композиция для антиобледенительного покрытия

Формула изобретения

Композиция для антиобледенительного покрытия, включающая кремнийорганическое полимерное связующее, состоящее из полидиметилфенилсилоксана и полидиметилсилоксана и толуол, 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

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к композициям для покрытий, обеспечивающих снижение сил сцепления между льдом и различными поверхностями и защищающих от воздействия атмосферных факторов. Изобретение может быть использовано для борьбы с обледенением металлических конструкций, радиолокационных установок (антенн и куполов укрытий), холодильной техники и прочее.

Известно двухслойное антиобледенительное покрытие (авторское свидетельство N 739080) на основе тетраэтоксисилана, содержащее в первом слое тетраэтоксисилан в количестве 1-30 об.%, комплексный катализатор - 0,18-5,2 об. % и органический растворитель, а во втором - полиэтилгидросилоксановую жидкость в количестве 5-20 вес.%, адгезионноактивный катализатор - 0,3-1,2 вес. % и органический растворитель. Состав для первого слоя покрытия приготавливают смешиванием органического растворителя с комплексным катализатором, в полученный раствор добавляют тетраэтоксисилан, перемешивают в течение 24 - 48 часов. Длительность перемешивания определяется необходимостью "вызревания" раствора. Срок хранения такого состава невысок и поэтому приготавливают его перед применением. Состав для второго слоя покрытия готовят путем растворения полиэтилгидросилоксана в органическом растворителе с последующим добавлением в полученный раствор адгезионноактивного катализатора. Для полученного таким образом покрытия усилие отрыва льда от защищенной поверхности составляет 0,04 - 0,08 кгс/см² (методика определения адгезионной прочности не приводится, поэтому приведенные здесь и далее данные не могут быть признаны абсолютными), при этом количество циклов намораживания, характеризующее долговечность покрытия, равно 15 - 17. Для создания первого и второго слоев описываемого покрытия используют составы с очень высоким содержанием летучих органических растворителей (в первом слое -65-80 мас.%).

Известна композиция для получения противообледенительного покрытия "Крезан" (авторское свидетельство N 1386630) на основе полиорганосилоксана в количестве 42 - 49 мас.% в органическом растворителе, содержащая гидрофобизованный органсилоксанами или парафином, или стеариновой кислотой наполнитель в количестве 2-15 мас.%, выбранный из группы: диоксид кремния, диоксид титана, оксид цинка, графит расширенный, базальтовое волокно и их смеси. Сила сцепления льда с покрытием не превышает 0,09 кг/см² (методика оценки адгезионной прочности не приводится). Твердость покрытия по прибору М-3 составляет 0,4 усл. ед. Критический угол скатывания капли воды с покрытия составляет 25 - 30 град. Срок службы покрытия, предотвращающего обледенение, например, холодильников, взлетных площадок, летательных аппаратов, составляет всего 2 года. Кроме того, предварительная стадия гидрофобизации наполнителя, позволяющая получить покрытие с высокими эксплуатационными характеристиками, требует просушки компонентов композиции и длительного вакуумирования при повышенной температуре в интервале 290 - 420^oC.

Известна композиция для противооблединительного покрытия (авторское свидетельство N 1712388). Указанная композиция содержит в качестве полимерного связующего кремнийорганическую смолу в количестве 25 - 45 мас.%, выбранный из группы: оксид цинка, оксид магния, диоксид титана или расширенный графит, наполнитель, гидрофобизированный органическими модификаторами в виде метилхлороформа, или смолки производства этилсиликатов, или полиорганогидридсилоксановой жидкости в количестве 16-30 мас.%, и растворитель. При приготовлении названной композиции в качестве растворителя используется малотоксичный, пожаробезопасный метилхлороформ в количестве 25 - 60%, а в качестве разбавителей- хладоны 11; 12; 113. По сущесвующим в настоящее время представлениям фторированные углеводороды участвуют в процессе образования "озоновой дыры", поэтому по экологическим требованиям их применение нежелательно. Антиобледенительное свойство покрытия обусловлено главным образом наличием в составе композиции для его получения гидрофобизированного наполнителя, а гидрофобизация является сложной энергоемкой технологической операцией. Адгезия такого покрытия к субстрату удовлетворительная. При этом срок службы покрытия составляет всего 3 года.

