Слой или покрытие, препятствующее осаждению кристаллов
Изобретение относится к слоям или покрытиям, препятствующим осаждению кристаллов на субстрате. Предложен слой или покрытие, включающее в себя матрицу, состоящую из связующей системы и керамических частиц, а также нитрид бора в форме частиц, которые включены в матрицу, где частицы нитрида бора представляют собой частицы гексагонального нитрида бора, а связующая система включает кремнийорганическое и/или неорганическое связующее, выбранное из группы, содержащей частицы оксидов алюминия, титана, циркония или бемита. Предложены также композиция для получения такого слоя или покрытия; способ получения такого слоя или покрытия; использование композиции, содержащей нитрид бора, в качестве материала для покрытия поверхностей, контактирующих с солесодержащими растворами; и водоочистные установки, имеющие компоненты, контактирующие с солесодержащей водой. Технический результат - предложенный слой или покрытие препятствует осаждению кристаллов даже при комнатной температуре, подходит для субстратов с поверхностями из металла, стекла, керамики, эмали или гладкой пластмассы, причем слой или покрытие имеет длительный срок эксплуатации. 5 н. и 14 з.п. ф-лы.
Настоящее изобретение относится к слою или покрытию, препятствующему образованию кристаллических отложений на субстрате, к композиции для получения такого слоя или покрытия, к способу получения такого слоя или покрытия и к применению композиции, содержащей нитрид бора, в качестве материала для покрытия поверхностей, контактирующих с солесодержащими растворами.
Как хорошо известно, кристаллизация - это процесс образования кристаллов. Кристаллизация может происходить из раствора, расплава, газовой фазы, твердого аморфного вещества либо из другого кристалла (перекристаллизация), но всегда посредством образования кристалла и роста кристалла. Кристалл представляет собой анизотропное, гомогенное тело, состоящее из трехмерных периодически упорядоченных структурных элементов. Для того чтобы мог образоваться кристалл, кристаллизующееся вещество сначала должно быть доведено до состояния перенасыщения. По мере образования кристалла растворенные прежде молекулы или элементы упорядочиваются в правильную форму, являющуюся в некоторых случаях специфичной для определенного вещества.
Уже давно известно об образовании плотно прилипающих наслоений на поверхности субстратов в результате кристаллизации солей из водного раствора, что приводит к значительным проблемам во многих областях. Известным примером этого является образование накипи в бойлерах вследствие зависящего от температуры равновесия гидрокарбонат кальция/карбонат кальция, приводящее к необходимости регулярной очистки бойлеров для обеспечения их работы. В большинстве случаев используют химические (например, при помощи кислот) или механические способы. Профилактика кристаллизации за счет использования дистиллированной воды или добавления комплексообразующих агентов, таких как этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА) или ионообменные смолы, возможна только для закрытых емкостей, но не может быть осуществлена, например, в открытых или проточных системах со значительными площадями поверхностей и высокой концентрацией солей.
В других секторах промышленности с таким явлением (известным, в частности, как кристаллизационное обрастание) также сталкиваются достаточно часто. Например, на испарительных установках для обессоливания морской воды, в теплообменниках на промышленных предприятиях или в проточных системах для охлаждения воды, на поверхностях, контактирующих с солесодержащими растворами, образуются соляные корки, которые прочно прилипают с течением времени, трудно удаляются и, кроме того, могут дополнительно содействовать коррозии в случае металлических поверхностей. Соляные корки на термостатах, нагревающих элементах или проточных нагревателях дополнительно в значительной степени затрудняют перенос тепла.
На силовых установках или мусоросжигательных установках вещества либо продукты реакции с установки по десульфуризации топливного газа нередко уносятся топливным газом в виде мелких твердых капель. По мере продвижения аэрозоля через парогазовый подогреватель в результате испарения жидкости соли (обычно сульфаты) осаждаются на трубках теплообменника. Эти осадки с течением времени могут приводить к забивке установки и, вследствие этого, неизбежно влечь за собой ее остановку для проведения ремонта. В связи с этим трубки следует периодически прочищать сложным способом, что несомненно отрицательно сказывается на работе установки и связано со значительными неудобствами и затратами.
