Особенности применения органосиликатных антиобледенительных противокоррозионных покрытий

Одним из распространенных приемов борьбы с обледенением конструкций и сооружений является применение антиобледенительных покрытий с низкой поверхностной энергией.

Основное назначение таких покрытий состоит в том, чтобы максимально снизить силу сцепления льда с поверхностью и сохранить эту способность в течение длительного срока эксплуатации.

Хорошо известно, что адгезионная прочность льда к покрытию определяется химической природой пленкообразователя и, согласно термодинамической концепции адгезии, является функцией его поверхностной энергии или поверхностного натяжения. Величина поверхностного натяжения жидкостей (ж) — индивидуальное их свойство, определяется экспериментально, а для характеристики поверхностного натяжения полимерных поверхностей используется понятие — критическое поверхностное натяжение (кр).

При возрастании разности между значениями ж воды и кр покрытия растекаемость воды по поверхностному слою покрытия уменьшается. Снижение смачивания поверхности приводит к сокращению площади контакта между замерзшей водой и покрытием и, как следствие этого, к уменьшению адгезии льда к покрытию.

Другими словами, образование льда происходит и на поверхности антиобледенительного покрытия, однако использование окрасочных материалов с низкой поверхностной энергией позволяет существенным образом снизить затраты на механическое удаление льда с поверхности различных сооружений и конструкций.

С научной точки зрения ответственность за гидрофобные и криофобные свойства покрытий несут химический состав покрытия и физико-химические свойства его поверхности. Некоторые из них для полимеров разного химического состава приведены в таблице.

У большинства полимерных материалов адгезия со льдом составляет более 0,100 МПа. Практика показывает, что для борьбы с обледенением следует использовать полимеры, термодинамические характеристики которых отвечают следующим требованиям: кр<25 мДж/кв. м, контактный угол смачивания водой более 90 0.В этом случае адгезионная прочность льда к поверхности не будет превышать 0,030 МПа. Фторопласты, полиорганосилоксаны и парафины отвечают таким требованиям.

К сожалению, фторуглероды благодаря низкому значению поверхностной энергии имеют низкую адгезионную прочность не только ко льду, но и к окрашиваемой поверхности. Сложные технологии подготовки поверхности под окраску, нанесения и формирования покрытий на их основе ограничивают использование фторопластов для этих целей.

Низкая механическая прочность парафинов не позволяет использовать их в качестве самостоятельного антиобледенительного покрытия.

На основе кремнийорганических полимеров при использовании определенных приемов могут быть сформированы простые в применении покрытия холодного отверждения, отличающиеся высокой гидрофобностью и низкой адгезионной прочностью ко льду, с необходимым комплексом физико-механических и защитных свойств.

Антиобледенительные покрытия должны сочетать в себе, казалось бы, несочетаемое: достаточную адгезию к защищаемой поверхности и минимальную адгезию ко льду. Это возможно в случае использования сложных многослойных лакокрасочных систем, нижний и верхний слой которых отличается по составу, или при применении градиентых покрытий, т. е. покрытий с изменяющимися по толщине составом и свойствами.

В первом случае покрытия наносят по схеме, в которой каждый из слоев состоит из разных материалов, например: 1 слой — грунтовка, 2 слой — атмосферостойкая эмаль, 3 слой — гидрофобный полимер. Известны технологии получения покрытий с низкой адгезией ко льду на основе виниловых и эпоксидных пленкообразователей (ХС-527, ХС-1168, краска ЭП-КОС3). Антиобледенительный эффект достигается при обработке сформированных из указанных эмалей слоев кремнийорганическими или фторорганическими жидкостями.

Примерами градиентных могут служить покрытия, сформированные на основе органосиликатных композиций (ОСК)1: ОС-56-11 (ТУ 84-725-78 с изм. 1-10), ОС-56-22 (ТУ 2312-007-07507601-99) и ОС-56-33 (ТУ 2312-001-17660092-2000).

Полимерной основой этих ОСК является физическая смесь из термодинамически несовместимых полиорганосилоксанов разного строения. В результате самопроизвольного послойного разделения связующего образуется покрытие, объединяющее два различающихся по функциональному назначению слоя. Противокоррозионные и адгезионные свойства обеспечивает нижний слой покрытия. Верхний слой, обладающий низкими поверхностной энергией и коэффициентом трения, повышенной гидрофобностью, обусловливает высокие антиобледенительные свойства покрытия.

