Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения слоистого энергосберегающего покрытия пониженной пожарной опасности

Изобретение относится к способу получения слоистого энергосберегающего покрытия пониженной пожарной опасности, применяемого для поверхностей различной природы и формы, требующих теплоизоляции, используемого в различных отраслях промышленности в качестве энергосберегающего покрытия трубопроводов тепловых сетей, котлов и других тепловых аппаратов, эксплуатирующихся в условиях воздействия высоких температур, для покрытия оборудования с целью защиты персонала от контактных ожогов горячими металлическими поверхностями, для внутренней обработки помещений с целью предотвращения обмерзания и сырости стен.

Известен способ получения многослойного износостойкого теплозащитного покрытия (патент RU 2466206, МПК C23C 14/06, С23С 14/24, опубл. 10.11.2012), основанный на последовательном вакуумно-плазменном нанесении слоев: промежуточные слои, каждый из которых состоит из нитрида соединения титана, молибдена и железа при их соотношении, мас. %: титан 89,0-89,6, молибден 7,0-7,3, железо 2,4-2,7, после чего наносят промежуточный слой из нитрида соединения титана, молибдена, кремния и железа при их соотношении, мас. %: титан 90,4-90,7, молибден 6,7-6,9, кремний 0,7-0,8, железо 1,9-2,1, заключительный слой из нитрида соединения титана, молибдена и кремния при их соотношении, мас. %: титан 89,5-89,9, молибден 8,1-8,3, кремний 2,0-2,2, отличающийся тем, что промежуточные слои между поверхностью изделия и заключительным (верхним) слоем наносят от 10 до 100 раз.

Недостатком данного изобретения является сложная технология получения покрытия.

Известно многослойное теплозащитное покрытие (патент RU 2532646, МПК C23C 14/16, C23C 14/34, C23C 30/00, F01D 5/00, опубл. 10.11.2014), включающее основной металлический подслой, выполненный из сплава на основе никеля, верхний керамический теплозащитный слой и дополнительный металлический жаростойкий подслой между основным подслоем и керамическим слоем. Основной металлический подслой содержит 18…25% кобальта, 14…20% хрома, 11…14% алюминия и 0,1…0,7 иттрия. Верхний керамический теплозащитный слой выполнен из материала на основе диоксида циркония ZrO₂, частично стабилизированного 6…8% по массе оксида иттрия Y₂O₃. Дополнительный металлический жаростойкий подслой выполнен из сплава на основе никеля, содержащего 18…25% кобальта, 14…20% хрома, 10…13% алюминия и 0,1…0,7% иттрия.

Недостатком изобретения является жесткая конструкция и вследствие этого возможное возникновение трудностей при использовании данного многослойного теплозащитного покрытия.

Известно комбинированное антикоррозионное покрытие для защиты трубных коммуникаций и арматуры в камерах теплопроводов и способ его нанесения (патент RU 2067718, МПК⁶ F16L 58/02, опубл. 10.10.1996), включающий предварительную обработку защищаемой поверхности и нанесение слоев защитного покрытия, при этом на участок защищаемой поверхности после предварительной обработки наносят последовательно два слоя вязкого неметаллического антикоррозионного материала в виде толуольного раствора кремнеорганических смол, а затем покрывают листами алюминиевой фольги внахлест так, что каждый последующий лист перекрывает предыдущий не более чем на 2,5 толщины неметаллического антикоррозионного слоя, при этом время от окончания нанесения неметаллического антикоррозионного материала до окончания установки фольги на участке теплопровода составляет не более 15 мин.

Недостатком данного изобретения является технологическая сложность в выполнении и недостаточные теплофизические параметры комбинированного антикоррозионного покрытия.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения теплоизоляционного многослойного комбинированного полимерного покрытия (варианты) (патент RU 2352467, МПК B32B 27/02, B32B 27/12, B32B 27/20, C09D 5/02, опубл. 20.04.2009), заключающийся в нанесении на поверхность, возможно предварительно подогретую, чередующихся слоев жидко-керамического покрытия и слоев стеклохолста. При этом на подложку могут сначала наносить жидко-керамическое покрытие из полимерной композиции, содержащей связующее, смесь полых микросфер, различающихся между собой размерами, и вспомогательные целевые добавки, потом слой стеклохолста на еще невысохшее покрытие, а затем слои жидко-керамического покрытия и при необходимости опять слой стеклохолста. Покрытие может быть получено и другим вариантом, когда на подложку сначала наносят стеклохолст, а затем жидко-керамическое покрытие, а далее, при необходимости, опять слой стеклохолста. Количество чередующихся слоев определяется необходимым коэффициентом теплопроводности.

Недостатком данного изобретения является недостаточная эластичность теплоизоляционного многослойного комбинированного полимерного покрытия при применении и большое количество слоев для необходимого коэффициента теплопроводности.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание способа получения слоистого энергосберегающего покрытия пониженной пожарной опасности, экологически безопасного, выдерживающего температуры до 750°C, обеспечивающего огне- и термостойкость, коррозионную защиту покрываемой поверхности.

Технический результат достигается способом получения слоистого энергосберегающего покрытия пониженной пожарной опасности, включающего последовательное нанесение на защищаемую поверхность слоев: сначала базальтового волокна, затем жидкого полимерного энергосберегающего состава, далее на еще не высохший слой жидкого полимерного энергосберегающего состава наносят еще один слой базальтового волокна, затем еще один слой жидкого полимерного энергосберегающего состава.

Базальтовое волокно (ТУ 5769-003-48588528-00, ООО ТД "Батиз") представляет собой огнезащитный рулонный материал, состоящий из слоя волокна базальтового огнезащитного без связующего, прошитый вязально-прошивным способом с облицовочным материалом или без него. Базальтовое волокно предназначено для увеличения пределов огнестойкости в качестве огнезащитного материала.

