Светоотражающее покрытие - RU2775015C1

Описание

Изобретение относится к покрытиям камер закрытого бактерицидного облучателя, используемого в системе вентиляции и кондиционирования в транспортных средствах, в частности, в железнодорожных пассажирских вагонах, в вагонах метро, самолетах, автобусах и т.д.

Отражение от поверхности в выбранном спектральном диапазоне может быть усилено или подавлено за счет нанесения специальных оптических покрытий https://www.tydexoptics.com/pdf/ru/Optical_Coatings_ru.pdf. Нанесенные пленки дополнительно могут модифицировать физические свойства поверхности, например, повышать ее стойкость к воздействию влаги и/или пыли. Спектральный диапазон покрытий очень широк: от ближнего ультрафиолета до дальнего инфракрасного и миллиметрового диапазонов. Для нанесения оптических покрытий применяются электронно-лучевое и резистивное испарения с ионной очисткой поверхности деталей и ионным ассистированием на установках Balzers BAK-760 (Лихтенштейн), ВУ-1АИ и ВУ-2МИ (Беларусь). Металлические зеркала, в том числе и алюминиевые, применяют когда необходимо высокое отражение в широком спектральном диапазоне. Алюминиевые зеркала остаются наиболее часто используемыми металлическими зеркалами благодаря тому, что обладают неплохим отражением от УФ до дальнего ИК и ТГц диапазона, низкой стоимостью и высокой стойкостью ко внешним воздействиям. При контакте с воздухом алюминий формирует слой оксида Al2 O3 толщиной несколько нанометров. Слой оптически прозрачен, очень плотен и химически стабилен. Этот слой обеспечивает высочайшую химическую стойкость пленки алюминия, но не может защитить ее от механических воздействий. Такие зеркала востребованы, например, внутри научных приборов, когда защитный слой может быть источником нежелательных интерференций или поглощения. Но в большинстве случаев требуется дополнительная защита отражающего слоя.

Недостатком известного покрытия является сложность его нанесения, для чего требуется специальное дорогостоящее оборудование для обеспечения электронно-лучевого и резистивного испарения с ионной очисткой поверхности деталей и ионным ассистированием. Как правило, такое покрытие используется в оптических приборах. Использование известного отражающего излучение покрытия в устройствах, применяемых в рециркуляторах, является неоправданно дорогим. Кроме того, такое покрытие в процессе эксплуатации имеет способность к окислению окисляется, а для равномерности облученности в камере обеззараживания необходимо покрытие с диффузным отражением, следовательно, на поверхности алюминия необходимо создать микрорельеф. Такое покрытие быстро покрывается слоем пыли, оседающей из обрабатываемого воздуха.

В результате этих процессов отражающая способность таких покрытий в процессе эксплуатации резко падает, а, следовательно, требует разработки системы очистки отражающей поверхности камеры и проведение самой очистки через определенные интервалы времени.

Из уровня техники известны различные светоотражающие покрытия: RU 2188476; US 385120; RU 2036535; RU 2410732; RU 2642663.

В частности, известен состав для покрытия, отражающее УФ излучение (SU 1805435, кл. G02B5/26, C09D 5/33, 1993г), содержащий отражающий компонент, силикат натрия и воду. В качестве отражающего компонента состав содержит порошок оксида магния при следующем соотношении компонентов, в масс. ч.:

Способ получения покрытия на поверхности включает операции по приготовлению состава в указанном соотношении компонентов, путем смешивания, очистку поверхности основы от органических загрязнений, и нанесение состава толщиной 0,5-1,0 мм с помощью краскопульта на рабочую поверхность осветителя, испарение воды сушкой в естественных условиях. В качестве основы использовали алюминий, стеклотекстолит и стеклоткань.

