Кремнийорганическая краска: ее свойства и применение

Что такое кремнийорганическая краска

Кремнийорганическая краска – это красящий материал, созданный на основе полиорганосилоксановых полимеров. Многокомпонентная суспензия, содержащая различные красящие пигменты, в которую могут добавляться в зависимости от нужных эксплуатационных характеристик модифицирующие добавки, силиконовые смолы и органические растворители.

Существует два вида кремнийорганической краски:

• С ограниченным уровнем термостойкости. По большей части применяется для окрашивания фасадов строений, выпускается в широкой палитре. Ограничения связаны с термостойкостью пигментов, которые входят в состав эмали. При температуре выше +150 ˚C структура пигментов разрушается и покрытие утрачивает свой цвет. Срок эксплуатации этой категории эмалей 10 – 15 лет.
• Термостойкая. Применяется для предотвращения коррозии на стальных, титановых и алюминиевых поверхностях, для защиты от длительного температурного воздействия или влажный среды деталей промышленного оборудования. Эту категорию эмали часто применяют для покраски печей, дымоходов, каминов и другого отопительного оборудования во избежание снижения прочности материалов, подверженных кристаллизации солей.

Области применения

В строительстве

В строительстве, кремнийорганические эмали чаще всего используют в качестве фасадных красок. Они способны создать на стенах надежный защитный слой и при этом украсить фасад здания. Материал обладает отличной адгезией к бетонным поверхностям и штукатуркам.

Также следует отметить долговечность материала, который, не смотря ни на какие погодные условия, способен сохранять свои качества на протяжении 10, а то и 15 лет.

Кроме того, данное покрытие зачастую применяют для покраски:

• Кирпича;
• Камня
• Шифера.

Краска кремнийорганическая для печей и каминов

Благодаря высокой термостойкости материала, с его помощью облагораживают:

• Камины;
• Печи;
• Дымоходы и т.д.

Все вышеперечисленные поверхности, краска надежно защищает от появления высолов.

Окрашенное кремнийорганической краской оборудование

В промышленности

Помимо этого, кремнийорганические лакокрасочные покрытия активно используются для защиты металлических поверхностей от коррозии. Антикоррозионными свойствами они обладают благодаря специальным добавкам.

В частности, покрытие используют для покраски следующих поверхностей:

• Стали;
• Алюминия;
• Титана и пр.

Чаще всего, данным составом покрывают оборудование, которое предназначено для длительного срока эксплуатации в условиях воздействия высоких температур и повышенной влажности.

Грунтование фасада

Состав

Основное преимущество кремнийорганической краски – её термостойкость – достигается благодаря большей энергии связи атомов кремния и кислорода в макромолекуле кремнийорганического соединения по сравнению с обычным углеродосодержащим полимером.

В состав кремнийорганической краски добавляют антикоррозийные вещества для улучшения защиты от меняющихся погодных условий, этилцеллюлозу и акриловые лаки для уменьшения времени высыхания, карбидные слои и эпоксидные смолы для лучшей устойчивости к агрессивным механическим повреждениям.

Разнообразие цветовых оттенков достигается добавлением в структуру эмали органических и неорганических пигментов, которые не теряют цвет при температуре до +150 ˚C.

Преимущества и недостатки

Лакокрасочные материалы, относящиеся к кремнийорганическому виду, кроме присущих им свойств имеют также свои отличительные особенности, преимущества и недостатки относительно других типов красок и эмалей, которые используются для окрашивания поверхностей.

Основные преимущества существующих кремнийорганических красок состоят в достигнутых при их производстве достоинствах:

• термостойкость;
• влагоустойчивость и водонепроницаемость;
• устойчивость к возгоранию;
• светостойкость, устойчивость к ультрафиолетовым лучам;
• атмосферная устойчивость;
• устойчивость к химическому воздействию;
• быстрое высыхание окрашенной поверхности;
• морозоустойчивость;
• обширная цветовая гамма;
• малый расход материалов при окрашивании;
• возможность окрашивания поверхности при отрицательной температуре достигающей -20 градусов;
• обеспечение эффективной антикоррозийной защиты металлическим изделиям.

