Еженедельник "Снабженец"
http://www.snab.ru

Полная версия этой статьи в формате PDF:
СКАЧАТЬ


   Органосиликатные композиции и покрытия

   Органосиликатные композиции (ОСК) представляют собой суспензии мелкодисперсных слоистых силикатов и оксидов металлов в толуольных растворах полиорганосилоксанов с разветвленным строением молекул (в кремнийорганических лаках). В ряде случаев в состав ОСК вводятся органические полимеры (наряду с кремнийорганическими) и специальные добавки. Если требуется разнообразить цветовую гамму материала, в его рецептуре могут присутствовать пигменты и красители различной природы. Однако основными и непременными компонентами ОСК, определяющими характерный для этих материалов комплекс и уровень свойств, являются полиорганосилоксаны (кремнийорганические полимеры, главные цепи которых построены из чередующихся атомов кремния и кислорода, а органические составляющие представлены углеводородными радикалами, соединенными с кремнием), силикаты и оксиды. После испарения растворителя и отверждения ОСК образуют полимерный композиционный материал с полиорганосилоксановой матрицей. В подавляющем большинстве случаев ОСК применяются для создания покрытий, наносимых теми же методами, что и лакокрасочные материалы: антикоррозионных, защитно-декоративных, электро- и теплоизоляционных, специального назначения. Кроме того, они могут применяться и применяются в качестве клеев, герметиков, связующих, а также в виде прессовочных материалов. Это обстоятельство (а именно возможность выступать в роли не только лакокрасочных, но и материалов совершенно другого рода при одном и том же принципиальном составе) послужило одной из причин введения термина «органосиликатные композиции». В данной статье речь пойдет только об органосиликатных покрытиях (ОСП). Существует множество разновидностей (марок) ОСК. Все они обладают теплостойкостью (от 200 °С, а если присутствует органический полимер — до 700 °С), высокими электроизоляционными и хорошими физико-механическими свойствами, атмосферостойкостью, адгезией к металлам, керамике, бетону, кирпичу, штукатурке, однако в технических условиях* ОСК объединены в шесть групп в соответствии с основным назначением: атмосферостойкие (группа 1), специальные (5), маслобензостойкие (6), химически стойкие (7), термостойкие (8), электроизоляционные (9). Номеру группы соответствует первая цифра в первой группе цифр индекса ОСК. Вторая цифра в первой группе цифр характеризует тип пленкообразователя (модифицированный или немодифицированный полиорганосилоксан, наличие в его составе того или иного органического полимера, другого кремнийорганического соединения и т. д.), а вторая группа цифр является порядковым регистрационным номером внутри группы композиций по преимущественному назначению. Если предстоит эксплуатация ОСК при высоких температурах, его отверждают путем термообработки («горячей сушки»), как правило, при 180–200 °С (режим 1) или при 250–270 °С (режим 2) в зависимости от марки в течение 3 часов с плавным (1–1,5 °С/мин.) подъемом температуры до температуры выдержки. ОСК, применяемые для защиты от коррозии и защитно-декоративной окраски зданий и сооружений, отверждаются при температуре окружающего воздуха, в т. ч. при минусовых температурах. Технологические инструкции разрешают производить такую окраску при морозе до -20 °С, но на практике эти работы ведутся и при более низких температурах. При холодном отверждении («естественной сушке») покрытий в ОСК вводят отвердитель — тетрабутоксититан (ТБТ) или полибутилтитанат (ПБТ). Основная особенность ОСК — их высокая теплостойкость, значительно превышающая температуру термодеструкции полимерной основы. Она обеспечивается сочетанием полиорганосилоксанов с силикатами. В процессе удаления летучих продуктов разложения полимера роль связующего переходит к твердому остатку кремнеземистого состава, который образуется из полиорганосилоксана. Это коренным образом отличает ОСК от многих кремнийорганических эмалей, индексируемых аббревиатурой КО. Например, известная эмаль КО-81 (ТУ 6-10-597-72) отличается от одной из марок ОСК только тем, что не содержит силикатного компонента. Согласно ТУ, она выдерживает кратковременное воздействие температуры до 230 °С и испытывается на соответствие этому показателю после термообработки при 220–230 °С. Эмаль КО-81 представляет собой дисперсию оксида хрома в кремнийорганическом лаке, а