Данное покрытие хорошо проявило себя в режиме кратковременных вспышек, когда стекло не успевает нагреться, но оно не может выдержать длительного (в течение тысяч часов) постоянного воздействия УФ излучения, которое применяется в камерах закрытого бактерицидного облучателя (рециркуляторах) для обеззараживания воздуха. Длительное воздействие УФ излучения включает процесс быстрого разрушения силикатного стекла, а оксид магния, при контакте с воздухом от которого его первоначально защищало силикатное покрытие, деградирует.

Кроме того отражающее покрытие камеры бактерицидного облучения помимо обеспечения высокого коэффициента отражения УФ - излучения должно отвечать следующим требованиям:

- быть устойчивым к высоким дозам УФ-облучения;

- быть стабильным в течение длительной эксплуатации;

- обеспечивать технологичность нанесения на объекты сложной формы внутренней поверхности камеры обеззараживания;

- быть безопасным.

Проблемой, на которую направлено изобретение, является усовершенствование состава покрытия для возможности использования в камерах бактерицидного обеззараживания воздуха.

Техническим результатом изобретения является повышение срока службы покрытия при длительном постоянном воздействии УФ излучения, упрощение его получения и нанесения на внутреннюю поверхность камеры бактерицидного облучателя.

Поставленная проблема и заявленный технический результат достигаются тем, что согласно изобретению светоотражающее покрытие включает от 10 до 20 % масс раствор синтетического фторсодержащего каучукоподобного сополимера винилиденфторида с гексафторпропиленом марки СКФ - 26 в этилацетате и алюминиевую пасту «STAPA 9757» c чешуйками «серебряные доллары» в количестве от 0,05 до 3,0 масс. % от массы фторкаучука в растворе.

Использование в качестве светоотражающего компонента алюминиевой пасты «STAPA 9757» c чешуйками «серебряные доллары», размер которых в пределах 18 мкм, положительно влияет на отражающую способность покрытия при длительном сроке (до 10 лет) его использования. Кроме того выбранное содержание пасты «STAPA 9757» от 0,05 до 3,0% масс. от массы фторкаучука в растворе обеспечивают равномерное покрытие поверхности, за счет строгой параллельной ориентации дискообразных чешуек на обрабатываемой поверхности, создавая необходимое отражение УФ излучения обратно в камеру обеззараживания. При этом если количество пасты «STAPA 9757» будет меньше 0,05% масс от массы фторкаучука в растворе, при нанесении состава на поверхность могут образовываться не прокрашенные (не покрытые) чешуйками места, что значительно снизит отражающий эффект. При превышении количества пасты «STAPA 9757» свыше 3,0 % масс., чешуйки пасты из-за повышенной концентрации могут располагаться одна на другой или под углом к поверхности, что также снизит отражающую способность поверхности.

Использование синтетического фторсодержащего каучукоподобного сополимера винилиденфторида с гексафторпропиленом марки СКФ - 26, который является высокомолекулярным эластичным сополимером, обеспечивает светоотражающему покрытию высокую устойчивость к УФ - излучению, высокую адгезийность к металлам, теплостойкость, морозостойкость, атмосферостойкость и озоностойкость, химическую и биологическую инертность, хорошую износостойкость и стойкость к абразивному истиранию, невоспламеняемость, стойкость к старению при высоких температурах. Такое покрытие может использоваться длительное время, до 10 лет. Концентрация раствора от 10 до 20 % масс фторсодержащего каучукоподобного сополимера в этилацетате, обеспечивает необходимую и достаточную вязкость раствора, при которой осуществляется простой и быстрый процесс нанесения суспензии на поверхность с помощью кисти, шпателя или краскопульта. За счет оптимальной вязкости раствора обеспечивается исключение оседания алюминиевых чешуек в течение суток, что позволяет использовать раствор в течение рабочей смены. Снижение количества фторсодержащего каучукоподобного сополимера делает раствор жидким, который будет плохо связываться с поверхностью, не давая герметизации поверхности, создавая условия для окисления чешуек алюминия, а превышение его количества повышает вязкость, делает раствор густым, не давая создавать тонкую пленку, что также снижает качество покрытия.