Из предшествующего уровня техники известны покрытия, предотвращающие образование на поверхности точечных дефектов при испарении дождевой воды. Например, в патентных документах US 6013724 и JP 10130581 раскрыты покрытия на силановой основе, предназначенные для предотвращения загрязнения, образующегося при испарении дождевой воды. Такие слои, однако, имеют низкую устойчивость к истиранию и низкую долговременную устойчивость. В связи с этим они не подходят для использования в парогазовых подогревателях или испарительных установках для минерализованной воды.
Так называемые «легкоочищаемые» покрытия на основе фторсилана, как описано в патентных документах DE 19544763 А1 или ЕР 587667 В1, по существу позволяют воде стекать, однако они не могут использоваться для предотвращения осаждений за счет кристаллизации солей на поверхности. Во-первых, типичная толщина слоя, составляющая 5-10 мкм, является слишком маленькой для длительного использования в, как правило, абразивных условиях кристаллизации из проточных солесодержащих растворов. Во-вторых, с течением времени эти слои разбухают в водном растворе, в результате чего утрачивают свои свойства. Кроме того, группы, содержащие фтор и обуславливающие эффект, локализованы только на поверхности слоя, что означает, что после эрозии поверхностного слоя вода уже больше не сможет отталкиваться. Дорогостоящая тефлонизация металлических поверхностей при помощи слоя политетрафторэтилена (ПТФЭ) также непригодна для того, чтобы обеспечивать длительное антикристаллизационное действие.
Целью настоящего изобретения является предложение технического решения, не обладающего недостатками, известными из предшествующего уровня техники. Это решение должно позволять предотвращать или по меньшей мере в значительной степени препятствовать появлению осаждений кристаллического типа, в частности солей, на поверхностях. Внимание следует сконцентрировать, в частности, на защите влажных поверхностей или поверхностей, постоянно погруженных в воду.
Данная цель достигается при помощи слоя или покрытия, обладающего признаками по п.1 формулы изобретения, и применения, имеющего признаки по п.16 формулы изобретения. Предпочтительные варианты слоя или покрытия согласно настоящему изобретению описаны в зависимых пунктах 2 - 10. Композиция для получения такого слоя или покрытия определена в пунктах 11-15, промышленная установка, включающая компоненты, покрытые по меньшей мере частично таким слоем - в пункте 17. Способ получения такого слоя или покрытия описывается в пунктах 18 и 19. Формулировка всех пунктов формулы изобретения посредством данной ссылки включается в настоящее описание.
Слой или покрытие изобретения включает в себя матрицу, состоящую из связующей системы и керамических частиц, и нитрид бора в форме частиц.
Неожиданно было установлено, что такой слой или покрытие предотвращает осаждение кристаллов или по меньшей мере препятствует осаждению кристаллов даже при комнатной температуре. Это особенно подходит для субстратов с поверхностями из металла, стекла, керамики, эмали или гладкой пластмассы. Это имеет значение для хорошей адгезии к поверхности и высокой устойчивости к истиранию. Функциональные свойства слоя или покрытия обеспечиваются уже при комнатной температуре, при этом он имеет длительный срок эксплуатации.
Частицы нитрида бора предпочтительно представляют собой гексагональный нитрид бора. Частицы нитрида бора включаются в матрицу и распределяются в ней по существу равномерно. В результате слой согласно настоящему изобретению, в отличие от «легкоочищаемой» поверхности, будет способен «работать» в случае, если поверхность слоя повергнется частичной коррозии с течением времени.
Высокая устойчивость к истиранию слоя или покрытия согласно настоящему изобретению обеспечивается, прежде всего, матрицей, состоящей из связующей системы и керамических частиц. В данном контексте, термин «керамические частицы» следует понимать в самом широком смысле для обозначения частиц, образованных из неорганических соединений, которые предпочтительно присутствуют частично в кристаллической форме.
Связующая система слоя или покрытия согласно настоящему изобретению предпочтительно имеет по меньшей мере одно (отвержденное или вулканизированное) органическое связующее. По меньшей мере одно органическое связующее может быть использовано, например, в виде водных эмульсий или дисперсий, оно способствует укреплению и уплотнению полученного слоя или покрытия.
Согласно предпочтительному варианту осуществления по меньшей мере одно органическое связующее включает в себя связующее на основе акрилового полимера.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления по меньшей мере одно органическое связующее включает по меньшей мере один кремнийорганический компонент. Более конкретно, связующее включает в себя по меньшей мере один представитель группы полидиметилсилоксанов, предпочтительно состоящей из алкилполисилоксана, алкилсиликоновой смолы и фенилсиликоновой смолы.
