Лакокрасочные материалы, применяемые в строительстве: силикатные краски
Из силикатных красок (СК), изготовленных на основе жидкого стекла, можно создавать фасадные покрытия (Пк) с хорошими декоративными свойствами; они более долговечны, чем акриловые, поливинилацетатные или эпоксидные водно-дисперсионные (ВД) ЛКМ. При наполнении ЛКМ цинком Пк эффективно защищают от коррозии стальные строительные конструкции, арматуру и закладные детали в железобетонных изделиях. СК — одни из самых дешевых и экологически чистых ЛКМ. Однако в России их практически не выпускают, несмотря на наличие сырья и простоту технологии производства. В данной статье рассмотрены причины сложившейся ситуации и даны рекомендации по изготовлению силикатных красок.
В строительстве существует явный «перекос» в сторону применения акриловых ВД ЛКМ, тогда как с научной и экологической точек зрения в России оправдано увеличение объемов использования фасадных поливинилацетатных ВД ЛКМ на основе новых сополимерных дисперсий или гомополимерной грубодисперсной, модифицированной определенными способами.
Хочется обратить внимание еще на один «перекос» — практически полное забвение СК, в то время как они способны образовывать самые долговечные и самые экологичные Пк. Кроме того, СК негорючи и образуют негорючие и не тлеющие Пк. К тому же они самые дешевые ЛКМ. Наверное, именно дешевизной можно объяснить неприятие этих красок.
В СССР СК начали использовать с 1950-х гг., были изданы монографии, появилось много публикаций в журналах, ввели в действие ГОСТ 18958—73 «Краски силикатные», несколько заводов начали производство СК.
Но несмотря на это СК применяли неохотно, скорее, по принуждению, поскольку действовавший в то время в строительстве затратный механизм хозяйствования не позволял, используя их, делать такой же «вал», как на красках более дорогих. Но ведь сейчас понятие «вал» почти исчезло.
За рубежом же СК применяют во всё возрастающих объемах и утверждают, что фасадные Пк на их основе могут служить 50 и более лет. Из-за отсутствия в настоящее время в России производства этих ЛКМ западные фирмы начали предлагать их на российском рынке. Отсутствие на рынке отечественных материалов СК собственного производства легко восполнить, поскольку их несложно и безопасно выпускать самим строителям. Более того, в России возникла уникальная ситуация с сырьем для СК, благоприятствующая организации такого производства.
В соответствии с ГОСТ 18958-73, «краски силикатные представляют собой суспензии щелочестойких пигментов, наполнителей, силикатизаторов в водном растворе высокомодульного силиката калия и предназначаются для наружной и внутренней отделки зданий и сооружений путем окраски кирпичных, бетонных и оштукатуренных поверхностей».
Оставив на совести разработчиков ГОСТа алогичность этого определения, рассмотрим суть вопроса, предварительно дав свою формулировку: «силикатными или жидкостекольными называют краски, в которых пленкообразователем является силикат щелочного металла — лития, натрия, калия или цезия, — используемый в виде водного раствора, называемого жидким стеклом (ЖС)». Этот раствор представляет собой лак, поскольку образует на подложках прозрачные Пк. Подложками для СК, т. е. твердыми телами, к которым ЖС проявляет достаточно высокую адгезию, являются чаще всего изделия, изготовленные из цементных смесей, к которым относятся и многие виды штукатурок, но отнюдь не все, как это можно понять из ГОСТа.
Часто штукатурят гипсовыми смесями, которые окрашивать не рекомендуется. СК можно наносить на известковые изделия, силикатный и керамический кирпич, цементно-известковые штукатурки, природный камень.
Из всех силикатов щелочных металлов наиболее приемлемым для изготовления СК оказался силикат калия. На основе силиката натрия получаются СК более низкого качества, а силикат лития, на основе которого можно было бы получить СК наивысшего качества, дорог и дефицитен. Еще дороже и дефицитнее силикат цезия.
Пк из водного раствора силиката калия образуется в результате протекания двух процессов: потери воды и воздействия на силикат калия углекислого газа, содержащегося в воздухе. Диоксид углерода, являясь ангидридом угольной кислоты, более сильной, чем кремниевая, вытесняет последнюю из ее соли. А поскольку кремниевая кислота нерастворима, то Пк, образовавшееся из ЖС, приобретает водостойкость.
Так как это превращение происходит медленно, то для ускорения процесса в СК вводят отвердитель, в качестве которого чаще всего используют оксид цинка, реагирующий с силикатом щелочного металла с образованием нерастворимого силиката цинка. Дополнительным преимуществом применения оксида цинка является его белый цвет.