Известна также полимерная композиция для антиобледенительного покрытия (Н.П. Харитонов, Л.Н. Красильникова, Т.И.Войнова, - Сб. трудов "Исследования в области физики и химии каучуков и резин", Л. 1975, с. 205). Указанная композиция содержит в качестве связующего полимерную систему, состоящую из полиметилфенилсилоксана и полидиметилсилоксана, и в качестве растворителя - толуол. Механизм формирования антиобледенительного покрытия основан на миграции в поверхностный слой низкомолекулярного полидиметилсилоксана. Самопроизвольное расслаивание, происходящее в полимерной системе, приводит к образованию в покрытии двух слоев, каждый из которых выполняет свою функцию: внутренний слой обеспечивает адгезию покрытия к поверхности, а наружный - уменьшает силу сцепления со льдом. Адгезия покрытия к подложке на основе рассматриваемой композиции составляет 1 - 2 балла. Сила сцепления льда с пленками из этой композиции составляет 0,3 - 0,4 кгс/см².

Несмотря на большое количество предлагаемых композиций проблема борьбы с обледенением путем использования покрытий до cих пор не решена удовлетворительно по одному или нескольким аспектам. Рассмотренные антиобледенительные покрытия обладают низким сцеплением со льдом, снегом и иными кристаллическими формами воды. Однако, обеспечивая сравнительно хорошую защиту от обледенения в течение относительно короткого периода времени, 2 - 3 года, известные покрытия не сохраняют антиобледенительных свойств в течение более длительного срока.

Известны защитные покрытия на основе органосиликатных материалов, которые являются атмосферостойкими и гидрофобными, угол смачивания которых составляет 90 - 95 град., но такая степень гидрофобности недостаточна для обеспечения хороших антиобледенительных свойств. Например, органосиликатная композиция для защитного покрытия ОС-12-03 (Н. П. Харитонов, В. А. Кротиков, В.В.Островский "Органосиликатные композиции", Каталог- справочник, Л. Наука. 1980 г., с. 20), включающая кинетически устойчивую смесь кремнийорганических полимеров, наполнитель (слюда, тальк), пигмент (оксиды и соли переходных металлов) и растворитель (толуол). Покрытие, сформированное на основе указанной композиции, является атмосферостойким и может применяться для защиты металлических, железобетонных и других конструкций, а также различного оборудования на открытом воздухе. Однако оно не обладает антиобледенительным свойством.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является композиция для антиобледенительного покрытия (Л.Н. Красильникова, Т.И.Войнова, Н.А.Никитина, Н.П.Харитонов - "Кремнийорганические соединения и материалы на их основе", Л. , Наука, 1984, с. 155). Указанная композиция включает в качестве связующего (в количестве 40 - 60 мас.%) полидиметилфенилсилоксан и полидиметилсилоксан, образующие термодинамически несовместимую, быстро расслаивающуюся систему, а в качестве растворителя - толуол.

Заявленное изобретение направлено на решение проблемы борьбы с обледенением поверхностей различных материалов путем создания на российском сырье антиобледенительной композиции с простой технологией приготовления, нанесения и формирования, сохранения и улучшения защитных свойств покрытия, снижения адгезии льда к покрытию при сохранении или увеличении адгезии покрытия к подложке, увеличения срока службы антиобледенительного защитного покрытия.

Поставленная задача может быть решена следующим образом.

Композиция для антиобледенительного покрытия, включающая кремнийорганическое полимерное связующее, состоящее из полидиметилфенилсилоксана и полидиметилсилоксана, и растворитель в виде толуола, в качестве наполнителя содержит тальк или смесь талька с белитом, и (или) баритом, а в качестве пигмента - оксиды и (или) соли переходных металлов, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кремнийорганическое полимерное связующее - 30-40

Наполнитель - 9-18

Пигмент - 6-15,

Растворитель - Остальные

Композиция для антиобледенительного покрытия может быть приготовлена путем диспергирования наполнителей и пигментов в толуольном растворе кремнийорганических полимеров. Процесс проводится в шаровых или бисерных мельницах в течение 24 - 48 часов. Для нанесения композиции на защищаемую поверхность применяются методы лакокрасочной технологии: кисть, валик, краскораспылитель, окунание и другие. Сушка покрытия может проводиться по двум режимам: либо отверждение происходит при температуре 180^oC в течение 3 часов, либо отверждение происходит при температуре окружающей среды с предварительно внесенным в композицию отвердителем.