Кроме того, предпочтительно, чтобы по меньшей мере одно органическое связующее включало по меньшей мере одну кремнийорганическую полиэфирную смолу.
Согласно особенно предпочтительному варианту осуществления для слоя или покрытия согласно настоящему изобретению выбрана связующая система, отверждаемая при температуре ниже 250°С, предпочтительно, ниже 150°С, в особенности, при комнатной температуре. Достоинством является то, что для получения слоя или покрытия не требуется отдельной стадии отверждения при очень высоких температурах, а вследствие этого отсутствует необходимость в использовании высоких температур для отверждения, и слой может также применяться для покрытия термически нестойких веществ, например, для покрытия пластмассовых субстратов. К тому же, при этом упрощается модернизация уже существующих установок.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления также может быть предпочтительно, чтобы связующее включало в себя по меньшей мере одно неорганическое связующее.
Такая связующая система является предпочтительной, особенно если она включает неорганические наночастицы, в особенности наночастицы, имеющие средний размер частиц <100 нм. Более предпочтительно, чтобы наночастицы имели средний размер частиц менее 50 нм, особенно менее 25 нм.
Наночастицы предпочтительно представляют собой частицы оксидов, в особенности являются по меньшей мере одним из членов группы, состоящей из частиц оксида алюминия, оксида циркония, бемита (алюминиевой руды) и диоксида титана.
В отличие от органических связующих систем, связующие системы, включающие только неорганические связующие, как правило, требуют проведения отверждения или отверждения при сравнительно более высоких температурах (температурах спекания). Это ограничивает область их применения, т.е. они не подходят для нанесения на субстраты с относительно низкой термостойкостью, например, на субстраты из пластмассы. С другой стороны, слой или покрытие согласно настоящему изобретению с полностью неорганической связующей системой является исключительно устойчивым к высоким температурам и потому особенно подходит для нанесения на субстраты, для которых выполнимы эти требования.
Особое предпочтение отдается также слою или покрытию, включающему связующую систему, состоящую из комбинации по меньшей мере одного органического и по меньшей мере одного неорганического связующего. Такая «гибридная связующая система» в основном требует для достижения начальной прочности проведения стадии отверждения при температурах, необходимых для отверждения органической связующей системы, то есть, например, при комнатной температуре.
Керамические частицы матрицы слоя или покрытия согласно настоящему изобретению предпочтительно имеют средний размер частиц в пределах от 0,2 мкм до 5 мкм.
Керамические частицы предпочтительно являются частицами оксидов, в особенности частицами оксида алюминия и/или диоксида титана.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления керамические частицы являются частицами алюмосиликатов. Среди них особенно предпочтительными являются полевые шпаты и цеолиты. В качестве предпочтительного следует также упомянуть каолин, который, как известно, является элементом скальной породы, включающим в качестве основного составляющего каолинит, продукт выветривания полевого шпата.
Что касается частиц нитрида бора в слое или покрытии согласно настоящему изобретению, предпочтительными являются частицы с определенным средним размером. Он составляет, в особенности, от 0,2 мкм до 5 мкм.
Слой или покрытие согласно настоящему изобретению предпочтительно имеет толщину в пределах от 10 мкм до 150 мкм, предпочтительно, около 50 мкм. Толщина, лежащая в таких пределах, обеспечивает, даже в случае значительных механических воздействий, длительное время эксплуатации.
Слой или покрытие согласно настоящему изобретению препятствуют осаждению всех видов солей, например хлорида натрия, морской соли, галогенидов, в особенности хлоридов, бромидов, фторидов, сульфатов, фосфатов, карбонатов, гидрокарбонатов, гидрофосфатов, предпочтительно CaSO4, и извести. Это особенно подходит для влажных поверхностей либо поверхностей, постоянно погруженных в воду или омываемых водой. В зависимости от используемой связующей системы данное покрытие или слой могут быть отверждены или отверждены при комнатной температуре либо при сравнительно низких температурах. Это особенно важно для покрытий, содержащих органические связующие системы или упоминавшиеся выше «гибридные связующие системы», включающие в себя комбинацию по меньшей мере одного органического и по меньшей мере одного неорганического связующего. Если на слое или покрытии согласно настоящему изобретению образуются осаждения кристаллов, такие осаждения сравнительно легко удаляются.