Жидкий полимерный энергосберегающий состав включает наполнитель - замкнутые негорючие стеклянные полые микросферы размером от 20 до 200 мкм, связующее, представляющее собой композицию акриловой дисперсии «Акрэмос 101» и алюмокремнезоля марки К3-АЛ, вспомогательные компоненты - диоксид титана, перлит, каолин, функциональные добавки - гидроксид алюминия, борат цинка, декабромдифенилоксид, пластификатор С-3 при следующем соотношении компонентов в масс.ч.: алюмокремнезоль марки КЗ-АЛ - 4,00-8,00, акриловая дисперсия «Акрэмос 101» - 25,20-45,00, замкнутые негорючие стеклянные полые микросферы размером от 20 до 200 мкм - 23,35-49,70, декабромдифенилоксид - 3,00-3,80, борат цинка - 1,40-2,70, гидроксид алюминия - 2,60-5,50, перлит - 4,00-7,60, пластификатор С-3 - 0,15, каолин - 4,00-8,00, диоксид титана - 0,40.

Отличительным признаком способа получения слоистого энергосберегающего покрытия пониженной пожарной опасности является наличие в жидком полимерном энергосберегающем составе связующего, представляющего собой композицию акриловой дисперсии «Акрэмос 101» и алюмокремнезоля марки КЗ-АЛ, повышающего прочность, адгезию, эластичность, устойчивость к растрескиванию покрытия, и функциональных добавок - декабромдифенилоксида, бората цинка и гидроксида алюминия, обеспечивающих огнестойкость и высокий уровень теплозащиты.

Акриловая дисперсия «Акрэмос 101» (ТУ 2241-124-05757593-2000, ООО «Опытный завод акриловых дисперсий») выбрана из группы водных дисперсий полимеров акрилата, бутадиена, полиуретана, винилацетата, сополимеров акрилата со стиролом, бутадиенстирольного сополимера, поливинилового спирта и их смесей.

Алюмокремнезоль марки КЗ-АЛ (ТУ 2145-138-00209600-2012, ОАО «КазХимНИИ», г. Казань) представляет собой водные коллоидные системы с наноразмерным гидроксидом кремния, модифицированным алюминатом натрия.

Наполнитель - замкнутые негорючие стеклянные полые микросферы размером от 20 до 200 мкм марки МС, или МС-В, или МС-А, или АСМ-500 (ТУ 6-48-91-92, ОАО «НПО Стеклопластик» НПК «Терм») представляют собой легкосыпучие порошки с насыпной плотностью 0,18-0,30 г/см³. Замкнутые негорючие стеклянные полые микросферы размером от 20 до 200 мкм с нулевым водопоглощением создают большой объем недоступного для воды изолированного пространства, заполненного разреженным газом, и, как следствие, высокие теплозащитные свойства. Использование замкнутых негорючих стеклянных полых микросфер размером от 20 до 200 мкм придает покрытию устойчивость теплозащитных свойств при увлажнении покрытия.

Вспомогательные компоненты - диоксид титана (ГОСТ 9808-84, ЗАО «Химэкс»), каолин (ГОСТ 19608-84, ЗАО «Химэкс»), перлит (ГОСТ 10832-2009, ООО «Перлит») придают покрытию светоотражательные, эстетические свойства, устойчивость к растрескиванию.

Функциональные добавки - декабромдифенилоксид (ТУ 6-22-43-79, ЗАО «Химэкс»), гидроксид алюминия (ТУ 6-47-107-88 изм. 1, ЗАО «Химэкс»), борат цинка (ТУ 2146-001-61914412-2010, ООО «НеоСинтез»), представляющие собой антипирены; пластификатор С-3 (ТУ 5745-001-97474489-2007, ООО «Компонент»).

Жидкий полимерный энергосберегающий состав не содержит органических растворителей, благодаря чему заявляемое изобретение является экологически безопасным.

Рецептуры жидких полимерных энергосберегающих составов приведены в таблице 1.

Ниже приведен метод реализации заявляемого изобретения с использованием жидкого полимерного энергосберегающего состава по примеру 3, обладающего самой низкой теплопроводностью 0,058 Вт/(м⋅K).

На металлическую трубу, внутри которой размещена измерительная термопара, было закреплено с помощью клея слоистое энергосберегающее покрытие пониженной пожарной опасности. В качестве клея использовали высокотемпературный фосфатный клей. Температуру внутри металлической трубы поднимали от 100 до 450°C с шагом 50°C. На каждом шаге поддерживали температуру постоянной в течение 30 минут. При этом замеряли температуру на поверхности металлической трубы, защищенной слоистым энергосберегающим покрытием пониженной пожарной опасности.

Результаты проведенных замеров представлены в таблице 2.

Полученные результаты показывают значительное снижение температуры на поверхности металлической трубы, защищенной слоистым энергосберегающим покрытием пониженной пожарной опасности, во всем диапазоне измерений, что показывает эффективность применения заявляемого изобретения.

При испытаниях не наблюдалось изменения цвета и прочности поверхности металлической трубы и дымообразования, что характеризует термостойкость слоистого энергосберегающего покрытия пониженной пожарной опасности.

Свойства слоистого энергосберегающего покрытия пониженной пожарной опасности представлены в таблице 3.

Таким образом, слоистое энергосберегающее покрытие пониженной пожарной опасности по заявляемому изобретению, являющееся экологически безопасным, обладает всем необходимым комплексом физико-механических свойств, обеспечивает защищаемой поверхности высокие огнестойкие, термостойкие и теплозащитные свойства.