Структура и свойства органосиликатных покрытий

Покрытия, получаемые на основе системы полиорганосилоксан - силикат-окисел,названы органосиликатными,т.к. их наиболее существенными и обязательными компонентами являются соединения, содержащие органические группы и силикаты, причем между первыми и вторыми в процессе формирования покрытия возникают прочные, в том числе химические, связи, объединяющие составные части композиции в единую пространственную структуру.

Применение кремнийорганических полимеров (полиорганосиокса-нов),содержащих прочные химические связи(Si-O-Si и Si-C)обеспечивает получение высококачественных материалов и покрытий из них. Механо-химическое воздействие на систему полиорганосилоксан-силикат-окисел (при 20-50 °C) ускоряет прививку молекул поли-органосилоксана на поверхность силикатных и окисных компонентов.Нагревание до 300°С обеспечивает условия для дальнейшего протекания реакции конденсации за счёт силанольнных групп полиорганосилоксана,силикатов и окислов с образованием силоксанных,силоксан-силикатных и силоксан-окисных связей.При дальнейшем повышении температуры (до 1000°С) протекает процесс деструкции полиоргано-силоксана,взаимодействие продуктов деструкции с неорганическими компонентами.

Органосиликатные материалы обладают помимо высокой термостойкости,целым комплексом высоких физико-технических свойств, таких, как электроизоляционность, химическая устойчивость, механическая прочность, эластичность, морозо- и атмосферостойкость. Благодаря этому органосиликатные материалы нашли применение в различных областях

 

современной техники: энергомашиностроении, атомной энергетике, судо-, авиа- и машиностроении, радиоэлектронике.

Ведение процессов при повышенных температурах,как правило,ускоряет их течение,приводит к увеличению выпуска готовой продукции и повышению её качества.

На многочисленных предприятиях химической,горнодобывающей промышленности и теплоэнергетике в весьма прогрессивных средах,со-держащих аммиак, промышленную пыль, пары кислот, щелочей при повышенной влажности и резких колебаниях температуры, работают конструкции из строительных материалов (стены, тоннели, цоколи, опоры, перекрытия и т.п.),металлоконструкции сооружений(шахтные опoры, эстакады, опоры, перила, фермы и др.), оборудование, трубопроводы, арматура. В таких условиях (например, на калийных комбинатах многослойные перхлорвиниловые покрытия защищают металл от коррозии лишь в течении 5-6 месяцев, после чего металлоконструкции быстро выходят из строя и требуют полной замены. Применение же для их антикоррозионной защиты органосиликатных покрытий отдаляет в аналогичных случаях момент начала коррозии металла,по крайней мере на 5 лет.

Органосиликатные материалы не имеют такого богатого опыта ис-пользования,каким обладают масляные краски,эмали,лаки и полимерные продукты,применяемые в строительстве на протяжении многих десятилетий.Они появились лишь в конце 50-х годов.Но уже сейчас доказано, что защитно-декоративные покрытия из органосиликатных материалов предохраняют жильё, административные, промышленные здания, сооружения, оборудование из строительных материалов и металла от разрушения и коррозии в условиях современных городов и предприятий как минимум в течение 15 лет. Подверженные термической обработке

 

органосиликатные покрытия превращаются в керамику и приобретают повышенные защитные свойства,становясь дополнительно жаростойкими. Причём термообработку их можно проводить "эксплуатационным нагревом": например, покрытие выхлопной трубы автомобиля "закалится" в процессе эксплуатации.

Высшую оценку получили защитные свойства из органосиликатных материалов в условиях крупных животноводческих комплексов. Они значительно превзошли по стойкости совместноиспытанные цинковые покрытия.

Анализ экономической эффективности органосиликатных покрытий по различным целевым направлениям народного хозяйства показывает:

1.Наибольший экономический эффект получается от органосиликатных покрытий для защиты металлоконструккций и строительных сооружений на мощных тепловых электростанциях,предприятиях химической и добывающей промышленности.

