ПОСТАВКА ОС-12-03 ГОСТ 9.406-84 И ДРУГИХ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО РОССИИ

Статьи

Подписаться на RSS

Практика применения органосиликатной композиции ОС-12-03

     Начало исследований в области органосиликатных материалов, или композиций (ОСМ, ОСК), и покрытий (ОСП) относится к первой половине 1950-х г.г., когда Институтом химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН было получено правительственное задание на разработку термовлагоэлектроизоляционных, стойких в условиях влажных тропиков покрытий и герметиков для проволочных резисторов. С успешного решения задания на разработку покрытий зародилось и стало энергично развиваться новое материаловедческое направление, материаловедение органосиликатных композиций.

     Первое обращение строительных организаций к разработчикам ОСК по вопросу их использования в строительстве состоялось в 1962 году.

С тех пор органосиликатная композиция ОС-12-03 стала активно применяться в строительстве, промышленности строительных материалов, ремонтных и реставрационных работах.

  • 1962 г. – защита стальных закладных деталей и сварных соединений в конструкциях из сборного железобетона. Для защиты закладных деталей и монтажных связей применяется композиции ОС-12-03. В наиболее крупном объеме применение ОСК для защиты от коррозии закладных деталей было осуществлено на заводе ЖБИ-2 в г. Ташкенте. Госстроем Узбекской ССР упомянутые в подстрочном примечании ТУ ИХС РАН и НИИЖБ были утверждены в качестве Республиканской строительной нормы РСН 24-83/Госстрой УзССР. Несколько жилых домов и крупнопанельное здание общеобразовательной школы с применением композиции ОС-12-03 для защиты закладных деталей были построены в Ленинграде и Ленинградской области. Главленинградстроем и Главзапстроем были выпущены соответствующие инструкции — ВСН 118-69 и ВИ 96-69.
  • 1964-65 гг. – первая окраска фасадов в городе Ленинграде (трест «Фасадремстрой», материал ОС-12-03). Безремонтный срок службы органосиликатных покрытий на фасадах составляет 15 лет и более. Например, фасады группы жилых домов из силикатного кирпича в Санкт-Петербурге, окрашенные композициями ОС-12-03 светлых тонов во второй половине 1960-х гг., более 20 лет не требовали перекраски. Композиции ОС-12-03 были применены наряду с краской ХВ-161 и импортными красками «Фасадекс» (Югославия), «Кенитекс» (Финляндия) при ремонте оштукатуренных домов старого фонда в центральной части Ленинграда зимой 1976–1977 гг. При обследовании этих фасадов спустя три года после окраски было констатировано вполне удовлетворительное состояние покрытий ОСК (акт комиссии от 6.12.1979 г.). В этом же акте отмечено, что фасады домов, окрашенные тремя другими красками, более загрязненные, наблюдается отслоение красок «Фасадекс» и ХВ-161.
  • В практике реставрационных и ремонтных работ ОС-12-03 применялась и в ином качестве: как связующее для укрепления разрушенных стройматериалов, как слой гидроизоляции, как материал для заделки трещин в бетонных конструкциях (например, в фундаментах опор контактной сети электрифицированных железных дорог) и т. д.
  • 1966 г. – защита от коррозии металлических и железобетонных конструкций мостов, путепроводов, транспортных тоннелей, перильных ограждений мостов и набережных. До конца 70-х годов было окрашено 102 моста в г. Ленинграде («Ленмосттрест»), ОС-12-03 применялась Ленмосттрестом для защитно-декоративной окраски по бетону конструкций мостов, транспортных тоннелей, пешеходных переходов, путепроводов — всего 166 тыс. м2 поверхностей (по состоянию на 1981 г.) Этой же организацией были защищены металлоконструкции 180 мостов через Неву и другие реки и каналы города. Срок эксплуатации ОСП без возобновления достиг 12 лет, а у покрытий на натуральной олифе со свинцовым суриком он составил всего 6 лет.
  • 1968 г. – окраска опор контактной сети, окраска металлоконструкций. Служба электрификации и энергохозяйства «Октябрьской железной дороги» и другими железными дорогами — ОС-12-03 использовалась для окраски опор контактной сети. Применялась ОС-12-03 светло-зеленого цвета для окраски металлических опор контактной сети и различных устройств энергослужбы на всем ходу дороги — от Мурманска до Москвы. В период с 1968 г. по 1981 г. был покрыт 1 млн м2 стальных поверхностей. По оценке ОЖД безремонтный срок службы ОСП на металлоконструкциях составил 10 лет. (Для сравнения: применявшиеся ранее лакокрасочные материалы разрушались на этих конструкциях через 2–3 года.)
