низкими физико-механическими свойствами.

Использование их в указанном количестве позволяет уменьшить количество полиорганосилоксановой смолы, что способствует удешевлению композиции в целом и улучшению физико-механических свойств.

В производстве композиций для покрытий известно применение пентафталевого лака совместно с полиорганосилоксановой смолой и термостойкими пигментами. (А.с. СССР 169614, МПК С09D 183/06, опубл. 1991). Однако такие покрытия не обладают достаточной термостойкостью и имеют низкую адгезию. В заявляемой композиции предложено новое сочетание известных компонентов с новыми компонентами и новым количественным соотношением, которое привело к улучшенному техническому результату, а именно седиментационной устойчивости в композиции в процессе длительного хранения и имеющей существенно меньшую скорость осаждения частиц пигмента и наполнителя в расходных емкостях при ее нанесении. Улучшение физико-механических свойств покрытия, а именно устойчивость к воздействию воды, бензина, масла, прочность пленки при ударе.

Введение в состав композиции наполнителя в виде пористого силиката и загустителя в указанных количествах улучшает не только седиментационные свойства за счет химического взаимодействия пористой структуры силиката с акриловыми пленкообразователями, но и позволяет снизить стоимость композиции за счет полной или частичной замены слюды. При этом сочетание с термостойкими пигментами и остальными компонентами в указанных количествах позволяет расширить температурный интервал эксплуатации покрытия и придать ему теплоизоляционные свойства.

Указанные количества наполнителя и загустителя в композиции являются оптимальными. Содержание этих компонентов выше указанных значений способствует повышению вязкости композиции, что приводит к технологическим трудностям при получении покрытий.

Также оптимальным (11-17 мас.%) является указанное количество пигментов. Увеличение содержания пигментов в составе приводит к снижению седиментационной устойчивости (наблюдается их ускоренное осаждение). Уменьшение содержания пигментов ведет к тому, что ухудшается укрывистость покрытия, а также снижается его термостойкость.

Из табл.2 следует, что при использовании в качестве наполнителя пористого силиката или смеси слюды с пористым силикатом теплопроводность материала с нанесенным покрытием составляет 0,01 Вт/мК, что придает покрытию на основе заявляемой композиции теплоизоляционные свойства.

Таким образом, заявляемая композиция имеет высокую седиментационную устойчивость при хранении, быстрее высыхает и обеспечивает получение антикоррозионных покрытий с повышенной устойчивостью к действию воды, бензина и масла, расширенный температурный интервал (650°С) эксплуатации покрытия, а придание покрытию теплоизоляционных свойств позволит расширить область применения данной композиции. Причем за счет снижения величины показателя укрывистости (см. табл.2) достигается экономия лакокрасочного материала.

Таблица 1
	Компоненты	Составы мас.%
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	Прототип
1	Полиметилфенилсилоксановая смола	20,0	22,0	25,0			20,0	25,0	–	–	25,0	20,0	–	–	25,0	20,0	–
2	Полифенилсилоксановая смола	–	–	–	20,0	25,0	–	–	25,0	20,0	–	–	20,0	25,0	–	–	-25-35
	Сополимер полибутилметакрилата	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	4,0-8,0
3	Полимер изобутилметакрилата	7,0	6,0	5,0	5,0	7,0	5,0	7,0	5,0	5,0	7,0	5,0	7,0	5,0	5,0	7,0	–
4	Лак пентафталевый	10,0	14,0	8,0	14,0	8,0	14,0	8,0	8,0	14,0	8,0	14,0	14,0	8,0	8,0	14,0	–
5	Алюминиевая пудра	11,0	12,0	12,0	12,0	11,0	12,0	11,0	–	–	–	–	–	–	–	–	11,5-12,38
6	Пигмент черный	–	–	–	–	–	–	–	17,0	11,0	–	–	–	–	17,0	11,0	20-25
7	Пигмент зеленый	–	–	–	–	–	–	–	–	–	17,0	11,0	11,0	17,0	–	–	12,57
8	Слюда молотая	3,0	3,0	2,0	3,0	2,0	–	–	3,0	2,0	3,0	2,0	–	–	–	–	2,05-5,17
9	Перлит	7,0	4,0	3,0	2,0	8,0			2,0	8,0	–	–	–	5,0	–	10,0	–
10	Кизельгур	–	–	–	–	–	5,0	10,0	–	–	2,0	5,0	10,0	–	5,0	–	–
11	Бентон	2,0	1,0	1,5	1,0	2,0	1,0	1,0	2,0	2,0	1,0	2,0	1,0	2,0	2,0	1,0	0,5-1
12	Пангель	1,0	2,0	–	2,0	1,0	–	2,0	–	1,0	2,0	1,0	2,0	1,0	–	1	–
13	Тиксогель	–	–	1,0			2,0		1,0	–	–	–	–	–	2,0	–
14	Толуол	39,0	–	42,5	41,0	–	–	–	–	–	–	40,0	–	37,0	–	–	Остальное
15	Ксилол	–	36,0	–	–	–	41,0	–	37,0	–	35,0		35,0	–	36,0	–	–
16	Сольвент	–	–	–	–	36,0	–	36,0	–	36,5	–	–	–	–	–	35,0	–