На поверхностях, покрытых слоем или покрытием изобретения, не образуются прочно налипающие соляные корки даже из растворов с высокой концентрацией солей, что имеет место, например, в испарительных системах для обессоливания морской воды или в проточных системах, включающих охлаждение воды рек и озер.
Кроме того, слой или покрытие согласно настоящему изобретению также препятствует совместному осаждению солей и золы, что могло бы привести к проблемам, например, в случае парогазовых подогревателей, как уже упоминалось ранее. Вследствие этого слой или покрытие согласно настоящему изобретению также могут использоваться в секторе силовых установок для парогазовых подогревателей. В результате снижается тенденция к спеканию, что продлевает время работы установки и облегчает очистку труб.
Настоящее изобретение аналогичным образом предлагает композицию для получения слоя или покрытия, препятствующих осаждению кристаллов.
Композиция согласно настоящему изобретению включает:
- связующую систему,
- керамические частицы,
- нитрид бора в форме частиц,
- необязательно технологические добавки и
- по меньшей мере один растворитель.
Как уже упоминалось, связующая система композиции согласно настоящему изобретению может быть органической связующей системой, неорганической связующей системой или «гибридной связующей системой». Все эти системы были подробно определены ранее в контексте описания слоя или покрытия согласно настоящему изобретению. Во избежание повторения, тем самым делается ссылка непосредственно на соответствующие части описания изобретения.
Это же относится и к предпочтительным керамическим частицам, а также к частицам нитрида бора, предпочтительно присутствующим в композиции согласно настоящему изобретению и также уже описанным выше.
Присутствующий в композиции согласно настоящему изобретению по меньшей мере один растворитель, предпочтительно, является полярным растворителем, в особенности водой. Тем не менее, в принципе, в качестве альтернативы или дополнения также могут присутствовать и другие полярные растворители, например спирты.
Во многих случаях, однако, желательно обходиться по существу без органических компонентов в растворителе. Например, при использовании органических растворителей благодаря их низкому давлению паров, в принципе, всегда существует риск возгорания.
В соответствии с этим, композиция согласно настоящему изобретению, согласно предпочтительному варианту осуществления, включает в себя растворитель, не содержащий неводных жидких компонентов.
Что касается технологических добавок в композиции согласно настоящему изобретению могут присутствовать любые известные специалистам в данной области техники добавки, например диспергирующие агенты, противовспениватели, выравнивающие вещества, сосвязующие агенты или загустители для регулирования вязкости.
Композиция согласно настоящему изобретению предпочтительно имеет содержание сухих веществ в пределах от 30 мас.% до 50 мас.%, в особенности, около 40 мас.%. Количество суспензионной среды, присутствующей в композиции согласно настоящему изобретению, по существу, является некритичным и может варьироваться в зависимости от применения композиции. Согласно предпочтительному варианту осуществления композиция представляет собой низковязкую, в особенности намазывающуюся или распыляемую суспензию.
Композиция согласно настоящему изобретению включает в себя нитрид бора в количестве, предпочтительно, от 5 мас.% до 50 мас.%, в особенности приблизительно от 10 мас.% до 15 мас.% от содержания сухих веществ
Керамические частицы присутствуют в композиции согласно настоящему изобретению в количестве, в особенности от 5 мас.% до 50 мас.%, в особенности приблизительно от 10 мас.% до 20 мас.% от содержания сухих веществ.
Композиция согласно настоящему изобретению отличается легкостью применения. Ее можно распылять или намазывать на субстрат, или же она может наноситься посредством окунания или обливания. В зависимости от использованной связующей системы, после нанесения композицию согласно настоящему изобретению следует просто высушить и, при необходимости, затем отверждать при повышенной температуре. Таким образом, при помощи слоя, препятствующего осаждению кристаллов, без проблем могут быть модернизированы уже смонтированные системы и установки.
Применение композиции, содержащей нитрид бора, в качестве материала для покрытия поверхностей, контактирующих с солесодержащей средой либо растворами или же каплями или вкраплениями, также является частью настоящего изобретения.