Антиобледенительные ОС-покрытия характеризуются следующими показателями: - адгезия по методу решетчатых надрезов — 1–2 балла; - длительная теплостойкость — не менее 300 0С; - стойкость к резкому изменению температуры — от 200 до минус 60 0С; - удельное объемное сопротивление —v= 1013 Ом·см, его изменение после воздействия влаги — до v= 109 Ом·см; - тангенс угла диэлектрических потерь — tg = 0,01–0,08 при частоте 50 Гц; - диэлектрическая проницаемость — = 6.

Покрытия проявляют высокие криофобные свойства: контактные углы смачивания водой лежат в интервале 105–110 0,угол скатывания капли воды — не более 30 0.Сила сцепления льда с этим покрытием в 1,5–2 раза ниже, чем в случае применения других атмосферостойких ОСК, и в 2–5 раз ниже, чем при использовании широко распространенных органических эмалей групп ПФ, ХВ или ХС, в 7–10 раз меньше по сравнению с незащищенной стальной (Ст3) и в 2–9 раз — с оцинкованной поверхностями. Ледяные образования на поверхности антиобледенительных покрытий имеют меньшую толщину, большую рыхлость, легче удаляются.

При применении антиобледенительных ОСК, впрочем, как и в случае других ОСК, необходимо обратить внимание на подготовку поверхности перед окрашиванием, так как в случае этого рода ОСК качество подготовки поверхности оказывает решающее влияние на долговечность покрытия.

В заводских условиях подготовка поверхности к окраске производится в соответствии с рекомендациями ГОСТ 9.402. В полевых условиях металлическая поверхность очищается от старой, плохо держащейся краски механическим инструментом. Участки, пораженные коррозией, очищаются от ее продуктов до чистого металла. Очищенная поверхность обезжиривается органическими растворителями (уайт-спиритом, ацетоном, толуолом, растворителями Р-4, Р-5, Р-645, Р-646) и просушивается.

В полевых условиях изделия из стеклопластика очищаются от грязи и старой краски шкуркой без нарушения структуры стекловолокна, обезжириваются растворителем, выбранным в соответствии с рекомендациями, приведенными в нормативно-технической документации на стеклопластик. Для вновь окрашиваемых поверхностей из стеклопластика обработка шкуркой и обез-жиривание тоже обязательно — для повышения адгезии к покрытию.

Следует подготовить к работе и ОС-суспензию. Перед нанесением композицию необходимо тщательно перемешать до полной однородности по всему составу. При нанесении кистью или валиком условная вязкость композиции по вискозиметру ВЗ-246(4) должна быть 30–45 с при условии использования в качестве растворителя толуола, а при пневматическом распылении 20–25 с. Для обеспечения противокоррозионной защиты толщина слоя покрытия должна составлять 150–200 мкм (толщина одного слоя — 60–80 мкм). Межслойная сушка — 1 час при нанесении кистью, 30 минут — при нанесении пульверизатором. В процессе окраски композицию необходимо периодически перемешивать для сохранения равномерного распределения компонентов в объеме.

В заводских условиях при межоперационном хранении может быть применена грунтовка ВЛ-023.

В полевых условиях при ремонтных работах возможно нанесение антиобледенительных ОСК по хорошо сохранившемся эмалям групп ХС и ХВ. На сильно прокорродированную поверхность наносится грунт-эмаль «Грэмируст» в соответствии с НТД с последующей окраской антиобледенительными ОСК в 1 слой.

В случае ОС-покрытий вопросы отверждения играют как правило существенную роль. Покрытия из антиобледенительных ОСК могут отверждаться естественной и горячей сушкой. Горячая сушка осуществляется при плавном подъеме температуры до 180–200 0С со скоростью 1–2 0С/мин. и выдержке при указанной температуре в течение 3 часов.

В силу особенностей строения используемых пленкообразователей малярно-технические, физико-механические и защитные свойства покрытия (например, стойкость к действию растворителей, температурно-влажностных полей) могут оказаться не-удовлетворительными из-за некорректного использования отвердителей.

