Противообледенительное покрытие

 

Использование: противообледенительное покрытие. Сущность изобретения: применение вулканизированных неполярных каучуков, выбранных из природного или синтетического изопренового, этиленпропиленового, бутадиенового и бутилового, с помощью агента вулканизации, состоящего из серы и/или производных серы или оксида металла, в качестве противообледенительного покрытия; дополнительно покрытие содержит газовую сажу до 100 массовых частей на сто частей вулканизированных неполярных каучуков. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к противообледенительному средству в форме покрытия, которое наносят на ту или те поверхности, которые необходимо предохранить против нарастания льда, причем указанное покрытие состоит из одного или нескольких полимерных материалов, включающих полиолефины, полидиены, т.е. углеводородные смолы.

Обледенение является проблемой, которую до сих пор не удавалось удовлетворительно решить по одному или нескольким аспектам, несмотря на большое количество материалов, которые за прошедшие годы были представлены как обладающие чрезвычайно низким сцеплением со льдом, снегом и иными кристаллическими формами замерзшей воды. После использования в течение определенного периода и будучи подверженными воздействию окружающей среды все эти материалы демонстрировали увеличение сцепления со льдом, снижая таким образом эффективность использования таких материалов как антиобледенительных средств.

Иными словами, известно, что некоторые материалы обеспечивают относительно хорошую защиту от обледенения в течение относительно короткого периода времени, но эти материалы не представляют длительную защиту, способную предотвратить отложение или замерзание льда, снега и иных форм замерзшей воды на защищаемой поверхности в течение нескольких лет.

В соответствии с этим всегда существует неуверенность в том, насколько эффективно защищена поверхность с антиобледенительным покрытием в данный момент времени, т. е. существует неуверенность в том, полностью ли исчезла способность защитного покрытия к предупреждению обледенения или же ее будет достаточно еще на один или два года использования. В этой неопределенности также заключается серьезный недостаток известных материалов и сочетаний материалов, использовавшихся до сих пор и продолжающих использоваться в качестве современных противообледенительных средств.

Проблемы, которые создает обледение, хорошо известны людям, живущим в арктических и субарктических регионах, причем эти проблемы можно ранжировать от серьезных проблем до мелких неудобств, таких, например, как замерзание дворников ветровых стекол и дверных уплотнений частных автомобилей, грузовиков и иных транспортных средств, создание условий, угрожающих жизни, как например нарастание льда на крыльях самолетов, лопастях винтов вертолетов, морских и речных судах, радиомачтах, иных видах мачт, силовых кабелей и тому подобном.

Другим примером ситуации, в которой лед может вызвать крупные затраты и серьезный риск разрушения, является нарастание льда на впускных воротах гидроэлектростанций, когда нарастание льда может быстро привести к остановке электростанции с прекращением в результате выработки электроэнергии. Еще одним примером является нарастание льда на подводных кабелях и на трубах тепловых насосов, применяемых в озерах и водных путях в качестве тепловых накопителей. В последнем случае ледяное покрытие может привести к всплыванию кабелей или шлангов и труб на поверхность с очевидной опасностью их повреждения водным транспортом.

Исследования показали, что сцепление или смерзание льда и основы определяется, вне сомнения, свойствами материала, и при этом было также обнаружено, что на такое сцепление оказывает определенное влияние поверхностная энергия данного материала.

Так, например, полимерные материалы вне зависимости от их типа имеют со льдом гораздо меньшее сцепление, чем металлы. Установлено также, что материалы с низкой поверхностной энергией обладают более низкой сцепляемостью со льдом чем материалы с высокой поверхностной энергией. Несмотря на это, однако, внутренняя (общая) прочность материалов непосредственно связана с поверхностной энергией, а если сказать точнее, то поверхностная энергия является следствием и, соответственно, зависит от внутренних связующих сил и прочности данного материала.

Материал, обладающий высокой механической прочностью, имеет, таким образом, более высокую поверхностную энергию, чем материал, обладающий низкой механической прочностью, а знание этого факта также показывает, что при использовании в качестве противообледенительных средств и подобных покрытий предпочтение следует отдавать материалам с низкой поверхностной энергией.

Сцепление льда или его способность намерзания на поверхности являются, однако, обратно пропорциональной поверхностной энергии материала только до определенного уровня. Обнаружено, что ниже этого уровня сила, с которой происходит сцепление льда, остается практически постоянной, если значения поверхностной энергии оказываются ниже этого самого низкого уровня. Аналогичные наблюдения были сделаны в отношении адгезии обработка полиэтилена, ведущая к повышению поверхностной энергии, показывает, что эта адгезия резко возрастает выше данного уровня.