Композиция, содержащая нитрид бора, может наноситься на поверхность из стекла, керамики, эмали, металла и пластмассы. Соответственно, она пригодна для покрытия теплообменных систем, водяных трубопроводов, частей установок для обработки питьевой воды, испарительных установок для обессоливания морской воды, контуров системы водяного охлаждения, охлаждающего трубопровода, содержащего речную воду для силовых установок, установок воды для технологических и технических целей, орошаемых площадей, компонентов парогазовых подогревателей и тому подобного.
Также можно применять композицию, содержащую нитрид бора, для нанесения покрытия на детали, термостаты, нагревательные элементы, проточные нагреватели, емкости для воды и тому подобное для защиты их от отложения накипи.
Кроме того, изобретение также включает в себя любой объект, снабженный слоем или покрытием согласно настоящему изобретению, более конкретно, покрытый им. При этом не имеет значения, покрыт ли объект лишь частично или полностью слоем или покрытием согласно настоящему изобретению.
Более конкретно, настоящее изобретение также предлагает водоочистную установку, установку для обессоливания морской воды или тому подобное, имеющие компоненты, контактирующие с солесодержащей водой и снабженные по меньшей мере частично слоем, содержащим нитрид бора.
Слой или покрытие получают на субстрате при помощи способа согласно изобретению путем нанесения композиции, содержащей нитрид бора, на субстрат и последующей отверждения.
Отверждение протекает предпочтительно при сравнительно низких температурах, предпочтительно, при температуре < 250°С, в особенности при комнатной температуре.
Дополнительные признаки изобретения очевидны из описания предпочтительных вариантов осуществления в сочетании с зависимыми пунктами формулы изобретения. В то же время, конкретные признаки, каждый по отдельности или несколько, объединенные друг с другом, могут быть реализованы в одном варианте осуществления изобретения. Описанные частные варианты осуществления предназначены для иллюстрации и лучшего понимания изобретения и их ни в коем случае не следует рассматривать как ограничивающие.
Пример 1
Предпочтительный вариант осуществления композиции согласно настоящему изобретению наряду с водой в качестве растворителя включает в себя следующие компоненты:
- 37,5 г Joncryl® 8383 (из компании Jonson Polymer),
- 37,5 г Joncryl® 8300 (из компании Jonson Polymer),
- 150 г суспензии диоксида титана (из компании Kronos),
- 150 г суспензии нитрида бора (из компании Saint-Gobain),
- 42 г силиконового связующего,
- 2,085 г Tego® Protect 5100 (из компании Tego Chemie),
- 4,17 г Tego® ViscoPlus 3000 (из компании Tego Chemie).
Суспензия диоксида титана включает в себя следующие компоненты:
- 100 г деминерализованной воды,
- 2,448 г EFKA® 4530 (из компании Efka Additives),
- 68 г TiO2 (из компании Kronos),
- 0,068 г Surfynol® 104 ВС (из компании Air Products).
Для приготовления суспензии диоксида титана смешивают при перемешивании EFKA® 4530 и воду. Через 30 минут добавляют TiO2. После этого добавляют Surfynol® 104 ВС и смесь перемешивают в течение еще 2 часов. Затем смесь перетирают в бисерной мельнице. Суспензия хорошо хранится, при этом ее следует тщательно перемешать перед использованием.
Суспензия нитрида бора включает следующие компоненты:
- 100 г деминерализованной воды,
- 11,1 г EFKA® 4530,
- 74 г нитрида бора (из компании Saint-Gobain).
Для приготовления суспензии нитрида бора EFKA® 4530 и воду смешивают при перемешивании. Через 30 минут добавляют нитрид бора и смесь перемешивают в течение еще 2 часов. Затем смесь перетирают в бисерной мельнице при перемешивании. (Размер частиц в конечной суспензии должен быть менее 1 мкм). Суспензия хорошо хранится, при этом ее следует тщательно перемешать перед использованием.
Силиконовое связующее включает в себя следующие компоненты:
- 2 г 3-аминопропилметилдиэтоксисилана (из компании Brenntag),
- 0,376 г соляной кислоты (0,1 М),
- 36,40 г Silres® МР 42 Е (из компании Wacker Chemir),
- 3,64 г Tego® Protect 5100,
- 1,82 г деминерализованной воды.