Среди недостатков производимых промышленностью кремнийорганических красок следует отметить:

• токсичность испарений, которые выделяются в процессе высыхания материала;
• негативное воздействие на человеческий организм при длительном контакте с эмалями;
• использование лакокрасочных материалов этого вида исключительно для наружных работ.

Кремнийорганические лакокрасочные составы отличаются от большинства аналогичных видов красок, низкой ценой, а также достигнутыми в процессе вводимых в материалы добавок, целого ряда очень важных параметров, которые находят свое применение во многих отраслях промышленности и народного хозяйства.

В отличии от других видов краски кремнийорганический лакокрасочный материал не требует грунтования окрашиваемой поверхности, а введенные в состав соединения хрома делают эмали очень устойчивыми к механическим воздействиям. Таких возможностей и характеристик нет у аналогичных видов красок.

Основные характеристики

Кремнийорганические краски используют для наружной отделки. Эта категория лакокрасочных материалов соответственно обладает характеристиками, необходимыми для окрашивания поверхностей, находящихся на открытом воздухе:

• Устойчивость к ультрафиолету. Высокая сопротивляемость воздействию солнечных лучей;
• Водопроницаемость (абсорбция). После полного высыхания краски проникновение воды не наблюдается;
• Способность к истиранию: стойкость достигает более трёх с половиной тысяч циклов;
• Время высыхания. Полностью высыхает в течение двух часов после нанесения последнего слоя;
• Термоустойчивость. Термостойкие эмали выдерживают температуру до +600 ˚C.

Кремнийорганические покрытия: антикоррозионные свойства и термостойкость

В производственных условиях, когда из-за повышенных температур металлы теряют не только прочность, но и способность противостоять коррозии, нередко возникает необходимость в антикоррозийных лкм, которые сочетали бы в себе устойчивость к высоким температурам и антикоррозионные свойства.

Самым распространенным, пожалуй, способом защиты металлов, подвергающихся воздействию высоких температур (дымоходы, выхлопные трубы, электродвигатели, котлы, электрические печи, трансформаторы, печи обжига и крекинги на химических предприятиях, бытовые нагревательные приборы и т.д.) был и остается метод нанесения лакокрасочных материалов на основе полиорганосилоксанов. Такие композициивыдерживают диапазон температур 200-600°С.

В тех случаях, когда необходима защита металлических конструкций и от влаги, и от повышенных температур (мосты, водонапорные башни, медицинское оборудование), применяются эмалевые краски на основе модифицированных полиорганосилоксановых смол. Данные полимеры также входят в состав терморегулирующих покрытий.

Термостойкость материалов определяется строением полимеров, видом пигментов, входящих в их состав, технологией нанесения данного покрытия и качеством обработки поверхности, нуждающейся в защите.

Синтетические кислородосодержащие кремнийорганические полимеры характеризуются особой прочностью и высокой степенью выносливости. Атомы кремния, кислорода и органических радикалов, связанных с атомами кремния, образуют прочную связь и гарантируют повышенную прочность таких полимеров. А высокую термостойкость обеспечивает большая энергия связи между атомами кремния и кислорода. Макромолекулы кремнийорганического полимера (при сравнении с другими полимерами) поддается разрушению с затратой значительно большего количества тепловой энергии. В этом отношении кремнийорганические покрытия являются уникальными материалами, так как их термостойкость в несколько раз превышает показатели по сходным лакокрасочным покрытиям (так, к примеру, полиуретановые покрытия — 140 °С, алкидные — 230,эпоксидные покрытия — 250 °С, фторосодержащие — 290 °С).

В кремнийорганических эмалях в ряде случаев в качестве пленкообразующих используют как полиорганосилоксановые смолы в чистом виде , так и модифицированные органическими полимерами. Модификация может быть химической – посредством синтеза полимера, при смешении полиорганосилоксанов с органическими смолами: физической – при формировании пленок с их последующей термообработкой.

