Back
Next
КРЕМНІЙОРГАНІЧНІ ЕМАЛІ ТА ПОКРИТТЯ
Кремнійорганічні покриття - унікальне поєднання антикорозійних властивостей і термостійкості.  При високих робочих температурах у металів і неметалів, як правило, знижується міцність, а у металів - ще і корозійна стійкість.  У зв'язку з цим постає питання про захисних покриттях, які повинні поєднувати в собі антикорозійні властивості і термостійкість. 

Як відомо, найбільш поширеним способом захисту конструкційних матеріалів від руйнівного впливу корозійного середовища є нанесення лакофарбових покриттів, а лакофарбова продукція на основі полиорганосилоксанов протягом декількох десятиліть входять в ряд найважливіших термостійких захисних покриттів, здатних протистояти дії температур 200-600 ° С. 
Емалі на основі чистих поліорганосілоксановой смол використовують для фарбування та захисту димових труб, котлів, електричних печей і нагрівачів, електродвигунів, трансформаторів, печей випалу та крекінгу на хімічних заводах, насосів для перекачування нагрітих до високої температури рідин, вихлопних труб і глушників двигунів внутрішнього згоряння,  теплообмінників і випарних апаратів, внутрішніх стінок сушильних шаф, паропроводів високого тиску, а також господарських нагрівальних приладів. 
Емалеві фарби на основі модифікованих поліорганосілоксановой смол, наприклад, спеціально розроблені композиції для захисту металевих поверхонь від одночасного впливу вологи і високої температури, використовують для забарвлення мостів, поживних резервуарів, водонапірних веж, різного медичного та сигналізаційного обладнання і т. Д. Крім того, виявилося  , що поліорганосілоксановой полімери можна використовувати для отримання терморегулювальних покриттів (в основному з високим ступенем чорноти).  За цим показником вони перевершують інші полімери, а їх висока термо- і атмосферостійкість забезпечують високу якість покриттів.  Як відомо, під терміном «термостійкість лакофарбового покриття» мається на увазі здатність покриття зберігати свої захисні та фізико-механічні властивості після впливу високих температур.
Ці властивості покриття визначаються хімічною природою і будовою полімерів, використовуваних як плівкоутворюючих речовин, видом пігментів і наповнювачів, що входять в лакофарбову композицію і роблять істотний вплив на властивості покриттів, а також технологією нанесення покриття і якістю попередньої підготовки поверхні. 

Синтетичні кисневмісні кремнійорганічні полімери - поліорганосилоксани - відрізняються високою міцністю і насилу руйнуються.  Основною структурною одиницею ланцюга цих полімерів є органосілоксановая група, що складається з атомів кремнію, кисню та органічних радикалів, пов'язаних з атомами кремнію.  Висока термічна стійкість полиорганосилоксанов обумовлена
​​великою енергією зв'язку між атомами кремнію і кисню, що досягає 370 кДж / моль (89 ккал / моль), в той час як енергія зв'язку між атомами вуглецю в макромолекулах звичайних полімерів становить 245 кДж / моль (59 ккал / моль)  .  Це означає, що для руйнування макромолекули кремнийорганического полімеру потрібно значно більше теплової енергії, ніж для руйнування інших полімерів. 

Кремнійорганічні лакофарбові покриття володіють властивостями високої термостійкості і в цьому відношенні вони є унікальними матеріалами.
Для порівняння: найбільш часто використовувані на практиці лакофарбові матеріали мають наступну термостійкість:
поліуретанові - 140 ° С; 
поліакрилатні - 180 ° С; 
алкідні - 230 ° С; 
епоксидні - 250 ° С; 
фторвмісні - 290 ° С.
Кремнійорганічні лаки і емалі можно наносити будь-яким методом фарбувальної техніки.  Однак найбільш популярним залишається метод пневматичного розпилення, але його недоліком є ​​велика витрата лакофарбного матеріалу внаслідок значної кількості перераспила і виділення великої кількості парів розчинників.  Метод забарвлення пензлем пов'язаний з найменшою втратою ЛФМ, однак цим способом неможливо наносити швидковисихаючі або погано розтушовують емалі.  Головним же недоліком цього методу є неможливість регулювання товщини покриття.  А як відомо, товщина покриття впливає на такі його фізико-хімічні характеристики, як адгезія, термо- і атмосферостійкість, захисні властивості, довговічність і т. п.