Для приготовления силиконового связующего соляную кислоту по каплям прибавляют к 3-аминопропилметилдиэтоксисилану, после чего полученную смесь перемешивают в течение 24 часов. В результате образуется гидролизат. Silres® МР 42, Tego® Protect 5100 и воду смешивают друг с другом и перемешивают по меньшей мере в течение 12 часов. К этой эмульсии по каплям прибавляют 1,82 г гидролизата, после чего смесь перемешивают в течение 24 часов.
Смесь силиконового связующего не подлежит хранению и должна быть использована сразу же.
Для приготовления конечной композиции (см. выше) Joncryl® 8383 и Joncryl® 8300 (акриловые связующие) смешивают при перемешивании. После этого прибавляют суспензию диоксида титана и суспензию нитрида бора. Смесь перемешивают в течение 4 часов. Далее медленно по каплям прибавляют силиконовое связующее и смесь перемешивают в течение 24 часов. После добавления порциями Tego® Protect 5100 смесь перемешивают в течение 3 часов и после добавления Tego® ViscoPlus 3000 - в течение еще 24 часов.
Композиция может быть нанесена на субстрат, например на металлическую пластину, пластину из нержавеющей стали, например, путем распыления, погружения, покрытия поливом или нанесения покрытия кистью. После сушки при комнатной температуре полученный слой или покрытие готовы к употреблению.
Благодаря низким температурам, достаточным для отверждения такая композиция особенно подходит для термически нестабильных субстратов, особенно изготовленных из пластмассы.
Необязательно, но тем не менее, также может быть проведено дополнительное отверждение при повышенной температуре (< 200°С).
Пример 2
Еще один предпочтительный вариант осуществления композиции согласно настоящему изобретению включает, также наряду с водой в качестве растворителя, следующие компоненты:
| Компонент № | Количество (мас.%) | |
| 1 | BN (из компании Saint_Gobain) | 30,87 |
| 2 | Al2O3 (из Alcoa) | 15,43 |
| 3 | Фосфатное стекло (из компании Budenheim) | 12,00 |
| 4 | Полисилоксановое связующее (Silres® MP 42 Е) | 30,00 |
| 5 | Фосфатная коррозионная защита на основе фосфата цинка, фосфата кальция, фосфата алюминия в фосфорной кислоте | 10,25 |
| 6 | Byk® 420/бутилгликоль (из компании Byk Chemie) | 1,15 |
| 7 | Acticide® MBS в качестве консерванта (из компании Thor) | 0,3 |
Для приготовления этой композиции компоненты 1, 2, 3 и 5 сначала каждый по отдельности диспергируют в воде с помощью соответствующих добавок и перетирают с помощью бисерной мельницы. После этого отдельные компоненты покрывающей системы сначала загружают в упомянутой выше последовательности и затем смешивают друг с другом при помощи простого перемешивания в воде. В это же время содержание сухих веществ в композиции доводят приблизительно до 40 мас.%.
Композиция может быть нанесена на подходящий субстрат, например, при помощи распыления, погружения, покрытия поливом или нанесения покрытия кистью. После сушки при комнатной температуре (или при повышенных температурах) следует фактическое тепловое отверждение покрытия при температурах > 450°С (в течение 30 минут).
Пример 3
Еще один предпочтительный вариант осуществления композиции согласно настоящему изобретению включает, также наряду с водой в качестве растворителя, следующие компоненты:
| Компонент № | Количество (мас.%) | |
| 1 | Al2O3 (из Alcoa) | 36,79 |
| 2 | n-ZrO2 (размер частиц 10 нм) | 8,17 |
| 3 | BN (из компании Saint-Gobain) | 20,68 |
| 4 | Byk® 420/бутилгликоль | 1,03 |
| 5 | Inodur® (из компании Inomat) | 33,0 |
Для приготовления этой композиции компоненты 1, 2 и 3 сначала каждый по отдельности диспергируют в воде с помощью соответствующих добавок и перетирают с помощью бисерной мельницы. После этого компоненты 1, 2 и 3 покрывающей системы сначала загружают в указанной выше последовательности, а затем смешивают друг с другом при помощи простого перемешивания. Компоненты 4 и 5 аналогично смешивают друг с другом и после непродолжительного времени активации (приблизительно 10 минут) добавляют в смесь компонентов 1, 2 и 3. В это же время содержание сухих веществ в композиции доводят приблизительно до 40 мас.%.