Кремнийорганические эмали при нанесении их в 2-3 слоя могут выдерживать температуру от 230 до 500-600 °С (к примеру, эмаль марки КО-42, КО-42Т нанесенная в 2 слоя, общая толщина покрытия – 25 мкм, выдерживает предельную температуру 230 °С; эмаль марки КО-174, нанесенная в 2-3 слоя, общая толщина покрытия -30 мкм, – уже 500 °С). Чаще всего для модификации пленкообразующего компонента кремнийорганических эмалей применяются эфиры целлюлозы и различные виды смол (эпоксидные, акриловые, алкидные и т.д.).

Присутствие органических смол способствует улучшению эластичности, повышению износостойкости и ускорению процессов высыхания эмалей. Смолы, содержащие ароматические радикалы, улучшают показатели термостойкости эмалей, но несколько снижают их эластичность. Этилцеллюлоза или акриловые смолы делают возможным высыхание покрытия в естественных условиях. Карбамидные смолы обеспечивают повышенную твердость пленки, а эпоксидные – стойкость покрытия в условиях агрессивной среды. Наиболее широко применяются в качестве пленкообразующих для данного типа покрытий полиметилфенилсилоксановые и полиэтилфенилсилоксановые смолы, которые улучшают одновременно и термостойкость, и эластичность эмалей.

Во избежании изменения цвета и свойств эмали под действием высоких температур, а также для обеспечения ее скорейшего отвердения и стабилизации покрытия, прибегают к использованию специальных отвердителей. На сегодняшний день наиболее часто применяемыми отвердителями выступают полиорганосилазановые, такие как МФСН-В или МСН-7. Ранее эту функцию выполняли карбоксилаты кобальта, марганца, свинца, цинка, железа, а также эфиры борной и фосфорной кислот. Позже стали применяться более сложные композиции на основе титанофосфороорганических соединений, силазанов (соединений с чередующимися атомами кремния и азота) и элементосилазанов. За счет введения в цепь полимерагетероатомов или их группировок повысились показатели термостойкости полимеров. А введение группировок с антиоксидантными свойствами привело к повышению термоокислительной стабильности.

Главным преимуществом покрытий в состав которых включены полиорганосилазаны, является обеспечение способности эмали высыхать в естественных условиях, в то время как их аналоги на основе кремнийорганических полиорганосилоксановых пленкообразующих веществ способны быстро сохнуть лишь при температуре не ниже 200–250°С. К тому же данные отвердители делают лакокрасочное покрытие особо прочным, позволяя ему выдерживать перепад температур от -40 до +300 °С, не растрескиваться при нагревании и не подвергаться термоокислительной деструкции.

Способность быстро сохнуть при естественных температурах привела естественному расширению области применения этих композиций: атмосферостойкая защита фасадов зданий и металлоконструкций, предотвращение процессов электрокоррозии в арматуре железобетона , теплоизоляционная защита различных типов конструкций и т. д.

Необходимо отметить, что пигменты также оказывают влияние на изменение свойств лакокрасочных покрытий. Обладая разной величиной и формой частиц, разной степенью смачиваемости пленкообразующих и разной способностью к химическим реакциям, пигменты влияют на свойства эмалей весьма существенно. Кремнийорганические эмали в зависимости от типа используемого пигмента приобретают большую термостойкость, дольше сохраняют свой внешний вид. Так, если предполагаемая температура воздействия не превышает 250-300 °С, то в качестве пигментов широко применяются газовая сажа, графит, двуокись титана, титанат хрома, хромат цинка, а также окиси кобальта, хрома, магния, железа, алюминия, цинка, кадмия, меди и другие окиси металлов и их соли; зеленый фталоцианин и красный толуидин (органические пигменты). При повышении температуры до 300-400 °С целесообразно использовать ранее озвученные окислы металлов. Самой высокой степенью термостойкости отличаются цинковая пыль и алюминиевая пудра, допустимый диапазон температур – 500-600 °С. В данном случае при взаимодействии гидроксильных групп полиорганосилоксанов с металлическим алюминием происходит образование соединений полиорганоалюмосилоксанов. Помимо этого чешуйчатая форма частиц, из которых состоит алюминиевая пудра, позволяет им находиться в верхнем слое пленки и отличает данный тип покрытия большей степенью укрывистости. При этом алюминиевая пудра обладает способностью отражать световое, УФ-излучение, ИК- излучение, минимизируя тем самым процессы старения пленок, сохраняя надолго их внешний вид при воздействии высоких температур. Покрытия с использованием алюминиевой пудры улучшают распределение тепла в металлических конструкциях, предупреждая местные перегревы и расхождение сварных швов.

