Результат интеллектуальной деятельности: Органосиликатная композиция для защитных электроизоляционных покрытий

Изобретение относится к лакокрасочным материалам для получения теплостойких электроизоляционных покрытия горячего отверждения на металлах и может быть использовано в электротехнике, радиоэлектронной промышленности, энергетике, машиностроении.

Известен ряд органических композиций, покрытия которых в процессе термообработки при повышенных температурах полностью обезуглераживаются и превращаются в неорганический материал, сохраняя при этом свою целостность и некоторые защитные свойства. Например, в патенте РФ №2182582 описывается композиция для термостойкого антикоррозионного покрытия, содержащего полифенилсилоксановую смолу, акриловый сополимер, термостойкий пигмент, молотую слюду, реологическую добавку и органический растворитель. Техническим результатом является то, что покрытие на основе предложенной композиции обладает термостойкостью 450-600°С, что ниже теплостойкости покрытия заявленной композиции.

В патенте РФ №2266937 описывается композиция для термостойкого антикоррозионного покрытия содержащая полифенилсилоксановый полимер, сополимер бутилметакрилата и метакриловой кислоты, термостойкий пигмент, волластанит (наполнитель), реологическую добавку и органический растворитель. Техническим результатом является получение термостойкого покрытия для защиты металлических поверхностей при воздействии повышенной температуры до 600-650°С, что ниже теплостойкости покрытия заявленной композиции.

В патенте РФ №2340643 описывается композиция для термостойкой краски, которая может быть использована для маркировки сварочных электродов, металлических изделий в горячем состоянии, а также для

дополнительной защиты огнеупорной футеровки печей. Термостойкая краска состоит, масс.%: 63-66 пигмента красного железноокисного, 28,5-30,5 железа треххлористого 6-водного, 5,44-6,47 оксида цинка, 0,02-0,04 этилового спирта, 0,01-0,02 триэтиленгликоля. Покрытие на основе этой краски на огнеупорных кирпичах могут использоваться до 800°С, но на металлах только до 300-400°С, что ниже теплостойкости покрытия заявленной композиции.

В патенте РФ №2400509 описывается лакокрасочный материал для термостойкого покрытия, предназначенного для защиты металлических поверхностей, работающих при повышенных температурах. Эта композиция содержит полиорганосилоксановую смолу, акриловую смолу (полимер изобутиметакрилата), термостойкий пигмент, молотую слюду и/или пористый силикат в качестве наполнителя, реологическую добавку (бентонитовую глину), пентафлалевый лак, загуститель (пангель или тиксагель) и органический растворитель. Теплостойкость данного покрытия составляет 600-650°С, что ниже теплостойкости покрытия заявленной композиции.

В патенте РФ №2468053 описывается лакокрасочный антикоррозионный материал, который может быть использован для защиты металлических поверхностей, эксплуатируемых в условиях повышенной температуры и воздействия высокой коррозионной среды. Эта композиция содержит эпоксидно-диановую смолу ЭД-20, модифицированную термостойким борорганическим полимером (полиметилен-п-трифениловый эфир борной кислоты), пластификатор (диоктилфтолат), микроармирующий наполнитель (волластанит), пигмент (технический углерод), армирующий наполнитель (микрокремнезем), органический растворитель и отвердитель. Теплостойкость покрытия данной композиции 600-670°С, что ниже теплостойкости покрытия заявленной композиции.

В патенте РФ №2495895 описывается лакокрасочный материал, который может быть использован в машиностроении для защиты металлических

поверхностей, работающих при повышенных температурах, в условиях высокой коррозионной агрессивной среды. Полученная на основе этого материала термостойкая эмаль содержит метилфенилсилоксановую смолу, полимер бутилметакрилата, пентафталевый лак, термостойкий пигмент, микронизированный наполнитель, загуститель, реологическую добавку (бентонитовая глина) и органический растворитель. Теплостойкость эмали данного материла 600°С, что ниже теплостойкости покрытия заявленной композиции.

Известна органосиликатная композиция по патенту РФ №2520481 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 двухзамещенный алюмофосфат, при следующем соотношении компонентов, масс.%: полиметилфенилсилоксан - 25-35, тальк - 40-52, оксид хрома - 5-7 двухзамещенный алюмофосфат -16-20.

Данная композиция позволяет получать защитные покрытия, обладающие теплостойкостью до 600°С и стойкостью к термоударам от -60°С до +600°С. Хорошая антикоррозионная устойчивость покрытия подтверждается водостойкостью. Поскольку данная и заявленная композиции являются органосиликатными, то есть состоящими из кремнийорганического полимера, слоистого гидросиликата, оксида, и отличаются только добавкой к вышеуказанным компонентам, данная известная композиция принята нами в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является недостаточная теплостойкость (600°С) и адгезионная прочность, а также высокое (24%) водопоглощение после термообработки при высокой температуре.

Задачей изобретения является разработка органосиликатной композиции для теплостойкого защитного покрытия, которое характеризовалось бы такой

же простой технологией получения, как у прототипа, была бы удобна в эксплуатации, но покрытие имело бы более высокую теплостойкость, адгезионную прочность, твердость и меньшее водопоглощение.

Сущность изобретения, как технического решения, выражается в следующей совокупности существенных признаков.

Согласно изобретению органосиликатная композиция для защитных электроизоляционных покрытий, включающая кремнийорганическое связующее в виде модифицированного полиметилфенилсилоксана и наполнителей в виде хризотилового асбеста и оксида ванадия V2O5, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит алюмоборосиликатное стекло при следующих соотношениях компонентов, масс. %:

полиметилфенилсилоксан - 24-27,5,

хризотиловый асбест - 40-42,

оксид ванадия V2O5- 5-6,5,

алюмоборосиликатное стекло - 26-30.

Кроме того, заявленное изобретение характеризуется наличием дополнительных факультативных признаков, которые заключаются в том, что в композицию может быть дополнительно введен органический растворитель в количестве, достаточном для улучшения технических свойств композиции.

Непосредственным техническим результатом, достигаемым при реализации совокупности существенных признаков заявленного изобретения, является то, что заявленная органосиликатная композиция, содержит алюмоборосиликатное стекло, которое производится промышленностью для получения стекловолокна и имеет состав, мол.%: А1₂0₃ - 14,73, В₂Оз - 9,64, Si0₂ - 53,62, CaO+MgO - 20,86, Na₂0 - 0,46, К₂0 - 0,31. Покрытие на основе этой композиции по сравнению с прототипом имеет более высокую термостойкость (до 700°С) и более низкое поглощение влаги. В отличие от неорганических эмалей покрытие может выдержать резкие изменения

температуры. Было установлено, что композиция сохраняет свою жизнеспособность (не желируется) в течение года.

Заявленная композиция изготавливается следующим образом.

В шаровую мельницу объемов 0,5 л загружают фарфоровые шары объемом 0,15-0,2 л, сухие компоненты: оксид ванадия V₂0₅ и алюмоборосиликатное стекло, порошок асбеста и раствор модифицированного полиметилфенилсилоксана с рассчитанным количеством растворителя (толуола), в количестве достаточном для улучшения технических свойств композиции. 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, которая проводится следующий образом: 2 часа при 300°С (с подъемом температуры 2-3 градуса в минуту) и по одному часу при 500°С и 700°С.

При 700°С в результате размягчения стекла и его реакции с асбестом полученное покрытие частично превращается в стеклокерамический материал и обладает нижеуказанными механическими свойствами и меньшим водопоглощением, чем другие термостойкие органосиликатные покрытия после их обезуглероживания при высокой температуре.

Исследование свойств покрытий проводили в лабораторных условиях. Состав примеров исследованных композиций приведен в таблице 1, полученные показатели при испытаниях покрытий - в таблице 2.

После термообработки при 700°С покрытие состоит из 2 слоев. Верхний слой (по массе 8-12%) - рыхлая масса, которая достаточно легко счищается электрокартщеткой. Нижний слой счищается значительно труднее, чем все опытные и выпускаемые промышленные органосиликатные покрытия, что

свидетельствует о высокой адгезионной прочности полученного материала к металлу. Основная масса покрытия находится в нижнем слое, что свидетельствует о том, что асбест покрытия вступает в реакцию с алюмоборосиликатным стеклом.

Следует отметить, что увеличение или уменьшение содержания алюмоборосиликатного стекла в покрытии приводит при термообработке 700°С к появлению дефектов. Например, покрытие, содержащее 24% полимера, 39% асбеста, 5% оксид ванадия V2O5 и 32% алюмоборосиликатного стекла, после термообработки при 700°С частично отслоилось. Покрытие, содержащее 20% полимера, 40% асбеста, 5% оксида ванадия V₂0₅ и 35% алюмоборосиликатного стекла, после термообработки при 700°С отслоилось полностью.

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 700°С и стойкостью к термоударам. По своей твердости и адгезионной прочности к металлу покрытие превосходит прототип, а электроизоляционным свойствам покрытие не уступает прототипу.

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.