Композиция может быть нанесена на подходящий субстрат, например, при помощи распыления, погружения, покрытия поливом или нанесения покрытия кистью. После сушки при комнатной температуре или температурах до 100°С следует фактическое тепловое отверждение покрытия при температуре 450-500°С (в течение 10 минут).
Пример 4
Еще один предпочтительный вариант осуществления композиции согласно настоящему изобретению получен следующим образом с прямой ссылкой на способы, описанные в предыдущих примерах.
В реактор с перемешиванием сначала загружают 41 г силиконовой полиэфирной смолы и разбавляют 33 г бутилацетата. Полученную таким образом смесь перемешивают при комнатной температуре в течение 30 минут. После этого добавляют 5,55 г порошкообразного гексагонального нитрида бора. Полученную таким способом смесь перетирают на шаровой мельнице, содержащей измельчающие шарики из ZrO2, в течение 1 часа, затем смешивают еще с 8,9 г перфторированного воска. После этого при помощи аппарата для растворения добавляют 8,9 г порошкообразного кальцинированного каолина и затем смесь перемешивают в течение еще 1 часа. После добавления поверхностной добавки (полидиметилсилоксана, модифицированного полиэфиром, BYK-306) и еще 1 часа перемешивания полученную смесь можно наносить при помощи способов, уже описанных в предыдущих примерах, на субстрат (например, металлическую пластину, пластину из нержавеющей стали). Это нанесение может быть осуществлено, например, при помощи распыления из пульверизатора низкого давления.
Пример 5
В стеклянном реакторе субстрат из нержавеющей стали, покрытый композицией в соответствии с примерами с 1 по 4, и непокрытый субстрат из нержавеющей стали в качестве стандарта выдерживают каждый в насыщенном растворе CaSO4. Субстрат постоянно омывают раствором CaSO4. (Поток создают при помощи перемешивающего устройства; при этом скорость потока поддерживали на низком уровне). Температура раствора CaSO4 составляет 80°С.
Через 30 дней оценивают отложения CaSO4, образовавшиеся в результате кристаллизации на субстратах. Субстраты, покрытые композицией согласно настоящему изобретению, имеют более низкую степень отложения CaSO4 приблизительно с коэффициентом 4, чем образец сравнения. Уже визуально можно различить существенно более низкую степень отложения, чем в случае непокрытого субстрата сравнения. На непокрытом субстрате слой CaSO4 был значительно толще. Слой CaSO4 на субстратах из нержавеющей стали, покрытых композицией согласно настоящему изобретению, легко мог быть счищен механически.
Пример 6
Солевые растворы различной концентрации (CaCl2/CaSO4, поваренная соль, поваренная соль/CaCl2) концентрируют при помощи сушки на стальных поверхностях, покрытых композициями в соответствии с примерами 1, 2, 3 и 4 (при температуре 150°С в течение 3 часов). После этого соляные корки удаляют при помощи шпателя (то есть, механическим способом) или смыванием водой.
По сравнению с непокрытым субстратом с покрытого субстрата корки удалялись значительно легче. Покрытие само по себе оставалось не изменившимся.
Пример 7
Субстраты из мягкой стали, нержавеющей стали и стекла размером 10×10 см и покрытые композициями в соответствии с примерами 1,2, 3 и 4 нагревают в сушильной камере до температуры 150°С или 170°С. На поверхность каждого из них при помощи пипетки капают по капле объемом приблизительно 2-3 мл раствора соли (хлорида кальция, сульфата кальция, каждый представлял собой 10% раствор в воде), который концентрируют путем сушки при комнатной температуре. Это приводит к образованию соляной корки в форме таблетки. Для сравнения капля солевого раствора в каждом случае была также добавлена к непокрытому субстрату из мягкой стали, нержавеющей стали и стекла и сконцентрирована путем сушки.
Охлажденные субстраты оценивают. Во всех случаях их сравнивают с непокрытыми пластинами. После охлаждения соляные корки очень прочно приклеиваются к непокрытым субстратам сравнения и с трудом удаляются с них при помощи шпателя и при этом не полностью.
Значительно легче отделяются корки в случае покрытых поверхностей. Под проточной водой солевая таблетка удалялась с субстрата на значительно более ранней стадии и без остатка (без растворения большей части).