Окислы металлов применяются для окрашивания эмалей в различные цвета с целью декоративного их использования или для маркировки изделий. Цветные пигменты также достаточно устойчивы к воздействию высоких температур и выдерживают длительный нагрев до 500 °С, практически не подвергаясь разложению и изменению цвета. Эмали, полученные путем комбинирования полиорганосилоксановых смол, керамических фритт и пигментов отличаются повышенной термостойкостью и в течение длительного временного отрезка способны выдерживать нагрев от 500 до 600 °С и кратковременно — воздействие температур до 700–800°С. Для эмалей на основе чистых полиорганосилоксановых смол применение свинца в качестве пигмента не рекомендовано, потому как свинец является катализатором их полимеризации и способствует нестойкости эмалей при хранении. Однако в случае с эмалями, дифицированными, например, фенолформальдегидными смолами, свинцовые компоненты не проявляют каталитического эффекта.

Выбор пигмента регламентируется каждым индивидуальным случаем применения эмалей и требованиями, предъявляемыми к их физико-химическим характеристикам. К сожалению, введение одних лишь пигментов в состав эмали не может служить универсальным способом увеличения их термостойкости. Это объясняется тем, что при резких колебаниях температур (особенно при понижении) покрытие имеет свойство растрескиваться, так как в композициях с применением пигментов присутствует высокое внутреннее напряжение, и чтобы предотвратить процесс разрушения в состав эмалей добавляют вещества, имеющие пластинчатую или волокнистую структуру (слюда, асбест, тальк).

Износостойкость и срок эксплуатации кремнийорганических эмалей во многом зависит от качества обработки той поверхности, на которую они наносятся. Жировые загрязнения, ржавчина, следы окалины значительно снижают степень адгезии защитного состава с поверхностью и минимизируют его протекционные свойства, в результате чего влага все-таки проникает через покрытие из атмосферы и способствует возникновению подпленочных коррозионных процессов. Окалина в этом случае приводит к локализации процесса электрохимической коррозии. С другой стороны, сцепление эмали с шероховатой поверхностью лучше, чем с гладкой. На абсолютно гладкой поверхности такие покрытия быстрее разрушаются под действием высоких температур.

Сроки службы кремнийорганических эмалей определяются также видом металла, на который происходит их наложение. В основном такие составы наносятся на стальные и титановые конструкции, так как именно эти металлы обладают повышенной термостойкостью.

Все способы очистки поверхности в процессе подготовки к нанесению кремнийорганических эмалей условно можно разделить на химические (обезжиривание органическими растворителями, химическое хромирование, фосфатирование и т.д.) и механические (ручная зачистка от ржавчины, очистка с использованием инструментов и др.) по методу воздействия.

Существуют определенные закономерности при подготовке некоторых поверхностей к нанесению защитного слоя. К примеру, при работе с углеродистой и малолегированной сталью, подвергающейся воздействию температуры до 400 °С, целесообразно фосфатировать поверхность металла, учитывая при этом целевое назначение деталей, а, значит,- и режим фосфатирования. Для оптимизации защитных свойств кремнийорганических покрытий в данном случае наносят толстые покрытия фосфата железа и марганца. Но при достижении температурных параметров от 400 до 500 °С фосфатные слои разрушаются и требуется стальную поверхность металлизировать алюминием, повышая степень электрохимической защиты стального покрытия.

Легированные стали нуждаются в сухой струйной очистке с кварцевым песком, обдувкорундовым песком или травлении с пассивацией. В некоторых случаях лакокрасочные покрытия приходится наносить на необработанную поверхность металлов. Принимая во внимание, что полиорганосилоксаны отличает слабая адгезия к металлам, в описанных случаях прибегают к помощи химически активных подслоев различных марок (например, АПК-1 или ПК-89).