Таким чином, з огляду на слабкі адгезійні властивості кремнійорганічних полімерів і використовуючи лакофарбові матеріалина їх основі, вкрай важливим  є забезпечення для кремнійорганічних покриттів оптимальної товщини плівки.  Зазвичай вона не повинна перевищувати 40-50 мкм.  (В деяких випадках, наприклад, дляемалі КО-818, допускається підвищення товщини до 60 мкм.) При більшій товщині покриття буде розтріскуватися або відшаровуватися від підкладки.  Саме з цієї причини кремнийорганические покриття дуже часто наносяться без грунтовок: адже необхідно строго регламентувати товщину захисної плівки для забезпечення працездатності при високих температурах.  Однак останнім часом для підвищення захисних властивостей покриттів, як це прийнято в захисних лакофарбових системах, кремнійорганічні покриття поєднують з термостійкими грунтовками: наприклад, типу ВГ-6 - в поєднанні з емалями КО-88, КО-813, КО-814, КО-  822, КО-84;  типу КО-052 - в поєднанні з емалями КО-811, КО-811К, КО-88, КО-818 і т. д.
Важливим етапом технологічного процесу забарвлення є сушка покриття.  Сушку кремнійорганічних покриттів зазвичай виробляють в сушильних печах при нагріванні до температури 150-200 ° С.  При інтенсивної обдувке пофарбованої поверхні виробу процес висихання прискорюється (проте треба мати на увазі, що при цьому знижується еластичність утворюється покриття).  Інфрачервоні нагрівачі дозволяють в значній мірі інтенсифікувати цей процес, оскільки вони нагрівають металеву підкладку, і прогрів плівки відбувається зсередини.  Для сушки виробів складної конфігурації з екранованими ділянками поверхні рекомендується терморадиационной метод сушіння з примусовою циркуляцією повітря.

Застосування каталізаторів затвердіння кремнійорганічних плівкоутворюючих дозволяє значно знизити температуру сушки і навіть виробляти її при температурі навколишнього середовища.  Використовують як каталізатори нафтенати свинцю, цинку, заліза, кобальту, марганцю, стеарати кальцію, цинку або свинцю і ін. Їх вводять в лакову основу в кількості 0,1-2%.  Однак термостійкість плівок, сценарий в присутності більшості каталізаторів, значно нижче теплостійкості аналогічних плівок, сценарий при високій температурі, т. К. В присутності каталізатора посилюються процеси деструкції і теплового старіння плівок.

З кожним роком асортимент кремнійорганічних лакофарбових покриттів розширюється.  Розуміння захисних можливостей покриттів з урахуванням різноманітних характеристик поліорганосілоксановой плівок можливо лише при комплексному підході до розгляду таких параметрів емалей на основі цих полімерів, як їх фізико-механічні властивості (включаючи реологічні і седиментаційних показники), хімічна реакционноспособна входять в рецептуру емалей всіх компонентів і ін.
Оптимальне застосування різних лакофарбових покритійвозможно лише при глибокому розумінні та врахуванні всіх фізико-хімічних і механічних явищ,  роісходящіх в пленкообразующей основі як в ізольованому стані, так і в процесі експлуатації покриття. 