1. Слой или покрытие, препятствующее образованию кристаллических отложений на субстрате, включающее в себя
матрицу, состоящую из связующей системы и керамических частиц, а также
нитрид бора в форме частиц, которые включены в матрицу,
где частицы нитрида бора представляют собой частицы гексагонального нитрида бора, а связующая система включает кремнийорганическое связующее и/или неорганическое связующее, выбранное из группы, содержащей частицы оксидов алюминия, титана, циркония или бемита.
2. Слой или покрытие по п.1, отличающееся тем, что кремнийорганическое связующее включает в себя по меньшей мере один компонент, выбранный из группы полидиметилсилоксанов, предпочтительно содержащей алкилполисилоксан, алкилсиликоновую смолу и фенилсиликоновую смолу.
3. Слой или покрытие по п.1, отличающееся тем, что кремнийорганическое связующее включает в себя по меньшей мере одну кремнийорганическую полиэфирную смолу.
4. Слой или покрытие по п.1, отличающееся тем, что связующая система является отверждаемой при температуре ниже 250°С, предпочтительно ниже 150°С, наиболее предпочтительно при комнатной температуре.
5. Слой или покрытие по п.1, отличающееся тем, что неорганическое связующее включает в себя наночастицы, в частности наночастицы, имеющие средний размер частиц <100 нм.
6. Слой или покрытие по п.1, отличающееся тем, что керамические частицы матрицы имеют средний размер частиц в пределах от 0,2 до 5 мкм.
7. Слой или покрытие по п.1, отличающееся тем, что керамические частицы представляют собой частицы оксидов, в частности частицы оксида алюминия и/или частицы диоксида титана.
8. Слой или покрытие по п.1, отличающееся тем, что керамические частицы являются частицами алюмосиликатов.
9. Слой или покрытие по п.1, отличающееся тем, что частицы нитрида бора имеют средний размер частиц в пределах от 0,2 до 5 мкм.
10. Слой или покрытие по п.1, отличающееся тем, что имеет толщину в пределах от 10 до 150 мкм, предпочтительно около 50 мкм.
11. Композиция для получения слоя или покрытия по любому из предшествующих пунктов, включающая в себя
связующую систему, включающую кремнийорганическое связующее и/или неорганическое связующее, выбранное из группы, содержащей частицы оксидов алюминия, титана, циркония или бемита,
керамические частицы,
нитрид бора в форме частиц, представляющих собой частицы гексагонального нитрида бора,
необязательно технологические добавки и
по меньшей мере один растворитель.
12. Композиция по п.11, отличающаяся тем, что по меньшей мере один растворитель является полярным растворителем, предпочтительно водой.
13. Композиция по п.11, отличающаяся тем, что имеет содержание сухих веществ в пределах от 30 до 50 мас.%, предпочтительно около 40 мас.%.
14. Композиция по п.11, отличающаяся тем, что содержит нитрид бора в количестве от 5 до 50 мас.%, предпочтительно от приблизительно 10 до приблизительно 15 мас.% от содержания сухих веществ.
15. Композиция по любому из пп.11-14, отличающаяся тем, что включает в себя керамические частицы в количестве от 5 до 50 мас.%, предпочтительно приблизительно от приблизительно 10 до приблизительно 20 мас.% от содержания сухих веществ.
16. Применение композиции, содержащей нитрид бора, как она определена в любом из пп.11-15, в качестве материала для покрытия поверхностей, контактирующих с солесодержащей средой, в особенности с солесодержащими растворами.
17. Водоочистная установка, установка для обессоливания морской воды, теплообменная система, в особенности система подогревателя парогазовой установки, контур охлаждающей воды или тому подобное, отличающиеся тем, что имеют компоненты, контактирующие с солесодержащей водой, снабженные по меньшей мере частично слоем, содержащим нитрид бора, как он определен в любом из пп.1-10.
18. Способ получения слоя или покрытия, охарактеризованного в любом из пп.1-10, на субстрате, отличающийся тем, что композицию, охарактеризованную в любом из пп.11-15, наносят на субстрат и отверждают.
19. Способ по п.18, отличающийся тем, что отверждение осуществляют при температуре <250°С, предпочтительно <150°С, более предпочтительно при комнатной температуре.