Сохранение всех защитных свойств эмалей, их термостойкости, высокой степени адгезии может гарантировать лишь определенный алгоритм при подготовке поверхностей: зачистка поверхности металла, нанесение химически активного подслоя, нанесение самой эмали. Этот способ считается универсальным и используется даже в тех случаях, когда доступ к определенным конструкциям бывает затруднен (используется для крупногабаритных или тонкостенных деталей). В некоторых случаях вместо механической очистки поверхности от ржавчины применяются преобразователи ржавчины (толщина коррозионного слоя может достигать 100 мкм), которые подразделяются по способу воздействия на преобразующие, стабилизирующие, пенетрирующие и ингибирующие составы.

Стабилизация ржавчины происходит в основном за счет процессов перевода различных окислов и гидроокисей железа в гематит Fe2O3 и магнетит Fe2O4. Гидратированные окислы железа ржавчины превращаются в процессе химической обработки в соли, отличающиеся прочным сцеплением с поверхностью металла.

Среди грунтовок-преобразователей наиболее широкое распространение получили композиции на основе поливинилацетатной эмульсии (ПВА), которая отличается способностью глубоко пропитывать коррозионные образования (сюда относятся такие грунты, как ВА-1ГП, ВА-01 ГИСИ, ВА-1 ГИСИ и др.). До момента нанесения ЛКМ такая грунтовка должна высохнуть полностью, ориентировочный срок для завершения процесса высыхания при относительной влажности воздуха от 30 до 90% составляет примерно 24 часа.

Основными технологическими способами нанесения эмалей остаются пневматическое распыление, окраска кистью. Первый способ достаточно удобен, но отличается большим перерасходом состава вследствие перераспыла и активного выделения паров растворителей. Окраска кистью удобна для обработки труднодоступных мест, но при использовании данного способа невозможно качественно растушевывать эмаль и регулировать толщину слоя ЛКМ, особенно, если лакокрасочное покрытие быстро высыхает. А именно толщина покрытия определяет степень растрескивания или отслоения эмали (в большинстве случаев — чем толще слой, тем ниже степень износостойкости). Как правило, толщина слоя не должна превышать 40–50 мкм. (Допустимы отклонения, например, для эмали КО-198 возможно повышение толщины до 60 мкм.) Еще большее утолщение слоя приведет к растрескиванию покрытия или отслоению от подложки. По этой же причине в большинстве случаев при обработке поверхности не используются грунты. Однако современная промышленность предлагает несколько видов грунтовок, которые сочетаются с кремнийорганическими покрытиями (грунтовки типа ВГ-33 в сочетании с эмалями КО-168, ХП-5184, ХС-5132, ХС-759; типа ФЛ-03К — в сочетании с эмалями ХВ-124, ХВ-16, ХВ-785, ХП-7120, ХП-799 И Т.Д.)

Крайне важно уделить внимание и процессу сушки эмали. Обычно этот процесс производится с использованием сушильных печей (температура в них должна поддерживаться на уровне 150–200°С), инфракрасных нагревателей (именно такой тип нагревателей ускоряет процесс, так как прогрев пленки происходит изнутри), систем обдува, но при использовании последних важно помнить, что обдувка ускоряет высыхание, однако снижает эластичность покрытия.

Терморадиационный метод сушки с принудительной циркуляцией воздуха рекомендован для деталей сложной конфигурации с экранизированными участками поверхности.

Использование катализаторов отверждения данного вида эмалей (стеараты кальция, цинка и др., нафтенаты свинца, цинка, железа и др. – их присутствие в лаковой основе составляет 0,1-2%.) ускоряет процесс сушки и даже позволяет производить ее при естественной температуре. Однако, термостойкость таких покрытий снижается, а процесс теплового старения ускоряется. Таким образом, большое количество катализаторов снижает термостойкость пленок.

На рынке сегодня представлен широкий выбор кремнийорганических лакокрасочных покрытий. Но при этом их выбор и использование должны быть основаны на четком понимании защитных возможностей покрытий при комплексном анализе параметров эмалей с использованием данного вида полимеров как в изолированном состоянии, так и на этапе эксплуатации (физико-механические, химические и реакционные свойства всех компонентов).

