Композиция для получения антикоррозионного, огнестойкого и теплоизоляционного покрытия и ее применение

Композиция для получения антикоррозионного, огнестойкого и теплоизоляционного покрытия и ее применение

Реферат

Изобретение относится к химической промышленности и касается создания антикоррозионных, огнестойких и теплоизоляционных покрытий, в частности покрытий трубопроводов, эксплуатирующихся в районах вечной мерзлоты, под водой и при больших перепадах температур и давлений внутри и вне трубопроводов. Изобретение может быть использовано в нефте-, газодобывающей, нефтехимической промышленности, а также в коммунальном хозяйстве, при защите металлов, бетона.

Жидкое стекло давно используется для получения антикоррозионных и теплоизоляционных материалов, в том числе и покрытий.

Известна композиция для защиты металлических трубопроводов от коррозии, включающая (в мас.%) альтовый цемент - 30-35, натриевое жидкое стекло - 15-20, бутадиенстирольный латекс - 0,7-1,5, стабилизатор латекса - 0,03-0,07, тринатрийфосфат - 3,6-4,2, стекловолокно - 0,5-1,0, вода - остальное (SU 1717580, 07.03.1992).

Покрытие, полученное из данной композиции, обладает пониженной диффузионной паропроницаемостью (коэффициент диффузии 6,36-6,2*10⁹ м²/с); повышенной адгезией (адгезия к стали 0,82-0,91 МПа), но не обеспечивает необходимые теплоизоляционные свойства.

Известно получение теплоизоляционных материалов на основе жидкого стекла, используемых в строительстве, авиации, машиностроении, транспорте. Так, известен способ получения теплоизоляционного материала, содержащего жидкое стекло, микрокремнезем, бикарбонат натрия, включающий гранулирование исходной смеси, термообработку ее в течение часа при 100°С и 1 час при 250°С (см. патент РФ 2128633). Техническим результатом является повышение прочности, снижение температуры термообработки, упрощение технологического процесса производства теплоизоляционного материала.

Известен способ получения гранулированных вспененных материалов на основе жидкого стекла для теплоизоляционных материалов с добавками гидроксида кальция, молотого песка, кремнийорганической жидкости, включающий стадии перемешивания компонентов в течение 5-60 минут, формирование гранул путем продавливания через отверстия 1-3 мм, после чего гранулы сушат при температуре 60-100°С в течение 1-15 минут, затем вспенивают при температуре 360-800°С, в течение 0,1-15 минут (см. патент РФ 2087447, 20.08.1997).

Известна также сырьевая смесь для огнезащиты и теплоизоляционных изделий, в частности плит, включающая вспученный вермикулит, жидкое стекло и добавку, в качестве добавки содержит тонкомолотый доломит зернового состава по остатку на ситах NN 05К и 01 К соответственно не более 3 и 40-70 мас.% при следующем соотношении компонентов смеси (мас.%):

Вспученный вермикулит	30-40
Жидкое стекло	30-60
Доломит	10-30

сырьевая смесь дополнительно содержит алкилсиликонат натрия (RU 2126776, 27.02.1999).

Однако все эти известные технические решения касаются в основном получения не покрытий, а формованных изделий в виде, например, теплоизоляционных плит и используются в качестве конструктивных элементов для теплоизоляции в основном строительстве, металлургии, не обеспечивают необходимой антикоррозионной защиты, а также необходимого уровня теплозащиты, особенно трубопроводов.

Известно использование полых микросфер в качестве наполнителя полимерных материалов, в том числе и таких неорганических полимеров, к которым относится жидкое стекло.

Так, известен способ получения теплоизоляционного материала из полых микросфер золы-уноса, включающий смешивание 83% по весу полых микросфер и 13% раствора жидкого стекла (силикат натрия). Прессование из полученной смеси плит и последующую вулканизацию при 200°С в течение 3 ч (SU 1724524, 07.04.1992, описание), однако и данная композиция является прессовочной, требует оборудование по прессованию и устройств по последующему закреплению плит на изолируемой поверхности, в основном железнодорожных цистерн для нефтепродуктов и не предназначена для получения покрытий.

Известен теплоизоляционный состав, включающий жидкое стекло, полые микросферы, выделенные из золы-уноса (1-50 мас.%) и целевых добавок в виде кремнеземистой пудры, оксида, карбоната или бората цинка до 15 мас.% (GB 1550184, 1979).