Изобретение так же как и описанная выше композиция для защитного покрытия ОС - 12-03 включает в качестве наполнителя тальк и в качестве пигмента - оксиды и соли переходных металлов.

Известно, что введение наполнителя в виде талька приводит к увеличению геометрического пути агрессивных компонентов к подложке, т.е. затрудняет воздействие внешних факторов на защищаемую поверхность. Барит также проявляет высокую экранирующую способность и, кроме этого, придает покрытию высокую плотность и повышает сопротивление к истиранию. Последнее свойство оказывается важным при эксплуатации некоторых видов радиотехнических установок в полевых условиях.

Белит представляет интерес как дешевый продукт, получаемый при двойной сепарации шлаков от производства силикотермического феррохрома, силикокальция, ферросплавов и т.д. По своим свойствам он близок к бариту.

В качестве пигментов в заявленной композиции могут быть использованы оксиды и соли переходных металлов, например оксиды хрома, железа, титана, цинка. Ряд пигментов наряду с приданием покрытию определенного цвета в той или иной степени оказывают влияние на защитные свойства покрытия. Например, оксиды железа и хрома являются противокоррозионными.

Для подтверждения заявляемых интервалов, входящих в заявляемую композицию ингредиентов, проведены испытания. Результаты испытаний иллюстрируются приведенными в таблицах примерами, содержащими составы заявляемой композиции в пределах, указанных в формуле изобретения интервалов значений каждого ингредиента (таблица 1), и данные по техническим характеристикам покрытия на основе заявляемой композиции (таблица 2).

Применение в заявленной композиции известного наполнителя и пигмента позволяет использовать их свойства, проявляемые в композициях для защитных покрытий. При этом их использование в композиции для антиобледенительного покрытия на основе двухкомпонентной полимерной системы не влияет на кинетику расслаивания, обуславливающую антиобледенительные свойства этого покрытия. Таким образом, заявленная композиция для антиобледенительного покрытия позволяет получить покрытие, сочетающее более высокие антиобледенительные свойства покрытия на основе самопроизвольно расслаивающейся полимерной системы со свойствами защитного покрытия.

Важно отметить следующее: в настоящее время широко применяются атмосферостойкие перхлорвиниловые эмали группы ХВ, предназначенные для защиты металлических конструкций от атмосферных агрессивных факторов (например, эмаль ХВ-518 - "Лакокрасочные материалы. Технические требования и контроль качества". Москва, Химия, 1988 г., с. 239 и эмаль ХВ-124 - журнал "Лакокрасочные материалы их применение.", N 3, 1992 г., с. 20).

В таблице 3 приведены сравнительные свойства покрытий на основе заявленной композиции, прототипа, ОС - 12-03 и эмали группы ХВ.

Обобщая данные таблицы 3, можно сделать вывод, что заявленная композиция по таким важным характеристикам антиобледенительного покрытия как твердость, краевой угол смачивания и адгезионная прочность льда превосходит прототип. По защитным свойствам превосходит атмосферостойкое органосиликатное покрытий ОС-12-03 и противокоррозионные хлорвиниловые эмали. Таким образом, изобретение обеспечивает синергетический эффект, проявляющийся в повышении количественных показателей антиобледенительных свойств по сравнению с известными антиобледенительными покрытиями и повышение количественных показателей защитных свойств в сравнении с показателями известных защитных покрытий. Вследствие этого срок службы антиобледенительного покрытия на основе заявленной композиции в условиях обледенения в 1,5 раза превышает срок службы защитного покрытия марки ХВ, рекомендованного для использования в условиях холодного климата; адгезионная прочность льда в 3-10 раз меньше, чем у ОС-12-03, и в 4-10 раз меньше, чем у эмалей группы ХВ; способы приготовления и нанесения композиции очень просты и технологичны; в состав композиции входит только отечественное и недефицитное сырье, причем белит является отходом металлургического производства.