Експлуатаційні властивості кремнійорганічних покриттів багато в чому визначаються якістю підготовки поверхні перед фарбуванням.  Цей етап особливо важливий при створенні термо- і корозійно-стійких покриттів, оскільки наявність жирових забруднень знижує змочуваність поверхні лакофарбовим матеріалом, в результаті адгезія покриття з поверхнею знижується.  Під покриттям можуть утворюватися гігроскопічні речовини, які сприяють створенню умов для осмотичного переміщення вологи з навколишнього атмосфери через шар покриття, в результаті захисні властивості такого покриття погіршуються.  Якщо на металевих конструкціях є, до того ж, залишки іржі, то під плівкою покриття починають активно протікати корозійні процеси.  Сліди окалини теж значно знижують властивості покриттів, т. к. в присутності вологи окалина сприяє локалізації процесу електрохімічної корозії (по відношенню до сталі вона є катодом).  З іншого боку, на гладкій поверхні захисні покриття при нагріванні руйнуються швидше, ніж на шорсткою.  Крім того, термостійкість, фізико-механічні властивості захисних кремнійорганічних емалей залежать від виду металу, що піддається фарбуванню.
Термостійкі покриття застосовують в основному на сталевих і титанових підкладках, здатних витримувати високі температури.  У практиці існують численні способи підготовки поверхні до фарбування, які за методом впливу можна умовно розділити на механічні та хімічні.  Це струменевий очищення з використанням різних абразивів, очищення механізованим інструментом, ручна очистка, знежирення різноманітними органічними розчинниками і лугами, травлення, пассивирование, хімічне оксидування, хроматирование і фосфатування і т. Д. Можна виділити наступні закономірності в підготовці деяких поверхонь для нанесення лакофарбових покриттів:  для поліпшення захисних властивостей кремнійорганічних покриттів, нанесених на вуглецеві і малолегованих стали, що працюють при температурі д  400 ° С, рекомендується фосфатовані поверхню металу.  Режим фосфатирования вибирається виходячи з цільового призначення деталей. 

Для додання максимальної корозійної стійкості використовують товсті покриття фосфату заліза і марганцю.  На жаль, при підвищенні температури фосфатний шар руйнується, тому для температурного інтервалу 400-500 ° С малолегованих стали рекомендується металлизировать алюмінієм.  Метализаційні покриття з алюмінію є анодними по відношенню до поверхні стали і захищають її електрохімічних.

Для легованих сталей найбільш підходящим варіантом є підготовка поверхні сухою струменевого очищенням з кварцовим піском, обдув корундовим піском або травлення з наступною пасивацією.  У ряді випадків у процесі експлуатації, коли виникає необхідність, застосовуються лакофарбові матеріалина необробленої поверхні металів.  Оскільки поліорганосилоксани мають слабку адгезію до металів, в цій ситуації застосовують різні марки хімічно активних підшарів (наприклад, АПК-1 або ПК-89).  Поверхня металу очищають, покривають її спочатку будь-яким хімічно активним подслоем, після чого вже наносять кремнійорганічне емаль.  Такий підхід гарантує збереження всіх міцних і захисних властивостей покриття, його термостійкості і стійкості до перепаду температур при одночасному поліпшенні адгезійних властивостей, що пояснюється хімічною взаємодією макромолекул кремнийорганического покриття з поверхневим речовиною на металі, що утворюється в результаті реакції, що протікає між металом і подслоем.  Цей спосіб підготовки поверхні рекомендується застосовувати при фарбуванні великогабаритних або тонкостінних виробів, коли використання інших способів очищення поверхні ускладнено.
Для обробки прокорродіровавшіх металевих поверхонь досить часто застосовують так звані перетворювачі іржі (їх використовують без попереднього видалення продуктів корозії, що мають товщину до 100 мкм).  Для впливу на прокорродіровавшіе поверхні існують 4 групи матеріалів: - перетворюють, стабілізуючі, пенетрирующие і інгібуючі склади.  Стабілізація іржі здійснюється за рахунок процесів перекладу різних окислів і гидроокисей заліза в гематит Fe2O3 і магнетит Fe2O4.  Хімічна обробка іржі полягає в перетворенні гідратованих оксидів заліза іржі в міцно зчеплені з поверхнею металу солі. 

Серед існуючих спеціальних видів ЛФМ - грунтовок-перетворювачів найбільшого поширення набули композиції з використанням поливинилацетатной емульсії (ПВА), що володіє властивістю добре просочувати продукти корозії.  Необхідно пам'ятати, що висихання грунтовки-перетворювача має бути повним.  Оскільки воно являє собою складний фізико-хімічний процес, вказати точний час його закінчення буває важко, але наносити ЛФМ на поверхню можна тільки після його завершення.  (Зазвичай грунтовка-перетворювач при 30-90% -й вологості повітря висихає за 24 години).