Недостатком известного состава является высокая масса теплоизоляции, недостаточная термостойкость.

Известен другой теплоизоляционный состав, содержащий в качестве связующего жидкое минеральное стекло, полые микросферы на основе кремнийсодержащего вещества в качестве огнеупорного наполнителя, в качестве агента отверждения и структурообразования кремнефтористую соль щелочного металла, а в качестве указанного наполнителя - стеклянные микросферы и микросферы в виде дымовых отходов сжигания угля не менее 80 мас.% последних относительно их суммарного количества в диапазоне размеров частиц 10-300 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кремнефтористая соль щелочного металла	3-11
Полые микросферы на основе кремнийсодержащего вещества	20-45
Жидкое минеральное стекло	Остальное

Для обеспечения дополнительного увеличения термостойкости теплоизоляционный состав содержит дополнительно полифосфат алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кремнефтористая соль щелочного металла	3-11
Полые микросферы на основе кремнийсодержащего вещества	20-45
Полифосфат алюминия	3-15
Жидкое минеральное стекло	Остальное

(RU 2098379, 10.12.1997).

Согласно известному изобретению композицию для теплоизоляционного материала готовят следующим образом.

Предварительно получают пластичную массу путем смешения необходимого количества кремнефтористой соли щелочного металла и кремнийсодержащего связующего водного раствора силиката щелочного металла (т.е. жидкого минерального стекла).

Связующее и кремнефтористую соль приводят в контакт путем последовательного дозирования с последующим перемешиванием для обеспечения равномерного взаимного перераспределения и исключения комкования массы.

Весовым методом дозируют при последовательном введении порций огнеупорного наполнителя, в качестве которых предлагаются к использованию полые стеклянные микросферы и полые микросферы в виде отходов при сжигании угля, которые содержат в своем составе соединения кремния. Всю композицию тщательно перемешивают для обеспечения однородного распределения дисперсии наполнителя в среде жидкого связующего.

Дополнительно в теплоизоляционный состав вводят полифосфат алюминия. Композицию, содержащую все перечисленные компоненты, после смешения подвергают формованию по методу свободного литья в формы для получения пористой заготовки. В процессе формования на образцы воздействуют тепловым потоком в диапазоне температур порядка 300-400°С, что достаточно для удаления большей части растворителя (воды) и отверждения композиции.

Однако и данные известные композиции предназначены в основном для получения формованных изделий, так называемых стеклокерамических материалов, используемых в основном в строительстве.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к настоящему изобретению является известное техническое решение, касающееся получения тепло-, огнезащитных вспенивающихся покрытий поверхностей (2162871, 10.02.2001).

Покрытие включает внешний слой хлорсульфированного полиэтилена и по крайней мере один слой состава из жидкого натриевого стекла, отвердителя - кремнефтористого натрия, наполнителя - шамота, аэросила и стеклянных нитей длиной 5-10 мм, пигмента неорганического и кристаллогидратов. Сочетание компонентов в определенном соотношении обеспечивает снижение токсичности состава, повышение стойкости слоя покрытия к вибрациям и статическим нагрузкам, уменьшение коэффициента температуропроводности.

Однако данное покрытие получается по сложной технологии и не обеспечивает необходимого уровня теплоизоляционных и антикоррозионных свойств при защите трубопроводов.

Технической задачей заявленного изобретения является упрощение технологии получения покрытия и повышение защитных свойств его как от коррозии, так и огнезащитных и теплоизоляционных, в частности при защите трубопроводов.

Поставленная техническая задача достигается тем, что композиция для получения антикоррозионного и теплозащитного покрытия, включающая жидкое стекло натриевое или калиевое в качестве связующей матрицы и наполнитель, содержит в качестве наполнителя смесь полых микросфер с разными их размерами в пределах от 10-500 мкм и с различной их насыпной плотностью в пределах от 650 до 50 кг/м³, выбранные из группы, включающей полые стеклянные микросферы, полые керамические микросферы, полые полимерные микросферы, полые техногенные (зольные) микросферы или их смеси, и при необходимости композиция дополнительно содержит армирующий материал в виде вспученного вермикулита или асбестовых нитей, а также, возможно, двуокись титана, и дополнительно содержит неорганическое поверхностно-активное вещество при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Жидкое натриевое или калиевое стекло	4,5-95,0
Вышеуказанная смесь полых микросфер	4,5-95,0
Вспученный вермикулит или асбестовые нити	0-50,0
Двуокись титана	0-20,0
Неионогенное поверхностно-активное вещество	0,5-20,0