2.Эффективно применяются органосиликатные покрытия для защиты металлических инженерных сооружений и оборудоваания.

3.Экономически целесообразно применение органосиликатных покрытий для защитно-декоративной отделки фасадов бетонных и кирпичных зданий.

Представляет несомненный интерес разработка защитного покрытия,которое наносится методом лакокрасочной технологии,закрепляется на подложке термообработкой при относительно низких температурах (200-300°С),а затем может быть использовано в зависимости от температуры эксплуатации как теплостойкое органосиликатное или неорганическое жаростойкое.

12.3.1. Фосфатирование

Фосфатные плёнки (покрытия) находят широкое применение в различных отраслях промышленности.Такое распространение объясняется их ценными свойствами.В зависимости от условий химической или электрохимической обработки на поверхности металла могут быть получены плёнки различных свойств и толщины.Тонкие плёнки пассивируют металл и несколько увеличивают его стойкость против коррозии.С увеличением толщины и уменьшением пористости возрастает защитная способность плёнок.

Изменяя условия ведения процесса,могут быть получены плёнки,обладающие высокой адсорбционной способностью,хорошими электроизоляционными свойствами,повышенными прочностью и износостойкостью.

Процесс фосфатирования заключается в образовании на поверхности плёнки нерастворимых в воде фосфорокислых солей марганца и железа или цинка и железа.

Известно,что при взаимодействии железа с фосфорной кислотой образуется одно-,дву-, и трёхзамещенные фосфаты и выделяется водород по уравнениям:

Fe+2H ₃PO₄ =Fe(H ₂ PO ₄) ₂ +H ₂;

Fe+Fe(H ₂ PO₄)₂ =2FeHPO ₄ +H₂;

Fe+2FeHPO₄ =Fe ₃ (PO ₄)₂ +H ₂.

Одновременно может идти диссоциация:

3Fe(H ₂ PO ₄)₂ =Fe ₃ (PO₄) ₂ +4H ₃ PO ₄.

Аналогично идут реакции фосфорной кислоты с цинком.

Образующие однозамещенные фосфаты хорошо растворимы в воде,двузамещенные трудно растворимы,а трёхзамещенные практически не растворяются.Последние два соединения и являются основой плёнки,формирующейся на поверхности металла.

По мере роста фосфатного слоя поверхность металла изолируется от воздействия раствора, скорость фосфатирования через некоторое время уменьшается,процесс заканчивается,что заметно по прекращению выделения пузырьков водорода.

Процесс фосфатирования в растворах,содержащих однозамещенные фосфаты,особенно эффективно протекает при температуре 90-100°С.Его продолжительность достигает 120 минут.Ускорение процесса возможно с помощью введения в раствор специальных добавок,из которых наибольшее применение нашли азотисто- и азотнокислые соли цинка.

Защитная способность фосфатных плёнок, полученных ускоренным фосфатированием,ниже,чем плёнок,полученных в обычных растворах.Поэтому,ускоренное фосфатирование применяют преимущественно для получения грунта под лакокрасочные покрытия или электроизоляционных фосфатных плёнок.

Фосфатный слой обладает рядом ценных свойств,которые определяют область применения фосфатирования.Он устойчив в атмосферных условиях,в смазочных маслах и органических растворителях;разрушается в кислотах и щелочах.Фосфатная плёнка характеризуется высокой адгезионной способностью и высоким электросопротивлением.

Наиболее широко фосфатирование применяется для защиты изделий от коррозии.Защитные свойства фосфатных плёнок на стали выше,чем плёнок,полученных химическим оксидированием в щелочных растворах.Фосфатированные и лакированные изделия более стойки против коррозии,чем лакированные без предварительного нанесения фосфатного слоя в качестве грунта.

Фосфатированию подвергают не только черные,но цветные металлы,такие как алюминий.

По технологии проведения фосфатирование можно осуществлять ускоренным методом в растворах цинковых солей,холодным способом при температуре 20-40°С,методом струйного распыления,а также фосфатирование пастами (где фосфатирующий раствор,смешанный с тальком наносят на поверхность изделия с помощью кисти или ветоши).