В качестве отвердителя также можно использовать борат кальция. Однако это вещество менее доступно, чем оксид цинка.
Упомянутый ГОСТ почему-то называет эти вещества не отвердителями, а «силикатизаторами», т. е. под этим термином подразумевается, что некое вещество несиликатной природы превращается в силикат. Но ведь и ЖС — тоже силикат.
Необходимо отметить еще одно положение ГОСТа, уже прямо мешающее развитию СК. В нем записано, что в качестве силикатизатора надо использовать «сухие цинковые белила». Но ведь этим термином обозначают отнюдь не все и даже небольшую часть имеющихся сегодня на рынке разновидностей оксида цинка. А от ГОСТа отклоняться производители не могут, особенно когда не хочется производить эту продукцию.
Требует пояснения и понятие «высокомодульный силикат калия». Необходимость указания модуля силикатов щелочных металлов возникла вследствие того, что их химический состав не может быть выражен простейшей формулой Na2Si03. Реальный их состав может быть отображен лишь более неопределенной формулой mМеО • nSiO2, причем значения коэффициентов различаются в зависимости от условий синтеза этих солей и используемого сырья. Однако знать эти коэффициенты необходимо, так как от их величин зависят свойства ЖС, а также материалов и изделий на его основе. Модуль, хотя и в неявной форме, характеризует эти коэффициенты. Итак, модулем (точнее, кремнеземистым модулем силиката щелочного металла) называют отношение количества содержащегося в нем диоксида кремния к количеству оксида щелочного металла умноженное на отношение молекулярной массы оксида щелочного металла к молекулярной массе диоксида кремния. Для силиката калия это отношение равно 1,5684.
Высококачественные СК характеризуются значением модуля 3,3. Чем выше модуль, тем лучше атмосферостойкость образующихся Пк. Однако при увеличении модуля резко ухудшаются технологические свойства СК.
На основе калийного ЖС разработано немало рецептур СК, причем преимущественно двухупаковочных: в одной — жидкое калийное стекло, в другой — отвердитель и пигмент.
СК, готовую к употреблению, производят непосредственно перед началом окрасочных работ. Для этого ЖС разбавляют мягкой водой (лучше дистиллированной) до плотности 1150 кг/куб. м (плотность исходного ЖС обычно 1400–1450 кг/куб. м). Для расчета количества воды, необходимой для этой цели, используют простое и удобное так называемое «правило диагоналей» (или креста): проводят две пересекающиеся линии, у левого верхнего конца записывают исходную плотность ЖС, у левого нижнего — плотность воды (1000 кг/куб. м). На месте пересечения линий записывают значение плотности раствора, которое требуется получить.
После этого производят расчет, вычитая по диагонали из большего числа меньшее и записывая результат у правых краев диагоналей. Таким образом получают соотношения смешиваемых веществ в объемных единицах. Например, ЖС с плотностью 1410 кг/куб. м нужно разбавить до плотности 1150 кг/куб. м. Записываем исходные данные в соответствии с «правилом диагоналей» и проводим вычитание:
Полученные числа (150 и 260) означают, что на каждые 150 л исходного стекла надо добавить 260 л воды.
Для подготовки краски к применению раствор ЖС с плотностью 1150 кг/куб. м смешивают с пигментной частью в объемном соотношении 1:1, процеживают через сито 600 отв./кв. см. Хранить такую краску можно не более 12 ч.
В качестве примера приведем одну из рецептур СК, % (по массе): оксид цинка — 5,аморфный кремнезем — 5, тальк технический — 5, мел — 15, пигмент щелочестойкий — 25, ЖС — 45.
СК могут быть использованы и для других, еще более важных целей, например, защита строительных конструкций (деревянных, стальных, железобетонных) от воздействии огня. Для этого можно использовать СК на основе калийного или натриевого ЖС.
Ныне в России существует небольшое производство СК такого назначения. В частности — «Силикат-0» представляет собой суспензию наполнителей, пигментов и вспомогательных добавок в ЖС (натриевом) и предназначена для обработки эксплуатируемых внутри помещения конструкций из древесины. Древесина, окрашенная краской «Силикат-0», в соответствии с ГОСТ 16373-76, относится к группе трудносгораемых материалов.
Другой ЛКМ такого типа — «Огнезащитное покрытие ОПВ-1» — представляет собой взвесь вспученного вермикулита Потанинского месторождения в натриевом ЖС. Этот материал готовят непосредственно на месте применения в смесителях типа СО-46Б, смешивая пигментную часть с ЖС в соотношении 45:55–40:60. Для нанесения можно использовать пневмораспылители. Окраска этим материалом тоже делает древесину трудносгораемой.