Композиция по изобретению содержит в качестве связующей матрицы натриевое или калиевое жидкое стекло с плотностью преимущественно например 1,18-1,45 г/см³ (удельным весом), силикатным модулем до 4,3 (2,7-4,3) представляющие собой водные растворы неорганических полимеров, содержащие гидратированные мономеркатионы щелочных металлов и кремнекислородные анионы невысокой степени полимеризации.

В качестве полых микросфер композиция содержит смесь полых микросфер с разными их размерами в пределах от 10 до 500 мкм и с различной их насыпной плотностью в пределах от 650 до 50 кг/м³, выбранной из группы, включающей полые стеклянные микросферы, полые керамические микросферы, полые полимерные микросферы, полые техногенные (зольные) микросферы или их смеси, что позволяет значительно повысить эффективность защиты поверхности от коррозии, так и теплоизоляционные свойства его.

Полые микросферы являются одним из важнейших известных наполнителей, применяемых в производстве пластмасс. Сферическая форма, контролируемые размеры и низкая плотность их делают их часто незаменимыми. Важным эффектом от применения их является снижение расходов дорогостоящих или дефицитных полимеров, а также снижение плотности. Традиционно они имеют размер от 25 мкм до 50 мм и плотность от 100 до 700 кг/м³.

Итак, в заявленном изобретении использование смесей полых микросфер (стеклянных, керамических, полимерных, зольных) одинаковых или разных, но с различными размерами в интервале от 10 до 500 мкм и различной насыпной плотностью в интервале от 50 до 650 кг/м³ позволяет значительно повысить эффективность защиты поверхности обрабатываемых материалов (дерево, бетон, штукатурка, металл) от коррозии и теплоизоляцию.

Такие свойства полых микросфер, как низкое маслопоглащение, инертность и легкость диспергирования делают их очень привлекательными в качестве наполнителей.

Полые микросферы из стекла, керамики, полимеров главным образом получают путем введения порообразователя в основной материал, последующего их измельчения и нагревания для вспенивания порообразователя.

Так, например, полые микросферы получают путем пропускания мелких частиц, содержащих порофор через высокотемпературную зону; частицы плавятся или размягчаются в горячей зоне, а газообразователь формирует полость внутри частиц, расширяя их. При охлаждении сферы на воздухе ее стенки затвердевают. Либо их получают методом вспенивания стеклянных (или керамических) частиц в пламени горелки и т.д. В качестве полых стеклянных микросфер используют например микросферы типа Глассе бабез, типа Микробаалон; глобумит, сферолит. Керамические микросферы получают также путем сжигания природных материалов и вспенивания.

Полимерные полые микросферы получают как правило либо суспензионной полимеризации мономеров с добавлением порообразователя (порофор, инертные газы, низкокипящие углеводороды), либо путем физического или химического вспенивания уже готовых полимерных измельченных частиц. В качестве полых полимерных микросфер в изобретении используют полые микросферы, например полистирольные, на основе фенолформальдегидных смол, силиконовые, мочевино-формальдегидных смол и другие.

В качестве неионогенных поверхностно-активных веществ композиция по изобретению содержит такие ПАВ, например, как ПАВ на основе трет-додецилового тиоэфира полиэтиленгликоля, полиоксиэтилированный моно (С₁₁-алкил) сорбит, полиоксиэтиленовые эфиры алкилфенолов (ОП-4, ОП-7, ОП-10), полиоксиэтиленовые эфиры жирных кислот, полиоксиэтиленовые эфиры спиртов и другие ("Энциклопедия полимеров", т.2, М., Сов. Энциклопедия, 1974. с.666-670). Введение ПАВ позволяет улучшить смачиваемость покрываемых поверхность, улучшить равномерность распределения наполнителя в композиции, стабильность состава, а также защитные свойства получаемых покрытий.