Выбор в качестве растворителя этилацетата обеспечивает хорошее растворение фторсодержащего каучукоподобного сополимера при комнатной температуре, не требуя для этого специального оборудования. 10 - 20% масс. раствор обеспечивает необходимую концентрацию, при снижении которой раствор будет слишком разбавленным и не даст необходимой консистенции для прилипания покрытия к обрабатываемой поверхности, покрытие будет стекать, образуя пустые не прокрашенные места, а уменьшение этилацетата даст вязкую консистенцию составу, увеличит время сушки, покрытие будет неровным, шероховатым, а, следовательно, его отражающая способность снизится.

Подобранная опытным путем композиция светоотражающего покрытия позволяет проводить процесс нанесения его на обрабатываемую поверхность тонким слоем с применением простых средств, таких как: кисть, краскопульт или шпатель, при этом получается гладкое покрытие с высоким диффузным светоотражающим эффектом не мене 80%.

Светоотражающее покрытие получают следующим образом.

Предварительно приготовляли 10-20% масс раствор фторсодержащего каучукоподобного сополимера марки СКФ-26 в этилацетате. Для получения 1 кг раствора смешивали 100-200г фторсодержащего каучукоподобного сополимера СКФ - 26 с 800-900 г этилацетата. Перемешивали до полного растворения фторсодержащего каучукоподобного сополимера в этилацетате пропеллерной мешалкой, 60 об/мин. При более интенсивном перемешивании, может происходить повреждение алюминиевых чешуек, негативно влияющих на отражающей способности покрытия. Критерий полного растворения - отсутствие дисперсных частиц фторсодержащего каучукоподобного сополимера (СКФ-26 - порошок). Практический опыт показал, что полное растворение достигается при перемешивании мешалкой при комнатной температуре в течение 1 - 1,5 часа. Пропорции определяли требованием достижения необходимой вязкости. Если фторсодержащего каучукоподобного сополимера больше - раствор становится слишком вязким, и его трудно равномерно нанести на поверхность, а если фторсодержащего каучукоподобного сополимера меньше - раствор становится «жидким», и потом, при внесении пасты «STAPA 9757» чешуйки оседают на дно суспензии.

В полученный раствор для получения суспензии добавляли пасту «STAPA 9757» в количестве от 0,05 до 3,0% от массы фторсодержащего каучукоподобного сополимера в растворе этилацетата. При этом количественное соотношение ингредиентов, зависит от того каким способом планируется наносить полученную суспензию на обрабатываемую поверхность. Так, для нанесения шпателем, состав должен быть более густой, для нанесения кистью, более разбавленным, а для обработки краскопультом с самой низкой концентрацией пасты «STAPA 9757» и раствора фторсодержащего каучукоподобного сополимера в этилацетате.

Для получения 1 кг 10% раствора фторсодержащего каучукоподобного сополимера СКФ - 26 в этилацетате брали 100г фторкаучука СКФ-26, 900 г этилацетата и от 0,5 до 1,5г пасты «STAPA 9757». Оптимальное количество введения пасты «STAPA 9757» в 10% раствор фторсодержащего каучукоподобного сополимера СКФ - 26 составляет 1 г.

Для получения 1 кг 20% раствора фторкаучука в этилацетате брали 200г фторсодержащего каучукоподобного сополимера СКФ - 26, 800 г этилацетата и от 1,0 до 3,0г пасты «STAPA 9757». Оптимальное количество введения пасты «STAPA 9757» в 20% раствор фторкаучука составляет 2 г.

Полученную смесь перемешивали до равномерного распределения чешуек в растворе. Практический опыт показал, что равномерное распределение достигается при перемешивании мешалкой при комнатной температуре в течение от 30 минут до 1 часа.

