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

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.