EA008025B1

EA008025B1 - Композиционное декоративно-защитное покрытие

Info

Publication number: EA008025B1
Application number: EA200501182A
Authority: EA
Inventors: Ирина Анатольевна Белявская; Михаил Леонидович Герман
Original assignee: Филипенко, Владимир Иванович; Шарапов, Александр Владимирович
Priority date: 2005-07-06
Filing date: 2005-07-06
Publication date: 2007-02-27
Also published as: EA200501182A1

Abstract

Изобретение относится к области строительного и промышленного производства и предназначено для использования в качестве отделочного материала при внутренней и наружной отделке зданий и сооружений, а также для защиты поверхностей наземных, водных и воздушных транспортных средств и различного технологического и вспомогательного оборудования. Композиционное декоративно-защитное покрытие содержит в качестве связующего водную дисперсию полимера и структурированный наполнитель в виде полых вакуумированных микросфер. Согласно изобретению покрытие содержит наполнитель из натрийкалийборосиликатного стекла или оксидов металлов в количестве 3,0-75,0 об.%. Микросферы выполнены с наружным диаметром 5,0-200,0 мкм с толщиной стенок 0,25-10,0 мкм и вакуумированы до давления 0,1-0,15 атм. Микросферы в качестве оксидов металлов преимущественно содержат оксиды алюминия, или кремния, или циркония, или молибдена и выполнены с насыпной плотностью 0,1-1,0 г/см. В качестве водной дисперсии полимера покрытие содержит акриловый сополимер или эмульсию, или бутадиенстирольную эмульсию, или поливинилацетатную дисперсию.

Description

Область применения

Изобретение относится к области строительного и промышленного производства и предназначено для использования в качестве отделочного материала при внутренней и наружной отделке зданий и сооружений, а также для защиты поверхностей наземных, водных и воздушных транспортных средств и различного технологического и вспомогательного оборудования.

Предшествующий уровень техники

Известен термопластичный состав для маркировки дорожного полотна (1). Состав включает пленкообразующую твердую полиэфирную смолу, пластификатор на основе сложного полиэфира (С₄ и более)-алифатических двухосновных кислот и (Сз-С5)-алифатических гликолей с кислотным числом от 0 до 80 мг/КОН, диоксид титана, антиседиментационную добавку, стеклянные микрошарики, минеральный наполнитель (например, кварцевый песок, дробленое стекло, карбонаты и т.д.) и дополнительно один или более синтетических восков в количестве 0,02-1,5 мас.ч. на 100 мас.ч. состава, мас.ч.:

Полиэфирная смола 15,0-30,0

Пластификатор 2,0-8,0

Диоксид титана 4,0-10,0

Антиседиментационная добавка 3,0-10,0

Стеклянные микрошарики 0-30,0

Минеральный наполнитель Остальное

В известном составе стеклянные микрошарики выполнены цельными, что увеличивает плотность и теплопроводность покрытий и не позволяет их использовать в качестве защитных термоизоляционных элементов строительных конструкций или других промышленных объектов.

Известна строительная конструкция с защитным покрытием для снижения тепловых потерь (2). Система строительной конструкции содержит пористое, хорошо пропускающее водяной пар с двух сторон покрытие. Структура покрытия включает водную акриловую эмульсию с наполнителем из микрошариков на основе керамики. Такое покрытие не склонно к вспучиванию поверхности (образованию пузырей) и предотвращает непосредственное проникновение влаги в поры строительного элемента и проявление связанных с этим теплопотерь от испарения влаги.

Предложена также композиция для термозащитного покрытия на основе полупрозрачной полиорганосилоксановой смолы (3). Композиция содержит:

А: 100 в.ч. полиорганосилоксановой смолы;

В: на 1,0-10,0 в.ч. композиции приходится по крайней мере один атом галогена, выбранный из группы брома и хлора;

С: от 10 до 100 в.ч. микросфер из стекла, имеющих в среднем размеры от 5,0 до 100 мкм.

Весовое соотношение описанной смеси к частицам стекла (микросфер) колеблется от 0,05 до 4,0.

Композиция предназначена для наружного покрытия строительных материалов с целью защиты от нагрева солнечной радиацией.

Известна энергосберегающая краска «ТНЕКМО-8Н1ЕШ», которая и выбрана в качестве прототипа(4, 5). Краска приготовлена на водной дисперсии полимера из акриловой смолы в качестве связующего, в который введены наполнитель из стеклянных либо керамических полых микросфер, а также пигменты и другие присущие краскам компоненты (стабилизаторы, пластификаторы и т.д.). Микросферы представляет собой легкосыпучий порошок, состоящий из тонкостенных (0,5-2,0 мкм) частиц сферической формы диаметром 10-150 мкм с насыпной плотностью (0,2 г/см³). Поверхность покрытия обладает повышенной шероховатостью, а его структура характеризуется высокой паропроницаемостью и позволяет снизить потери тепла до 30%.