  • 1971-73 гг. – первое применение ОС-12-03 в сельском хозяйстве, окраска стальных ферм покрытия свинокомплекса. ОС-12-03 была применена на металлоконструкциях свинарников совхоза «Восточный» в пос. Нурма Тосненского района Ленинградской области, «Казацкая степь» в г. Губкине Белгородской области. В акте обследования состояния покрытий от 13 июня 1980 г. записана рекомендация о применении ОСП в животноводческих помещениях со сроком службы не менее 6 лет (комплекс «Восточный» был введен в эксплуатацию в конце 1973 г.).
  • В 1970-е гг. композицию ОС-12-03 для защиты от коррозии стальных металлоконструкций в наибольших масштабах применял бывший трест «Запхимремстроймонтаж» Минхимпрома СССР (г. Минск). На предприятиях химической промышленности Белоруссии с 1969 г. по ноябрь 1976 г. было покрыто 5 млн м2 различных поверхностей стройконструкций, оборудования и трубопроводов, эксплуатировавшихся в атмосфере, содержащей окислы азота и углерода, пары серной, соляной, азотной кислот, аммиак, сероводород и другие газы, и имеющей, к тому же, высокую влажность. В ряде случаев — на опескоструенную и/или загрунтованную поверхность, а также на обработанную преобразователями ржавчины. По сообщению треста (справка 1978 г.) применение ОСК позволило увеличить срок безремонтной службы защищаемых объектов с 1 года до 5 лет.
  • 1978 г. – начало производства цветного глиняного лицевого кирпича с ОСК на фабрике «Победа».
  • В ряде случаев композиция ОС-12-03 наносилась на стальные конструкции, не имеющие непосредственного контакта с окружающей атмосферой. Такие слои были нанесены на стальное мембранное перекрытие Спортивно-концертного комплекса «Петербургский» на 25 тыс. мест, построенного к Олимпиаде-80, и на стальную плиту разводного пролета Литейного моста через Неву при его реконструкции. В первом случае поверх двухслойного ОСП были уложены пенополистиролцементные плиты утеплителя, слои стеклосетки с глубокой пропиткой горячим битумом, рубероида на битумной мастике и стеклоткани, которую наклеивали теми же ОСК. Во втором случае вместо ранее применявшейся битумной эмульсии на поверхность плиты были нанесены два слоя композиции ОС-12-03 и один слой битумной эмульсии, а затем уложен асфальтобетон. При этом учитывались термостойкость ОСП (температура асфальтобетона при асфальтировании достигает 170–180 °С), их высокая адгезионная прочность, совместимость с битумом и результаты предварительных испытаний, проведенных в Ленфилиале СоюздорНИИ, которые показали, что напряжение сцепления асфальтобетона со сталью (в т. ч. в водонасыщенном состоянии) через комбинированный подслой в 5–9 раз выше по сравнению с вариантом, когда битумная эмульсия использовалась без сочетания с ОСК.
  • При строительстве в 1986 г. спального корпуса дома отдыха «Голубая Даль» в поселке Дивноморское на берегу Черного моря (под Геленджиком) на четырех участках фасадов были выполнены опытные накраски непосредственно по бетонной поверхности (здание из монолитного железобетона) и по поверхности, загрунтованной ОСК и смесью (1:1 по массе) ОСК с белым декоративным цементом М-200. Год спустя комиссия произвела осмотр состояния покрытий. За время испытаний погодные условия характеризовались жесткими метеорологическими показателями: температурой от -16 до +28...+32 °С, обильным выпадением осадков, неоднократным образованием и таянием наледи, сильными ветрами. Благодаря тому что все покрытия имели хорошую адгезию и обладали высокой твердостью, трещины и сколы отсутствовали, окрашенные поверхности не запылились и не загрязнились. Было принято решение об окраске всего здания этими материалами, что и было осуществлено.
  • В 1980-е и в начале 1990-х гг. композиции типа ОС-12 широко применялись в различных климатических зонах бывшего СССР в качестве атмосферостойкого радиопрозрачного (e=3–4, tg d=0,008 при частоте 1010 Гц) защитного покрытия на пластиковых конструкциях, укрывающих радиотехнические устройства с целью предохранения их от воздействия атмосферных факторов. В жестких условиях эксплуатации эти композиции превзошли по сроку службы (10–15 лет) и атмосферостойкости эпоксидные, пентафталевые, полиуретановые, акриловые, хлорсульфополиэтиленовые, перхлорвиниловые эмали и эмали КО. К такому заключению пришла исследовавшая их специализированная организация. В случае нанесения покрытия из ОСК на пластиковое укрытие, изготовленное с применением полиэтиленовой пленки и стеклоткани, для обеспечения хорошей адгезии ОСП на его поверхность предварительно наносили слой лака ХСПЭГ. При нанесении ОСП на стеклопластик с фенолоформальдегидным связующим в создании промежуточного слоя нет необходимости.
  • 1982 г. состоялась выставка «ОСК в строительстве и промышленности строительных материалов», ВДНХ СССР г. Москва.