Техническая задача достигается также и применением этой композиции, заявленной в качестве одного из изобретений заявленной группы, в качестве теплоизоляционного, огнестойкого и антикоррозионного покрытия трубопроводов.

Композицию по изобретению получают путем тщательного перемешивания микросфер с жидким стеклом в виде раствора определенной плотности в присутствии неионогенного поверхностно-активного вещества (ПАВ). При необходимости с целью усиления антикоррозионных и теплозащитных свойств покрытий в композицию дополнительно вводят армирующие наполнители в виде вспученного вермикулита или асбестовых нитей, а также двуокись титана.

В нижеследующей таблице 1 представлены конкретные примеры заявленной в качестве в качестве изобретения композиции, а в таблице 2 приведены некоторые свойства получаемых покрытий.

Приготовленную композицию наносят на металлическую поверхность, например на поверхность трубопровода теплового снабжения с температурой поверхности +115°С; толщина одного слоя около 0,5 мм; после сушки на поверхности трубы наносят следующий один или несколько слоев общей толщиной слоя около 2-3 мм. В результате температура на поверхности трубы уменьшилась на +30°С-°+40°С.

Таблица 1
Наименование компонентов	Содержание компонентов по примерам, мас.%
	пример 1	пример 2	пример 3	пример 4
1.Жидкое стекло:				95,0
- жидкое натриевое стекло с модулем 3,2 и плотностью 1,45 г/см3	4,5
- жидкое калиевое стекло с модулем 4,0 и плотностью 1,18 г/см3	-	40,0	30,0	-
2. Смесь полых микросфер:	95,0	4,5	10,0	4,5
- смесь полых стеклянных микросфер с размером 35 мкм и плотностью 650 кг/м3	40,0	-	2,0	-
- стеклянные микросферы с размером 100 мкм и плотностью 150 кг/м3	48,0	-	5,0	-
- стеклянные микросферы с размером 200 мкм и плотностью 70 кг/м3	7,0	-	3,0	-
- смесь полимерных микросфер:
- полистирольные микросферы с размером 10 мкм и плотностью 650 кг/м3	-	1,0	-	0,5
- полистирольные микросферы с размером 500 мкм и плотностью 50 кг/м3	-	0,5	-	2,0
- полистирольные микросферы с размером 50 мкм и плотностью 400 кг/м3	-	3,0	-	2,0
3. Неионогенные ПАВ - полиоксиэтиленовые эфиры алкилфенолов ОП-7	0,5	5,5	20,0	0,5
4. Вспученный вермикулит	-	-	20,0	-
5. Асбестовые нити	-	50,0	-	-
6. Двуокись титана			20,0

Таблица 2
Основные свойства покрытий на основе композиции по изобретению
Наименование показателей	по примерам
	1	2	3	4
Адгезия, балл	1	1	1	1
Твердость по маятникову прибору	0,55	0,7	0,6	0,7
Эластичность, мм	1	1	1	1
Атмосферостойкость	атмосферостойки
Водостойкость	водонепроницаемы
Газо- и паропроницаемость
Коррозионная стойкость	выдерживают воздействие солей и нефтепродуктов
Огнестойкость	не горючие
Теплоизоляционные свойства	выдерживают воздействие температур 500-1000°С,
не разрушаются

1. Композиция для получения антикоррозионного, огнестойкого и теплоизоляционного покрытия, включающая жидкое натриевое или калиевое стекло в качестве матрицы и наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя она содержит смесь полых микросфер, различающихся своими размерами в пределах от 10 до 500 мкм и насыпной плотностью в пределах от 650 до 50 кг/м³, выбранных из группы, включающей полые стеклянные микросферы, полые керамические микросферы, полые полимерные микросферы, полые техногенные микросферы или их смеси, дополнительно содержит неионогенное поверхностно-активное вещество и при необходимости армирующий наполнитель в виде вспученного вермикулита или асбестовых нитей, а также двуокись титана при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Жидкое стекло натриевое или калиевое	4,5-95,0
Вышеуказанные полые микросферы в виде смеси	4,5-95,0
Неионогенное поверхностно-активное вещество	0,5-20,0
Вспученный вермикулит или асбестовые нити	0,0-50,0
Двуокись титана	0,0-20,0

2. Применение композиции по п.1 в качестве защитного огнестойкого, теплоизоляционного и коррозионно-стойкого покрытия для трубопроводов.