Недостатком известного покрытия является узкая сфера применения из-за использования в качестве связующего исключительно полимера из акриловой смолы и невысокие теплозащитные свойства из-за низкого качества структурированного наполнителя, что обусловлено его дисперсностью, химическим составом материала микросфер (низкосортное стекло) и их физическим состоянием.

Целью изобретения является расширение номенклатуры покрытий и повышение их теплозащитных характеристик.

Техническим результатом изобретения является увеличение ассортимента покрытий за счет применения более широкого ряда связующих и микросфер из других материалов - из оксидов металлов, а также улучшение технических характеристик защитных покрытий, благодаря приданию компаунду на основе микросфер улучшенных оптических свойств в диапазоне 5-75 мкм.

Раскрытие изобретения

Поставленная цель достигается тем, что композиционное декоративно-защитное покрытие, содержащее в качестве связующего водную дисперсию полимера и структурированный наполнитель в виде полых вакуумированных микросфер, согласно изобретению, содержит наполнитель из натрийкалийборосиликатного стекла или оксидов металлов в количестве 3,0-75,0 об.%, при этом микросферы выполнены с наружным диаметром 5,0-200,0 мкм с толщиной стенок 0,25-10,0 мкм и вакуумированы до давления 0,1-0,15 атм.

- 1 008025

Микросферы в качестве оксидов металлов преимущественно содержат оксиды алюминия, или кремния, или циркония, или молибдена.

Микросферы выполнены с насыпной плотностью 0,1-1,0 г/см³.

В качестве водной дисперсии полимера содержит акриловый сополимер или эмульсию, или бутадиен-стирольную эмульсию, или поливинилацетатную дисперсию (ПВА-дисперсию).

Краткое описание фигуры

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана структура композиционного декоративно-защитного покрытия.

Покрытие, после нанесения на основу 1 (стена или поверхность технологического оборудования) и отверждения, состоит из микросфер 3, равномерно распределенных в матрице из полимерного связующего 4, имеет шероховатую поверхность 2 и характерную среднюю толщину ά.

Лучший вариант осуществления изобретения

Изобретение реализуют следующим образом. Готовят тот или иной состав композиции в зависимости от необходимых показателей для конкретной области применения покрытия (например, для окраски внутри помещений, для нанесения на наружные поверхности конструкций и т.п.). Технологию приготовления применяют стандартную с использованием традиционного оборудования, применяемого в лакокрасочном производстве. Предварительно изготавливают микросферы 3 с заданными параметрами, затем смешивают их в количестве по объему от 3 до 75% с полимерным связующим 4, при этом подбирают соответствующий гранулометрический состав для обеспечения заданного режима радиационного излучения с поверхности защищаемого объекта. Готовую композицию валиком или кистью наносят на поверхность основы 1, например, стены и высушивают в режиме согласно техническим требованиям для данного вида связующего. После отверждения покрытие готово к эксплуатации.

Технический результат достигается благодаря тому, что свойства компонентов композиции обеспечивают подавление радиационной составляющей тепловых потерь более чем на 50%, что в среднем на 20% выше, чем у прототипа. Такой эффект достигается оптимизацией оптических и теплофизических характеристик компонентов покрытия путем соответствующего сочетания вида связующего и наполнителя в композиции, а именно: выбором материала микросфер и их параметров (диаметра, толщины оболочки, степени вакуумирования, насыпной плотности, гранулометрического состава), что обеспечивает преимущественное отражение и рассеивание низкотемпературного инфракрасного излучения. Так, при среднем диаметре микросфер 35 мкм и их концентрации в слое композиции И=2,5-10¹²м^-3 при расстоянии между частицами ~40 мкм, излучательная способность поверхности стены, покрытой композицией, в ясную безветренную ночь при температуре Т_а=-20°С составляет ε„=0,35. Наиболее существенное уменьшение радиационного потока (при прочих равных условиях) наблюдается, когда имеет место обмен энергией между покрытием и непосредственно с небосводом. При этом количественно теплозащитный эффект композиционного декоративно-защитной покрытия, в силу физического принципа его работы, существенно зависит от оптических свойств подложки (например, материала стены), окружающей среды и температурного режима эксплуатации. Так, интегральный коэффициент отражения ρ на горизонтальную площадку в диапазоне 0,37-0,76 мкм, в условиях закрытого помещения с учетом дневной функции видимости стандартного наблюдателя в долях источника освещения, достигает ρ=66%. Использование такого покрытия, например в комнате с окном, обеспечивает общее увеличение освещенности в помещении порядка 4%, при этом увеличивается термическое сопротивление потолочного перекрытия на ~0,5м²-°К/Вт.

Отличительной особенностью нового покрытия является низкий коэффициент водопоглощения и хорошая паропроницаемость. Такие свойства обеспечивают быстрое высыхание конструкций, защищенных таким покрытием, и сохраняют их в таком состоянии в течение всего отопительного периода, что приводит к существенному уменьшению тепловых потерь (до 9%).