упомянутая ОСК на том же лаке содержит, кроме того, силикат. Она теплостойкая (до 500 °С и выше) и испытывается, согласно ТУ 84-725-78, при 500 °С и при трех циклах теплосмены от +500 °С до -60 °С, причем после термообработки при гораздо более низкой температуре — после отверждения при 250–270 °С. Ниже приводятся данные о свойствах, завоевавших наибольшую популярность ОСК из разных групп по нормам ТУ 84-725-78 с изм. 1–10, а также некоторые примеры практического их применения. ОСК из группы 1 — атмосферостойкие ОС-12-01 зеленая; ОС-12-03 белая, серая, шаровая, черная, светло-зеленая, темно-зеленая, светло-бежевая, бежевая, коричневая, желтая, оранжевая, красная, синяя; ОС-11-17 зеленая. Свойства покрытий после отверждения естественной сушкой с введенным отвердителем (ТБТ, 0,6–1,2% к массе композиции ОС-12-01 и -03, 0,2–0,3% — для ОС-11-07) после выдержки на воздухе при температуре 15–35 °С в течение 72 часов таковы: Прочность при ударе по прибору У-2: ОС-12-03 желтая, оранжевая, красная, синяя и ОС-11-07 — не менее 25 см; ОС-12-01 и ОС-12-03 остальных цветов — не менее 30 см. Адгезия по методу решетчатых надрезов: не менее 2 баллов. Композиции типа ОС-12 предназначены для защиты металлоконструкций и оборудования от коррозии, а также для защитно-декоративной окраски фасадов зданий и сооружений по бетону, кирпичу, штукатурке. Применяются в производстве лицевого кирпича с цветным покрытием. Для расширения цветовой гаммы допускается смешивание композиций разного цвета в любых соотношениях. В производстве кирпича покрытия (на ложковой и тычковой поверхностях) отверждают после введения отвердителя при 100 °С в течение 1 часа. Композиции ОС-12-01 и ОС-12-03 широко применялись в Ленинграде для защиты от коррозии и защитно-декоративной окраски металлических и железобетонных конструкций мостов через Неву и другие реки и каналы города, для защитной окраски опор контактной сети и различных устройств на Октябрьской железной дороге, на химических предприятиях Белоруссии, при сооружении животноводческих помещений и птицефабрик в различных регионах нашей страны. Безремонтный срок эксплуатации покрытий ОС-12 на металлоконструкциях, по заключению Ленмосттреста и Службы электрификации и энергохозяйства ОЖД, составляет 10–12 лет. В 1980-е и 1990-е гг. эти композиции применялись в различных климатических зонах, включая районы Крайнего Севера и Дальнего Востока, в качестве атмосферостойкого радиопрозрачного защитного покрытия на пластиковых конструкциях, укрывающих радиотехнические устройства. ОСК типа ОС-12 в жестких условиях эксплуатации превосходили по сроку службы (10–15 лет) атмосферостойкие эпоксидные, пентафталевые, полиуретановые, акриловые, хлорсульфополиэтиленовые, перхлорвиниловые эмали и эмали КО (таково заключение специализированной организации). Одно из последних применений — окраска ростр и накладных якорей, выполненных из меди, композицией ОС-12-03 темно-зеленого цвета по грунту ВЛ-023 при ремонте Ростральных колонн в Санкт-Петербурге в декабре 1998 г. Покрытие из композиции ОС-11-07 тоже предназначено для защиты металлических конструкций и изделий от коррозии. Композиции ОС-12-01 и ОС-11-07 разрешены к применению в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения: на фильтрах артезианских скважин, на бытовых кипятильниках, ТЭНах, газовых нагревателях (ОС-11-07). Сочетание двух композиций в виде подслоя ОС-12-01 и наружного слоя ОС-11-07 эффективно при защите от коррозии электрофильтров систем газоочистки и газоходов. В 2000 г. Заводом имени Морозова по согласованию с Институтом химии силикатов РАН выпущены технические условия (ТУ 2312-008-07507601-2000) на композиции органосиликатные ОС-12-23 разных цветов — белого, серого, светло-зеленого, коричневого, шарового, черного, темно-зеленого, синего, красного и оранжевого, — являющиеся разновидностью композиции ОС-12-03, предназначенной для окрашивания и защиты поверхностей бетона, кирпича, керамики, штукатурки и других подобных материалов. ОСК из групп 5, 8, 9 — специальные, термостойкие и электроизоляционные ОС-51-03, ОС-82-05, ОС-92-07, ОС-92-25, ОС-91-86 зеленые. Для покрытия ОС-51-03 предусмотрены два режима отверждения — естественной сушкой с введением 0,2–0,3% отвердителя и с термообработкой по режиму 1. Остальные приведенные здесь ОСК отверждают при нагревании по режиму 1 (ОС-92-07, ОС-91-26) и по режиму 2 (ОС-82-05, ОС-92-25). Свойства