Плюсы и минусы

Плюсы кремнийорганических ЛКМ:

• Покрасочные работы можно проводить при температуре от + 40 до -20 ˚C;
• Покрытие выдерживает экстремальные температурные условия (от -60 до +150, +600 ˚C в зависимости от термоустойчивости);
• Продолжительный срок службы: более 15 лет;
• Прекрасная защита от коррозии и попадания влаги;
• Большой выбор цветов;
• Хорошие электроизоляционные свойства;
• Относительно невысокая цена;
• Не растворяются в большинстве растворителей и химически инертны по отношению к большинству химических реактивов.

Минусы кремнийорганических ЛКМ:

• Сильные токсичные испарения, выделяемые составом при высыхании, очень вредны для человека;
• Непосредственный контакт с кремнийорганической краской в течение длительного времени воздействует на слизистые человека и наносит вред здоровью;
• Кремнийорганика может использоваться только для наружных работ;
• Нельзя наносить на влажные поверхности: после дождя, снега или инея.

Советы по нанесению

Чтобы покрытие из калийорганической краски прослужило как можно дольше и не меняло свой цвет, специалисты рекомендуют наносить его слоем до 50 мкм. Чтобы показатель не был преувеличен, стоит красить фасад 2 или 3 раза с перерывом в 15 минут.

Некоторые металлические поверхности перед покраской лучше очищать. Обезжиривать и покрывать грунтовкой.

Старое потресканное покрытие рекомендуется очищать, используя механические или химические способы. При использовании калийорганических эмалей требуется строго придерживаться техники безопасности, тем самым защищая себя от токсичных испарений.

Где применяется

Краска кремнийорганическая фасадная широко применяется в строительстве для декоративного атмосферостойкого окрашивания наружных поверхностей зданий и сооружений. Используется также для защитного покрытия кирпичных, бетонных, каменных, оштукатуренных деревянных и предварительно загрунтованных металлических элементов строений.

Гидрофобные свойства краски находят применение при защитном окрашивании фундаментов строений и поверхностей из шифера.

Кремнийорганическая эмаль с высокой термостойкостью широко используется в промышленности для окрашивания и защиты различных нагревательных приборов, деталей электродвигателей, трансформаторов и двигателей внутреннего сгорания. В качестве зашиты от воды и коррозии металлов применяется в мостостроении, судостроении, для окрашивания опор и портовых конструкций.

Нашла широкое применение на всех промышленных производствах и предприятиях народного хозяйства, где требуется работа механизмов, устройств, резервуаров и помещений в экстремальных температурных или атмосферных условиях.

Технология нанесения краски

Нанесение лакокрасочных материалов должно быть аккуратным и последовательным. Мастеру не стоит забывать о подготовке необходимого для работы инвентаря, а также закупки достаточного количества эмали на конкретную площадь поверхности.

Подготовка основания

Перед покраской каждая поверхность нуждается в тщательной подготовке:

1. Изначально отштукатуренных фасад очищают от пыли, грязи, всевозможных пятен. Для работы можно воспользоваться строительным пылесосом. От кусков старого покрытия можно избавиться при помощи железного шпателя.
2. Чистую поверхность штукатурят или шпаклюют, так как с помощью краски скрыть всевозможные дефекты будет практически невозможно.
3. Валиком наносят слой грунтовки. Он должен быть равномерным и аккуратным.

Покраска

Нанесение калийорганической краски либо эмали может осуществляться следующими способами:

1. Малярным валиком либо кисточкой. Однако при таком окрашивании тяжело контролировать слой покрытия, который играет важную роль в качестве агдезии.
2. Пневматически краскораспылителем. Несмотря на простоту и скорость выполнения работы, у этого метода есть некоторые минусы: большой расход эмали и выделение токсичных веществ в окружающую среду.
3. Погружением деталей в эмаль. Этот метод подходит только в том случае, когда габариты атрибутов подходят под объем емкости с краской.