Способ обработки изделий после фосфатирования зависит от их назначения.Для повышения стойкости деталей против коррозии их обрабатывают в течение 5-15 минут в 5-10-процентном растворе двухромокислого калия или натрия при температуре 70-80°С.

Хорошие результаты в отношении повышения защитной способности дает гидрофобизация фосфатных пленок.Фосфатированные детали погружают на 5-7 минут в 10-процентный раствор гидрофобизирующей кремнеорганической жидкости ГКЖ-94 в бензине Б-70,после чего выдерживают на воздухе до испарения следов бензина, а затем сушат при 110-130°С в течении 40-50минут.Гидрофобизированные фосфатные пленки не смачиваются водой и по стойкости против коррозии не уступают лакокрасочным покрытиям.

 

Лакокрасочные покрытия

 

Лакокрасочные материалы многокомпонентные составы, способные при нанесении тонким слоем на поверхность изделий высыхать с образованием пленки, удерживаемой силами адгезии. Пленка может быть бесцветной или окрашенной, прозрачной или непрозрачной.

Важнейшими компонентами лакокрасочных материалов являются пленкообразователи, растворители и пигменты. Кроме того в состав лакокрасочных материалов могут входить пластификаторы, наполнители, сиккативы, катализаторы, отвердители, инициаторы и ускорители полимеризации, эмульгаторы, добавки для улучшения смачивания и растекания по поверхности, тиксотропные добавки и др. Некоторые их этих компонентов вводят в состав лакокрасочного материала незадолго до его применения или в процессе Нанесения не поверхность вследствие ограниченного срока, годности получаемой смеси.

Пленкообразователи сообщают лакокрасочному материалу способность к образованию пленки и в значительной мере определяют ее основные свойства -адгезию, механическую прочность и стойкость к физическим и химическим воздействиям внешней среды, таким как перепады температуры, кислород воздуха, воды и водяные пары, растворители, химические реагенты и др.

Образующиеся пленки прозрачны и бесцветны или окрашены в желтый и коричневый цвет.В зависимости от способности сохранять первоначальные свойства, в процессе образования пленки, в том числе плавкость и растворимость, или результате химических процессов, переходить в необратимое (неплавкое и нерастворимое)состояние, пленкообразователи подразделяют на неотверждаемые (не превращаемые, термореактивные).

Пигменты сообщают пленке цвет, повышают ее прочностные и эксплуатационные свойства.

Наполнители добавляют для удешевления лакокрасочных материалов, а также улучшения прочностных и защитных свойств покрытий. Они являются природными продуктами. К их числу относят мел, тальк и др.

Изделия из алюминиевых сплавов оксидируют электрохимически или химически и окрашивают с применением пассивирующих грунтовок. Деформируемые сплавы типа. дюралюминия при температуре выше 150 °С претерпевают структурные изменения (выделение меди).Это способствует межкристаллитной коррозии. Алюминиевые сплавы в контакте с другими металлами часто являются анодами и подвергаются интенсивному коррозионному разрушению, особенно в морской воде. Из алюминиевых сплавов менее опасными для контактной коррозии является сплав АМг-5.

Магниевые сплавы обладают малой коррозионной стойкостью вследствие низкого значения электрохимического потенциала. Ее повышают путем создания на поверхности сплава искусственной оксидной пленки, которая снижает химическую активность металла и улучшает адгезию лакокрасочных покрытий к поверхности металла. Места контакта магниевого сплава с другими металлами подвергаются усиленной коррозии, т.к. большинство металлов по отношению к магниевое сплаву является катодом. Защита от контактной коррозии достигается металлизацией цинком, кадмием и др. контактируемых с магниевым сплавом металлов с последующей окраской.

Все детали из магниевых сплавов, эксплуатируемые в. контакте в другими сплавами, обязательно защищают лакокрасочными покрытиями.