покрытий после отверждения приведены в табл. 1. Для покрытия ОС-91-26 нормируется также удельное объемное сопротивление после выдержки в воде при температуре 20 °С в течение 72 часов (не менее 1•108 Ом•см), для ОС-92-25 — теплопроводность (не более 0,58 Вт/(м•К)), для ОС-92-07 и ОС-92-25 — диэлектрическая проницаемость (не более 6,0 и 5,0, соответственно), для ОС-92-07 — тангенс угла диэлектрических потерь (не более 0,08). Следует заметить, что в ТУ 84-725-78 показатели диэлектрических свойств ОСК нормируются не в виде вилок, а задаются в формате «не менее» или «не более». Отметим также и то, что результаты испытания конкретных партий ОСК значительно превышают задаваемый уровень. Например, при испытании 6 партий композиции ОС-82-05, изготовленных в 1995 г., истинные значения r при 20 °С лежали в интервале (3,0–8,9) 1014, а после выдержки в условиях относительной влажности воздуха 95–98% — (2,5–3,8) 1014 Ом•см, значения Епр находились в пределах от 13,4 до 16,2 кВ/мм при нормах >1 1012 и >1 108 (!) Ом•см, >10,0 кВ/мм, соответственно. Величина tg d у композиции ОС-92-07 (по ТУ — не более 0,08) была равна 0,049, а Е (при норме <6,0) была 1,6. У композиции ОС-92-25 величина e не должна превышать 5,0, а измеренные значения для 3 партий были в пределах от 1,1 до 2,1. С 2001 г. на Заводе имени Морозова будет производиться по ТУ 2312-007-07507601-99 органосиликатная антиобледенительная композиция ОС-56-22 разных цветов, предназначенная для антиобледенительных атмосферостойких покрытий по металлу, бетону, кирпичу, стеклопластикам. Покрытие из этой ОСК, кроме антиобледенительной и защитной функций, обладает радиопрозрачностью, негорючестью и устойчивостью к грибкам. Оно снижает силу сцепления льда с поверхностью в 2–5 раз по сравнению с эмалями ХВ, ПФ, ЭП и в 7–10 раз по сравнению с неокрашенным металлом. По результатам ускоренных климатических испытаний, проведенных специализированной организацией, защитное и антиобледенительное действие покрытия ОС-56-22 в районах с умеренно холодным климатом сохраняется в течение 20 и 10 лет, соответственно. Покрытие ОС-51-03, являясь антикоррозионным, радиационно стойким и легко дезактивируемым, нашло достаточно широкое применение в атомной энергетике при строительстве АЭС и судов с ядерными реакторами. «Строительными нормами и правилами» (04.07-86 «Тепловые сети», глава 2) эта же ОСК разрешена к применению для защиты от коррозии трубопроводов при температуре теплоносителя до 180 °С и при любом способе прокладки — по воздуху, в подземных проходных и непроходных каналах и бесканальном. Композиция ОС-82-05 используется при изготовлении гибких ленточных электронагревателей ЭНГЛУ-400 с температурой на рабочей поверхности, достигающей 400–500 °С (разработка СКБ «Транснефтеавтоматика», г. Санкт-Петербург). В течение многих лет пензенское НПО «Циркон» применяет композиции ОС-92-25 и ОС-91-26 для герметизации проволочных резисторов. Совместно с НИИ кабельной промышленности (г. Москва) разработаны жаростойкие обмоточные провода, рассчитанные на эксплуатацию при температурах от 500 до 700 °С, в которых в качестве электроизоляционного материала используется, в частности, композиция ОС-82-05. Крупнотоннажное производство ОСК осуществляет ГУП «Завод имени Морозова», находящееся в Ленинградской области. Кроме того, Институтом химии силикатов учреждено ООО «Органосиликатные композиции» («Орсико»), номенклатура продукции которого в настоящее время уточняется. В 1982 г. за создание органосиликатных материалов и освоение их в промышленном производстве группе специалистов была присуждена Государственная премия СССР. Однако исследования в области ОСК, направленные на повышение уровня их свойств и разработку новых рецептур, продолжаются. ОС-51-03 ОС-82-05 ОС-92-07 ОС-92-25 ОС-91-26 Прочность при ударе 25 Не по прибору У-2, см, (холодное 25 25 25 нормируется не менее отверждение) Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом•см, не менее: – при 20 °С 1•1014 1•1012 1•1013 1•1013 1•1012 – при 200 °С Не нормируется 1•1010 1•1010 – после выдержки в течение 24 часов на воздухе при отно- 1•1012 1•108 1•1010 Не сительной влажности 95–98% норми- 1•109 и температуре 20 °С руется Электрическая прочность, 10,0 10,0 10,0 5,0 5,0 кВ/мм, не менее В. А. Кротиков, ведущий научный сотрудник Института химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН, г. Санкт-Петербург