Выбор режима отверждения в случае антиобледенительных органосиликатных покрытий представляет собой достаточно сложную многоплановую задачу. Среди обычных, достаточно традиционных требований, предъявляемых к системам отверждения, обычно называют следующие: - снижение температуры и сокращение времени отверждения; - отсутствие отрицательного влияния на процесс старения материала; - обеспечение достаточной жизнеспособности и удовлетворительных малярно-технических свойств композиции с введенным отвердителем; - проявление отверждающего действия при низких концентрациях и обеспечение высокой степени отверждения в интервале температур до 60–120 0С. Дополнительно, в случае антиобледенительных градиентных покрытий, появляется требование о соизмеримости скоростей расслаивания и структурирования полиорганосилоксановых компонентов, отличающихся по своему строению и функциональности (а следовательно и реакционной способности).

Для естественной сушки в ОС-композицию можно ввести 5%-й раствор отвердителя тетрабутоксититана в толуоле. После введения отвердителя вязкость должна соответствовать указанным выше значениям. Время высыхания покрытия до III степени при температуре окружающей среды от –20 до +30 0С составляет не более 24 часов. Рекомендуемая выдержка покрытия до начала эксплуатации или испытаний — не менее 7 суток. При использовании в качестве отвердителя тетрабутоксититана следует помнить, что в этом случае процесс формирования покрытия идет крайне медленно — скорость процесса существенно возрастает при повышенных температурах (60–80 0С).

Более эффективным отвердителем для антиобледенительных покрытий является аминопропилтриэтоксисилан (продукт АГМ-9). С присутствием этого отвердителя удается гармонизировать такие параметры отверждения, как «жизнеспособность композиции с введенным отвердителем», «время высыхания», и такие характеристические свойства покрытия, как «твердость», «адгезия», «защитная способность», «гидрофобность».

При выборе антиобледенительного покрытия надо учитывать также следующее: - антиобледенительные органосиликатные покрытия сохраняют защитные свойства на открытой атмосферной площадке в условиях умеренно холодного климата для стальной поверхности (Ст3) в течение 10 лет, для алюминиевой (Д-16) — в течение 20 лет; - при сроке службы органосиликатного покрытия 10–20 лет антиобледенительные свойства сохраняются в течение 5–7 лет; - использование органосиликатных антиобледенительных покрытий оправдано на поверхностях, не подвергающихся серьезному физико-механическому износу; - геометрия окрашиваемой конструкции может оказывать влияние на преждевременное старение органосиликатных антиобледенительных покрытий; - рассматриваемые антиобледенительные органосиликатные покрытия представляют собой наполненные системы и не являются оптически прозрачными; - проявляют радиопрозрачность; - характеризуются низким грязеудержанием, стойки к действию плесневых грибов; - существуют антиобледенительные органосиликатные покрытия достаточно широкой цветовой гаммы (белого, серого, шарового, оранжевого, красного, защитного, коричневого, черного и др.); - наилучшее сочетание антиобледенительных и защитных свойств проявляют органосиликатные антиобледенительные покрытия защитного цвета. Новая редакция ГОСТ 9.401. «ЕСЗКС. Покрытия лакокрасочные. Общие требования и методы ускоренных испытаний на стойкость к воздействию климатических факторов» рекомендует антиобледенительные покрытия ОС-56-22 для эксплуатации в районах с умеренным и умеренно-холодным климатом (У1, УХЛ1).

Антиобледенительные покрытия (по данным ВНИИПО МВД РФ) имеют группу воспламеняемости В1 (ГОСТ 30402-96), группу горючести Г1 (ГОСТ 30244-94), индекс распространения пламени РП0, т. е. по ГОСТ 12.1.044.-89 относятся к материалам, не распространяющим пламя по поверхности.

Высотное строительство в России: настоящее и перспективы.

Формула архитектора: художник — инженер — бизнесмен.

Многоцелевой универсальный порт.

ООО РСФ «Глория»: реставрация не терпит шаблона.

Тюменская ярмарка: пора расширять выставочные площади!.

Технологии максит для реконструкции старых зданий.

Дом, в котором приятно «быть дома».

Главная Публикации