Экономия энергии, в зависимости от вида используемого покрытия, составляет от 16,7% (основа картон) до 27,7% (основа - пенопласт).

Промышленная применимость

В таблице приведены данные по влиянию вида покрытия, нанесенного на разные виды основы, на интегральный коэффициент отражения защищаемой поверхности, иллюстрирующие технический результат и промышленную применимость изобретения.

- 2 008025

№ п/п	Вид покрытия	Интегральный коэффициент отражения, %
Основа без покрытия	Содержание микросфер в покрытии, %
3	50	75
1	2	3	4	5	6
1.	Основа без покрытия: - пенопласт толщиной 1 - 2см - цементно-песчаный раствор (при капиллярной влажности кирпичной кладки 2 - 6%) - керамический кирпич (плотность 1750,0 кг/м³) - силикатный кирпич (плотность1990,0кг/м³) - ячеистый бетон (плотность- 570,Окг/м³) - картон, толщиной 1мм	6,0- 8,0 6,0 8,0 8,0 8,0	-	-	-
2.	Наполнитель: микоосФеоы из натрийкалийборосиликатного стекла Связующее: акриловый сополимер или эмульсия + другие компоненты - остальное Основа: цементно-песчаный раствор	-	12	65	55
3.	Наполнитель: микоосФеоы из натрийкалийборосиликатного стекла Связующее: бутан-стирольная эмульсия + другие компоненты - остальное; толщина покрытия - 0,3мм Основа: пенопласт, толщ. 1 см		9	62	53
4.	Наполнитель: микоосФеоы из натрийкалийборосиликатного стекла Связующее: ПВА-дисперсия + другие компоненты- остальное Основа: силикатный кирпич	-	12,5	66	57
5.	Наполнитель: микоосФеоы из оксида алюминия Связующее: акриловый сополимер или эмульсия + другие компоненты - остальное Основа: ячеистый бетон	-	7	60	50
6.	Наполнитель: микоосФеоы из оксида кремния Связующее: бутан-стирольная эмульсия + другие компоненты - остальное Основа: картон	-	12,5	64	57
7.	Наполнитель: микоосФеоы из оксида циркония Связующее: ПВА-дисперсия + другие компоненты - остальное Основа: картон	-	10	49	41
8.	Наполнитель: микоосФеоы из оксида молибдена Связующее: ПВА-диспеосия + доугие компоненты - остальное Основа: керамический кирпич	-	8,4	46	39

- 3 008025

Из данных, приведенных в таблице, видно, что композиционное декоративно-защитное покрытие существенно улучшает термозащитные свойства основы за счет повышения интегрального коэффициента отражения, хорошей паропроницаемости и предотвращении проникновения капельной влаги в конструкцию подложки из атмосферы, а техническое решение отвечает критериям патентоспособности.

Производство разработанного покрытия освоено на предприятии заявителей и успешно прошло испытания в промышленном производстве.

Источники информации

1. Патент Ки № 2216564 С1, МПК⁷ С 09Ό 167/02; Е 01Р 9/04, (22)22.08.2002, (46)20.11.2003. Бюл. № 32, (54) «Термопластичный состав для маркировки дорожного полотна».

2. Заявка ЕР 1111144 А1 200110627, МПК⁷ Е 04В 1/76, (54) «Строительная конструкция для снижения тепловых потерь помещений».

3. Патент ϋδ № 4404305, МПК³ С 08Ь 83/04, (22) 02.16. 82, (54) «Иаше геДагбап! ро1уог§апо§йохапе ге§ш еошрозйюпз».

4. М.Л. Герман, П.С. Гринчук «Математическая модель для расчета теплозащитных свойств композиционного покрытия «Керамические микросферы - связующее», ИФЖ, т.75, № 6, с.43.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Композиционное декоративно-защитное покрытие, содержащее в качестве связующего водную дисперсию полимера и структурированный наполнитель в виде полых вакуумированных микросфер, отличающееся тем, что содержит наполнитель из натрийкалийборосиликатного стекла или оксидов металлов в количестве 3,0-75,0 об.%, при этом микросферы выполнены с наружным диаметром 5,0-200,0 мкм с толщиной стенок 0,25-10,0 мкм и вакуумированы до давления 0,1-0,15 атм.
2. Композиционное декоративно-защитное покрытие по п.1, отличающееся тем, что микросферы в качестве оксидов металлов преимущественно содержат оксиды алюминия, или кремния, или циркония, или молибдена.
3. Композиционное декоративно-защитное покрытие по п.1, отличающееся тем, что микросферы выполнены с насыпной плотностью 0,1-1,0 г/см³.
4. Композиционное декоративно-защитное покрытие по п.1, отличающееся тем, что в качестве водной дисперсии полимера содержит акриловый сополимер или эмульсию, или бутадиенстирольную эмульсию, или поливинилацетатную дисперсию.