Тот факт, что способность льда примерзать или прочно приставать к поверхности не является обратно пропорциональным поверхностной энергии материала при всех значениях поверхностной энергии, также выдвигается в числе причин, объясняющих, почему покрытия, изготовленные из материалов с низкой поверхностной энергией, имеют неприемлемо короткий срок полезной жизни в отношении их функции как противообледенительного средства.

В соответствии с этим целью настоящего изобретения является предложение противообледенительного средства в форме покрытия, которое может быть нанесено на поверхность и обладает длительным полезным сроком службы и продолжительной эффективностью в качестве противообледенительного покрытия, обладает соответственно низким сцеплением со льдом, снегом или иными формами замерзшей воды и которое, в то же время, устойчиво к воздействию окружающей среды и обладает оптимальной прочностью к механическим повреждениям, абразивному износу, ударным воздействиям и тому подобному.

Для того чтобы достичь целей настоящего изобретения, а именно предложить противообледенительное средство, сохраняющее свою эффективность в течение длительного периода времени, являющееся предметом изобретения противообледенительное покрытие состоит из смол на основе углеводородов, или смеси двух или нескольких подобных материалов, в котором сам материал или смесь материалов будут оптимальными в отношении свойств, связанных с низким сцеплением со льдом, снегом или иными формами замерзшей воды, но одновременно будут обладать высокой стойкостью к эрозии частицами льда, песка и других материалов, переносимых ветром. Данный материал или смесь материалов должны также быть нечувствительны к небольшим значениям рН, что бывает при осаждении кислот в районах, в которых обледенение является реальной проблемой.

К видам материалов, в первую очередь относящихся к настоящему изобретению, относятся те типы углеводородов, в которых не хватает полярных групп. Примерами таких углеводородных материалов являются: 1) природный каучук; 2) синтетический каучук, например изопреновый каучук, этиленпропиленовый каучук, бутадиеновый каучук и бутиловый каучук.

В целях обеспечения эффективной защиты от закрепления на поверхности льда, снега или иных форм замерзшей воды или вообще любого материала в соответствии с настоящим изобретением предлагается, чтобы на поверхность было нанесено покрытие, состоящее из материала или смеси материалов, включающей полимерные углеводороды типа, в котором полностью отсутствуют полярные группы и который полимеризован до состояния каучукового материала, включающего один или несколько следующих гибких материалов, а именно: природный каучук, синтетический каучук, изопреновый каучук, этиленпропиленовый каучук, бутадиеновый каучук, бутиловый каучук, изобутен-изопреновый каучук. Этот каучуковый материал или смесь материалов подвергают вулканизации с помощью вулканизатора или агента вулканизации в форме перекисей, серы, производных серы или оксидов металлов или серы и производных серы.

В соответствии с настоящим изобретением каучуковый материал может включать газовую сажу без усилителя в количестве от 0 до 100 частей на сотню частей каучука. Эту газовую сажу можно полностью или частично заменить кремнеземом.

Изобретение может также включать вещества, способствующие понижению температуры замерзания, такие как, например, глицерин или гликоль.

В связи с тем что покрытие состоит из каучукового материала, оно обладает хорошей пластичностью даже при таких низких температурах, как от -40 до -90^oC, в зависимости от выбора полимера. Покрытие, являющееся предметом изобретения будет также обладать высокой силой трения, что делает покрытие весьма подходящим для использования на поверхностях, предназначенных для пешеходного движения, с колесным транспортом или без него.

Покрытие соединяют с поверхностью или поверхностями, которое оно должно защищать против обледенения, с помощью склеивания, вулканизации или каким-либо иным химическим или механическим способом.

При намерении снизить активность нарастания льда на, например, ведущей кромке крыльев самолетов или основных несущих поверхностей, лопастях пропеллеров и т. д. опыты, выполненные с нанесением покрытия, являющегося предметом настоящего изобретения, продемонстрировали трехкратное улучшение в каждом из этих случаев по сравнению с известными материалами, применяемыми в тех же целях.

В сравнении с обычными красителями и, в определенной степени, также другими покрытиями вулканизированный каучуковый материал может быть нанесен более толстыми, гибкими слоями, которые допускают большую вероятность возникновения и развития трещин с покрытием высокой прочности. Пластичный материал также лучше противостоит ударному воздействию частиц и амортизирует такие удары, что ведет к снижению механического износа покрытия, значительно продлевая полезный срок службы.

Формула изобретения

1. Применение вулканизированных неполярных каучуков, выбранных из природного или синтетического изопренового, этиленпропиленового, бутадиенового и бутилового, с помощью агента вулканизации, состоящего из серы и/или производных серы или оксида металла, в качестве противообледенительного покрытия.

2. Применение по п.1, отличающееся тем, что вулканизированные неполярные каучуки дополнительно содержат газовую сажу до 100 мас.ч. на 100 мас.ч. вулканизированных неполярных каучуков.