Очень перспективно использование СК для защиты от коррозии стальной арматуры и закладных деталей в железобетонных изделиях. Одним из способов придания Пк на основе СК антикоррозионных свойств может быть введение в их состав ингибиторов коррозии, например, нитрита или бензоатанатрия. Но наиболее эффективны для защиты стали от коррозии так называемые цинксиликатные краски, используемые в качестве грунтовок, поскольку они защищают по барьерному и протекторному механизмам.
Ранее такие грунтовки под названиями «Силикацинк-1» и «Силикацинк-2» производили в промышленных объемах благодаря работам В. А. Орлова, однако распад СССР приостановил их изготовление. В настоящее время производство цинксиликатных красок восстанавливается, но несколько меняется их состав и названия: «Барьер-ЗП» и ЦС-4И. Высокомодульное калиевое силикатное стекло для них получают электродиализным безреагентным способом.
Возможно, еще более эффектной и эффективной областью применения СК может стать защита внутренней поверхности стальных емкостей для холодной и горячей воды, а также стальных водоводов. Для реализации этой цели необходимы СК другого типа и оригинального способа нанесения. Такими СК являются водные растворы, содержащие силикат калия или натрия и кислую соль фосфорной кислоты.
При введении этого раствора в стальные резервуары или водоводы соли вступают в обменные реакции с ионами железа, которые содержатся в ржавчине, ионами кальция и магния, присутствующими в воде. Такие взаимодействия приводят к образованию на поверхности металла нерастворимого Пк из силикатов и фосфатов этих металлов. Оно надежно защищает сталь от коррозии в течение времени, продолжительность которого зависит от многих факторов. Заметить потерю защитных свойств в этих Пк можно по появлению в воде ионов двухвалентного железа. Ремонт Пк в этот момент путем введения новых доз раствора восстанавливает его защитные свойства. Таким способом можно предотвращать ущерб от коррозии водопроводов холодной и горячей воды жилищно-коммунального хозяйства.
В ряде стран, например, в США, этот способ применяется давно. В СССР его начинали использовать в Херсоне, Харькове, Киеве, Москве. Сейчас он забыт.
Возвращаясь к СК традиционного применения, следует отметить, что наряду с уже упомянутыми выше веществами в качестве отвердителей можно использовать алюминат натрия, гекса-фторсиликат натрия (устаревшее название — кремнефторид натрия), этилацетат, формамид.
Качество Пк из СК можно повысить добавлением силиконатов натрия или калия, этилсиликатов, этаноламинов, полиизоцианатов, фурилового спирта, ряда других органических веществ. Так, С. Е. Рудаков и Ю. И. Нянюшкин показали, что добавление 6 частей (по массе) фурилового спирта на 100 частей (в расчете на сухое вещество) позволило сформировать Пк с более однородной и менее напряженной структурой, обеспечивающей повышенные химстойкость и прочность.
Возможность эффективного модифицирования фуриловым спиртом жидкостекольных композиций следует подчеркнуть особенно потому, что, во-первых, это вещество заметно повышает физико-механические свойства и химстойкость не только Пк, но и массивных изделий на основе ЖС, позволяя создать новый конструкционный и противокоррозионный материал — полимерсиликатобетон, а во-вторых, фуриловый спирт получают из продуктов, образующихся при гидролизе растительного сырья, т.е. возобновляемого природного ресурса.
В заключение следует отметить, что в настоящее время появилась возможность синтезировать ЖС способом, позволяющим заметно снизить его стоимость. Новая технология заключается в получении ЖС взаимодействием аморфного кремнезема с 40%-ным водным раствором щелочи при температуре 80–90 0С и атмосферном давлении, тогда как по традиционной технологии необходимо вначале получить силикат-глыбу с оплавлением кварцевого песка (кристаллического тела) с содой при температуре около 1600 0С, а потом превратить ее в ЖС развариванием в автоклаве при температуре 110–120 0С.
В качестве аморфного кремнезема можно использовать такие горные породы, как диатомит, кизельгур, опоку, трепел, но наиболее эффективным сырьем является так называемый микрокристаллический кремнезем (кремнеземсодержащая пыль ферросплавного производства) — образующийся в черной металлургии многотоннажный отход, который до сих пор не применяется в заметных количествах.
| Автор: В. А. Войтович Дата: 11.08.2004 Журнал Стройпрофиль 5-04 Рубрика: отделочные материалы. интерьеры Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |