Результат интеллектуальной деятельности: Композиция для атмосферостойкого антиобледенительного покрытия с повышенной гидрофобностью

Изобретение относится к области химии, а именно: к полимерной композиции для атмосферостойкого антиобледенительного покрытия с повышенной гидрофобностью, которое может быть использовано для защиты конструкций и сооружений из металла, бетона, кирпича, дерева и других строительных материалов от воздействия климатических факторов, вызывающих коррозию, обледенение, загрязнение и даже образование плесени.

Для оценки новизны и изобретательского уровня заявленного решения рассмотрен ряд известных технических средств аналогичного назначения.

Известно покрытие «Нивасар» на полимерной основе, состоящей из двух-компонентных полиуретановых блоксополимеров и включающей частицы кремнезема и антиадгезивную добавку, см. www.kelmeks.ru. Покрытие «Нивасар» предназначено для предотвращения образования наледи на скатных крышах, мостах, телевышках, опорах линий электропередач, газовых трубах. Оно является гидроизоляционным, антикоррозийным и относится к трудногорючим материалам, имеет высокую атмосферостойкость, прочность и является стойким к УФ-излучению. Однако это покрытие характеризуется ограниченным временем жизнеспособности, что создает определенные трудности при ее нанесении.

Известна композиция для защитного антиобледенительного покрытия по патенту РФ №2156786, включающая кремнийорганическое полимерное связующее, состоящее из полидиметилфенилсилоксана и полидиметилсилоксана, отличающаяся тем, что композиция дополнительно содержит тальк или смесь талька с белитом и/или баритом и оксиды и/или соли переходных металлов при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Кремнийорганическое полимерное связующее - 30-40,

Тальк или смесь талька с белитом и/или баритом - 9-18,

Оксиды и/или соли переходных металлов - 6-15,

Толуол - остальное.

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа изобретения.

Недостатком известной композиции является то, что, несмотря на обладание надежными защитными и антиобледенительными свойствами, она имеет недостаточно высокое значение краевого угла смачивания - 110°, который является важным показателем для антиобледенительного покрытия, т.к. характеризует гидрофобность поверхности.

Заявленное изобретение направлено на решение проблемы борьбы с обледенением различных материалов путем создания на российском сырье антиобледенительной композиции с простыми технологиями изготовления, нанесения и формирования покрытия с повышенной гидрофобностью, которое обеспечивает снижение адгезии льда.

Согласно изобретению композиция для атмосферостойкого антиобледенительного покрытия с повышенной гидрофобностью, включающая полимерное связующее из полидиметилфенил- и полидиметилсилоксанов, наполнители из силикатного и оксидных компонентов, характеризуется тем, что в нее дополнительно введен коллоидный диоксид кремния, при соотношении полимеров в связующем ПДМФС-ПДМС=(80-85):(15-20) и при следующем соотношении других компонентов, масс. %:

связующее - 40-65;

силикат - 9-25;

пигменты - 16-38;

аэросил - 10-15;

растворитель толуол - остальное.

Технический результат, достигаемый при использовании заявленной совокупности существенных признаков, заключается в повышении гидрофобности покрытия, позволяющей уменьшить сцепление льда с защищаемой поверхностью, сократить энергетические затраты на его удаление, замедлить процесс льдообразования, а, в некоторых случаях, даже предотвратить его.

Механизм формирования антиобледенительного покрытия основан на термодинамической несовместимости выбранных полисилоксанов. Самопроизвольное расслаивание, происходящее в полимерной системе, приводит к образованию градиентного покрытия из двух слоев, каждый из которых выполняет самостоятельную функцию: полидиметилфенилсилоксан обеспечивает адгезию покрытия к поверхности, неполярный полидиметилсилоксан мигрирует в поверхностный слой покрытия и уменьшает его сцепление со льдом.

Силикатный наполнитель экранируют воздействие внешних факторов, усиливая «барьерную» защиту покрытия. Пигментные компоненты влияют на декоративные и защитные свойства. Оксиды железа, хрома, цинка являются противокоррозионными; оксиды титана, железа, оксиды и соли хрома определяют цвет покрытия; оксид циркония, обладая большой плотностью, способствует более качественному разделению полисилоксанов в связующем.

Аэросил обычно вводится в полимерные композиции в качестве загустителя для увеличения вязкости или как стабилизатор суспензии и используется в небольших количествах 1-3%. В заявляемой композиции аэросил является структурирующим наполнителем. Коллоидный диоксид кремния обладает ярко выраженными адсорбционными свойствами, развитой удельной поверхностью, малой плотностью и размером частиц 5-20 нм. Мигрируя вместе с неполярным полимером полидиметилсилоксаном в поверхностный слой покрытия, он, внесенный в композицию в количестве 10-15 мас. %, упрочняет поверхностный слой и придает гидрофобной поверхности регулярный микрорельеф, который увеличивает краевой угол смачивания, что свидетельствует о повышении уровня гидрофобности покрытия. Кроме этого, сочетание в композиции диоксида циркония и аэросила, за счет их индивидуального взаимодействия с компонентами связующего, улучшает физико-механические свойства покрытия.

Заявленную композицию получают следующим образом.

Композиция для антиобледенительного покрытия образуется при механохимической обработке наполнителей в толуольном растворе кремнеорганических полимеров. Процесс проводится в шаровых или бисерных мельницах в течение 48 часов. Для нанесения композиции на поверхность пользуются методами лакокрасочной технологии - пульверизатор, кисть, валик и др. Сушка покрытия может проводиться по одному из двух режимов: 1- «горячее отверждение» -при температуре 180°С в течение 3-х часов: 2 - «холодное отверждение» - при температуре окружающей среды с предварительно внесенным в композицию отвердителем - аминопропилтриэтоксисиланом в течение 24 часов.

Испытания физико-механических характеристик покрытия проводили в соответствии с действующими нормативными документами.

Краевой угол смачивания определяли по методу «лежащей капли» с использованием электронной программы Drop Shoup. Оценку стойкости гидрофобного покрытия к циклам «замораживание-размораживание» проводили по изменению краевого угла смачивания после каждого цикла.

Защитные свойства оценивали по ГОСТ 9.401, после выдержки образцов с покрытием в климатических камерах, имитирующих условия холодного У1 и умеренно холодного УХЛ1 климата

Результаты испытаний иллюстрируются данными, приведенными в таблицах. Соотношение полисилоксанов разного строения в связующем определяли по результатам комплексных испытаний механических и защитных свойств покрытий с измерением краевого угла смачивания. Данные представлены в таблице 1.

Увеличение в связующем содержания ПДМС более 20 мас. % по отношению к ПДМФС делает систему покрытия более хрупкой, снижает механические показатели и ухудшает защитные свойства. Использование же ПДМС менее 15 мас. % не обеспечивает стабильность гидрофобных свойств покрытия при его длительной эксплуатации. Оптимальным составом связующего следует считать содержание разветвленного и линейного полисилоксанов в соотношении (80-85):(15-20).

В таблице 2 приведены результаты испытаний покрытий с разным содержанием коллоидного диоксида кремния.

Испытания показали, что введение в композицию 10-15 мас. % аэросила, не ухудшая адгезии покрытия, позволяет увеличить значение краевого угла смачивания до 140° и сохранить достигнутый уровень в процессе многократных циклов «замораживание-размораживание», что свидетельствует о получении покрытий с устойчивой повышенной гидрофобностью.

Производство заявляемой композиции может быть реализовано промышленным способом в условиях серийного производства с использованием стандартных технических средств и известных технологий.