Физико-химические основы производства и применения органосиликатных композиций

     Органосиликатные композиции (ОСК) представляют собой суспензии высокодисперсных слоистых силикатов, оксидов металлов, неорганических и органических пигментов в растворе модифицированных полисилоксанов.
     ОСК предназначены для создания защитных и защитно-декоративных покрытий зданий, сооружений, металлических и железобетонных конструкций, эксплуатирующихся в условиях атмосферы, а также предохраняющие изделия от воздействия агрессивных газовоздушных сред, для тепло- и электроизоляционной защиты изделий из металла.
     

     Успешное применение ОСК для вышеперечисленных целей обусловлено химической природой пленкообразующего вещества, микро- и макроструктурой покрытий, особенностями поведения покрытий при эксплуатации в различных условиях.
Защитное действие любого лакокрасочного покрытия определяется тремя составляющими:

  • изолирующей способностью, т.е. способностью препятствовать проникновению воды, агрессивных газов и жидкостей;
  • адгезионной прочностью, т.е. способностью покрытия препятствовать образованию фазы ржавчины, даже если коррозионно-активные агенты проникли к поверхности субстрата;
  • пассивирующе-игибирующим действием в отношении коррозии, как электро-химического процесса.

     Рассмотрим, как эти составляющие строятся для покрытий на основе ОСК.
Изолирующая способность – определяется следующими параметрами:

  • Химическая природа пленкообразователя.

     В известной степени изолирующая способность полимеров определяется энергией деформации и разрыва химических связей:

фторполимеры – C – F – 486 кДж/моль

полисилоксаны – Si – O – 446 кДж/моль
карбоцепные полимеры – С – С – 250 кДж/моль

     Так как связь Si – O намного прочнее, чем связь у обычных карбоцепных пленкообразователей, то силоксаны обладают рядом уникальных свойств: термо-светостойкость, низкое водопоглощение и проницаемость, низкое поверхностное натяжение, высокая гидрофобность, инертность к большинству химический реагентов (щелочи, кислоты).
     В порядке убыли изолирующей способности полимеры можно расположить в следующем порядке: галогенсодержащие полимеры (фторполимеры, хлорированные полимеры – перхлорвиниловые, поливинилхлорид) – кремнийорганические полимеры – карбоцепные полимеры.

  • Микроструктура пленкообразователя в покрытии.

     Различают покрытия, в которых молекулы пленкообразователя не связаны химическими связями (термопластичные, «не сшитые» покрытия) и покрытия, в которых молекулы пленкообразователя связаны химическими связями – сшивками (термореактивные, пространственно сшитые, химические отвержденные покрытия) – алкидные, эпоксидные, уретановые и т.п. Термореактивность может обеспечить высокую изолирующую способность покрытиям на основе обычных карбоцепных пленкообразова-телей.
     В покрытиях на основе ОСК реализуются оба варианта микроструктуры: покрытия естественной сушки термопластичны, при горячей сушке в присутствии катализаторов образуется пространственносшитая структура.

  • Содержание и форма частиц наполнителей.

     Этот фактор влияет за счет увеличения пути диффузии агрессивных веществ через покрытие. Максимум изолирующей способности обеспечивают частицы чешуйчатой формы – слюда, железная слюдка, Al-пудра, тальк.