Медь (Ml,M2,M3) и медные сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях и в морской воде. Латуни Л-60,ЛС-59-1 и других марок с содержанием меди 57-60% и цинка, более 39% имеют сравнительно низкую коррозионную стойкость. В связи с этим медные сплавы необходимо тщательно окрашивать. Адгезия большинства лакокрасочных покрытий к меди плохая, поэтому перед окраской медь подвергают, травле­на затем пассивируют.

Титановые сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью благодаря легкообраэующейся на их поверхности тонкой окисной пленке. В контакте со сталью, медью, магниевыми и.алюминиевыми сплавами титановые язвы способны ускорить их коррозию, и поэтому места, контактов следует окрашивать. Лакокрасочные покрытия имеют слабую адгезию к титановым сплавам, поэтому перед окрашиванием применяют гидропескоструйную обработку или давление.

Нержавеющие стали обладают высокой коррозионной стойкостью, однако местах сварки коррозионная стойкость снижается. В этих местах защитные лакокрасочные покрытия обязательны. Лакокрасочные покрытия имеют плохую адгезию к. поверхности нержавеющих сталей. Для ее улучшения применяют гидропескоструйную обработку или травление с последующей пасси­вней,

В зависимости от состава и назначения лакокрасочные материалы. применяемые в машиностроении, под разделены на. лаки, грунтовки, шпатлевки,краски (в том числе эмали).

Лаки - растворы пленкообразователей в органических растворителях. Они служат для получения прозрачных покрытий или нанесения поверхностного слоя по слою эмали для увеличения блеска покрытия.

Грунтовтовки, шпатлевки и краски - представляют собой пигментированные лаки или олифы. Краски, изготовленные на лаках, называют эмалевыми, а изготовленные на олифе - масляными. Грунтовки применяют для нанесения тих слоев покрытия, которые обеспечивают прочную адгезию с окрашиваемой поверхностью и обладают хорошими антикоррозионными свойствами.

Существует несколько типов грунтовок. Грунтовки, содержащие в качестве пигментов железный сурик и цинковые белила, защищают металл от проникновения влаги. К числу таких грунтовок относят ГФ-О2О,ГФ-043ГС,ФЛ-ОЗК и др.

Пассивирующие грунтовки содержат в качестве пигментов цинковый, стронциевый кроны и другие хроматы. При проникновении влаги в слой грунтовки она частично растворяет пигмент и, обогащаясь ионами Сг₂О₃ пассивирует металл. К числу пассивирующих грунтовок относят ГФ-031,ФЛ-03-Ж,АК-О69 и др.

Фосфатирующие грунтовки, помимо пассивирующего действия, обеспечиваемого хроматными пигментами, фосфатируют металл вследствие присутствия фосфорной кислоты. К числу фосфатирующих грунтовок относятся ВЛ-02,ВЛ-08 и др.

Проекторные грунтовки содержат большое количество цинковой пыли, что обеспечивает катодную защиту металлов, особенно эффективную в морской воде.

Шпатлевки применяют для выравнивания поверхности, они имеют вязкость, значительно более высокую, чем остальные лакокрасочные материалы. Адгезия шпатлевок к металлу обычно значительно хуже, чем грунтовок, поэтому их наносят по слою грунтовок.

Эмали применяют для получения верхних слоев покрытий по слою грунтовки и шпатлевки.

Лакокрасочные материалы и покрытия имеют положительные стороны своего использования:

- самый дешевый способ защиты,

- простота технологических операций,

частично или полностью разрушенное покрытие легко может быть восстановлено. Негативными сторонами использования лакокрасочных материалов и покрытий являются;

- сравнительно малый (6 лет) срок. службы.

- при нанесении и сушке покрытий выделяется большое количество растворителя, многие компоненты которого являются токсичными,

- низкая механическая прочность,

- требуется строгое соблюдение технологии (подготовка, поверхности под покраску).

Технология нанесения лакокрасочных материалов и покрытий заключается:

1.Подготовка поверхности под окраску (удаление ржавчины, пыли, грязи,

2.. Грунтование поверхности

3. Нанесение собственно защитного слоя эмали.