Полученную суспензию наносили на поверхность кистью, шпателем или краскопультом. При испарении этилацетата фторсодержащий каучукоподобный сополимер СКФ - 26 полимеризуется, образуя тонкую пленку, внутри которой «замурованы» алюминиевые чешуйки, исключая их взаимодействие с атмосферой воздуха и сохраняя высокую отражающую способность.

Для проведения эксперимента по отражающей способности полученного покрытия были проведены испытания на устройстве по обеззараживанию воздуха (УОВ) МЕГАЛИТ-2ЖТ с различными отражательными покрытиями стенок камеры УОВ.

Испытания проводились при нормальных климатических условиях:

- температура окружающего воздуха, °С составляла + (23÷24);

- относительная влажность, % - (65÷70);

- атмосферное давление, мм рт.ст. - (740÷745).

Измерялась интенсивность УФ - излучения на поверхности стенок камеры УОВ.

Измерение УФ-излучения осуществлялось датчиком IS-4 (0-400 Вт/м²).

Для усреднения показаний интенсивности излучения в крышке установки

УОВ МЕГАЛИТ-2ЖТ были просверлены отверстия под датчик IS-4 Рс (см. фиг).

Испытания проводили для нескольких типов отражателей:

- отражатель из листового фторопласта Ф-4 толщиной 2 мм;

- отражатель из матового анодированного алюминия ALANOD MIRO 20 2000GP толщиной 0,4 мм;

- отражатель из зеркального алюминия толщиной 0,1 мм (алюминиевый скотч);

- отражающее покрытие на основе фторкаучука СКФ26 и пасты STAPA (нанесенное кистью);

- отражающее покрытие на основе фторкаучука СКФ26 и пасты STAPA (нанесенное шпателем).

- отражающее покрытие на основе фторкаучука СКФ26 и пасты STAPA (нанесенное краскопультом).

Наиболее оптимальным покрытием для камеры обеззараживания можно считать покрытие на основе фторсодержащего каучукоподобного сополимера СКФ - 26 и алюминиевой пасты STAPA 9757. Фторсодержащий каучукоподобный сополимер СКФ - 26 устойчив к действию УФ - излучения. Алюминиевая паста STAPA 9757 после вулканизации фторкаучука способна отражать от поверхности стенок УФ - излучение почти на 97% лучше, чем нержавеющий корпус установки за счет диффузного светоотражения.

Были проведены ресурсные исследования, в ходе которых покрытие наносили на нержавеющую сталь, и обрабатывали УФ излучением с дозой, соответствующей 10 годам эксплуатации покрытия в установке МЕГАЛИТ-2ЖТ. В начале и по окончании ресурсных испытаний измеряли коэффициент отражения покрытия. Ресурсные испытания показали:

Нарушение целостности покрытия не произошло;

Снижение коэффициента отражения не превышало 20% (что абсолютно приемлемо, и учет этого закладывается в технологический запас УФ - установки).

В таблице приведены данные ресурсных исследования на нескольких покрытиях:

Светоотражающее покрытие прошло испытание, которое доказало возможность его длительной эксплуатации с сохранением высоких отражающих свойств, необходимых для использования в камерах бактерицидного облучателя.

Покрытие находится на стадии промышленного производства.

Реферат

Изобретение относится к покрытиям камер закрытого бактерицидного облучателя, используемого в системе вентиляции и кондиционирования в транспортных средствах. Светоотражающее покрытие включает 10-20 мас.% раствор синтетического фторсодержащего каучукоподобного сополимера винилиденфторида с гексафторпропиленом марки СКФ-26 в этилацетате и алюминиевую пасту «STAPA 9757» c чешуйками «серебряные доллары» в количестве 0,05-3,0 мас.% от массы фторкаучука в растворе. Обеспечивается повышение срока службы покрытия при длительном постоянном воздействии УФ излучения, упрощение его получения и нанесения на внутреннюю поверхность камеры бактерицидного облучателя. 2 табл.

Формула