Таблица 2
	Показатели качества композиции	Примеры по составам
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	Прототип
1	Цвет пленки композиции	Серебристо-серый	Серебристо-серый	Серебристо-серый	Серебристо-серый	Серебристо-серый	Серебристо-серый	Серебристо-серый	черный	черный	зеленый	зеленый	зеленый	зеленый	черный	черный
2	Условная вязкость	48	30	29	28	40	34	57	43	43	45	39	59	37	31	61	–
	по вискозиметру типа В3-246 С диаметром сопла 4 мм при 20±2°С, с
3	Продолжительность высыхания до степени 3, ч:
– при 20±2°С, н/б	0,8	0,8	0,8	1,0	1,0	0,8	0,8	1,0	1,0	0,8	1,0	1,0	0,8	1,0	0,8	1
– при 130±2°С, н/б	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3-0,5
4	Массовая доля	46,6	47,2	41,6	44,3	48,3	42,6	47,6	49,1	48,7	49,1	43,7	48,4	48,6	48,1	48,5	41,3-47,0
	нелетучих веществ, %
5	Термостойкость
	пленки н/м;
– при 650±5°С	3	3	3	3	3	3	3	–	–	–	–	–	–	–	–	–
– при 600±5°С	4	4	4	4	4	4	4	3	3	3	3	3	3	3	3	3
– при 400±5°С	6	6	6	6	6	6	6	6	6	6	6	6	6	6	6	6
6	Стойкость пленки к
	переменному
воздействию
нагрева и воды:
– при 400±2°С	7	7	7	7	7	7	7	6	6	6	6	6	6	6	6	6-7
– при 600±2°С	5	5	5	5	5	5	5	5	5	5	5	5	5	5	5	5
– при 650±2°С	5	5	5	5	5	5	5	–	–	–	–	–	–	–	–	–
7	Твердость пленки	0,53	0,53	0,53	0,53	0,53	0,53	0,53	0,53	0,53	0,53	0,53	0,53	0,53	0,53	0,53	0,5-0,52
	по маятниковому
прибору ТМК усл.ед
8	Адгезия баллы н/б	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
9	Прочность пленки при ударе по прибору У-1, кг, см	51	51	50	52	51	51	51	50	50	51	50	50	51	50	50	50
10	Стойкость к солевому туману, ч н/м	130	120	130	120	120	120	130	120	120	110	110	110	120	120	120	100-120
11	Стойкость пленки при 20±2°С к статическому воздействию:
	– воды	110	110	110	110	110	110	110	100	100	100	100	100	100	100	100	96
	– бензина	96	96	96	96	96	96	96	96	96	96	96	96	96	96	96	48
	– масла	96	96	96	96	96	96	96	96	96	96	96	96	96	96	96	48
12	Укрывистость, г/м2 н/б	85	80	95	90	80	95	85	80	80	80	95	85	85	90	85	–
13	Влагостойкость покрытия по ГОСТ 9.401-91 при 40±2°С и относительной влажности 97% н/м	110	120	110	120	120	120	110	100	100	110	110	100	110	100	110	100
14	Осаждаемость композиции через 24 ч, в% н/б	2	5	0	4	8	6	10	8	10	7	6	6	7	8	10
15	Коэффициент теплопроводности материала, Вт/мК	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01

Формула изобретения

1. Композиция для термостойкого покрытия, содержащая полиорганосилоксановую смолу, акриловую смолу, термостойкий пигмент, наполнитель, реологическую добавку и органический растворитель, отличающаяся тем, что в качестве акриловой смолы она содержит полимер изобутилметакрилата, а в качестве наполнителя – пористый силикат или смесь слюды с пористым силикатом и дополнительно содержит пентафталевый лак и загуститель – пангель или тиксогель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве пористого силиката содержит перлит или кизельгур.

3. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве пигмента термостойкого она содержит алюминиевую пудру или жаростойкие пигменты различных цветов.