  • Взаимодействие частиц наполнителей с молекулами пленкообразователя.

     Чем интенсивнее это взаимодействие, тем выше изолирующая способность покрытия. В этом плане в покрытиях на основе ОСК реализуется уникальная ситуация, обусловленная идентичностью химической природы и геометрии молекул полисилоксанов и силикатных наполнителей.

     Это обеспечивает максимум возможности образования большого количества водородных связей и уплотнения структуры покрытия.
Сопутствующим эффектом модификации поверхности пигментов и наполнителей диоксидом кремния в полимерной форме является снижение их фотохимической активности, что также способствует повышению долговечности покрытий.
     Существенным фактором, определяющим интенсивность взаимодействия молекул пленкообразователя с дисперсными частицами наполнителей, является их дисперсность. Чем выше дисперсность (чем меньше размер частиц), тем выше поверхностная энергия минеральной фазы, тем больше уплотняющее действие наполнителя на структуру и соответственно свойства покрытий. Особенно этот фактор начинает работать при приближении размера частиц к нанометровому диапазону 1 – 100 нм. По литературным данным наличие наночастиц диоксида кремния в верхних слоях автомобильных покрытий дает повышение механической прочности на 200 – 300 % по сравнению с покрытиями не содержащими наночастиц.
     Образование наночастиц диоксида кремния в композициях на основе полисилоксанов обнаружено при длительной эксплуатации покрытий при температуре 300 – 400 °С. Полагают, что в этих условиях имеет место микротермоокисление, в результате чего образуется поликремниевая кислота, которая при отщеплении воды превращается в микрочастицы диоксида кремния, которые во многом способствуют сохранению деформационной прочности и электроизоляционных свойств покрытий в этих условиях.
     Процесс синтеза наночастиц диоксида кремния в поверхностных слоях покрытий на основе ОСК возможен также при экслуатации по-крытий в атмосферных условиях при обычных температурах за счет воздействия УФ облучения также вызывающего термоокисление пленкообразователей. В результате, покрытие в процессе эксплуатации приобретает дополнительный фактор защиты, что способствует повышению его срока службы.


Адгезионная прочность
     Вследствие специфики химического состава полисилоксанов покрытия на их основе не обладают столь высокими адгезионными характеристиками, какие требуются от лакокрасочных покрытий. Поэтому, в качестве пленкообразователей в ОСК используются полисилоксаны химически модифицированные алкидными и другими олигомерами, имеющими высокие адгезионные свойства. Дозировка модифицирующих олигомеров обеспечивает высокие адгезионные характеристики при сохранении уникальных свойств, присущих полисилоксанам. Кроме того, модификация приводит к заметному снижению стоимости пленкообразующей системы.


Пассивирующе-ингибирующее действие
     Этот фактор защитного действия покрытий обеспечивается наличием противокоррозионных пигментов, влияющих на электрохимическое состояние поверхности металла в процессе эксплуатации покрытий.
     В соответствии с общепринятой теорией коррозии поверхность стали представляет собой чередование микроанодов и микрокатодов, на которых идут соответственно анодный процесс – перехода железа в ионную форму с выделением электронов и катодный процесс – взаимодействие воды и кислорода с образованием гидроксилов. Ионы железа взаимодействуют с гидроксилами с образованием оксигидратов железа, составляющих основу ржавчины.
     Пигменты-ингибиторы анодного процесса тормозят его за счет взаимодействия с ионами железа и образования соединений с плотной структурой. К пигментам-ингибиторам анодного процесса относится большинство противокоррозионных пигментов (хроматы, фосфаты). Пигменты-ингибиторы катодного процесса тормозят его за счет щелочного характера и перевода металла в термодинамически пассивное состояние (все пигменты и наполнители, имеющие щелочное pH водной вытяжки). Пигменты протекторного действия имеют электрохимический потенциал ниже, чем у железа, поэтому в электрохимической паре с железом частицы этих пигментов играют роль микроанодов и постепенно разрушаются в процессе эксплуатации покрытия, в то время как поверхность металла, играющая роль катода защелачивается, в результате чего металл переходит в термодинамически пассивное со-стояние и не корродирует.
В составе ОСК для обеспечения пассивирующе-ингибирующего действия используются свинцовый крон – анодный пассиватор и мел, тальк – катодные пассиваторы.