В статье автор разрабатывает композиции золь-силикатной краски пониженной горючести на основе экологически безопасных минеральных соединений. Данный вид краски имеет широкое применение в качестве защитного, отделочно-декоративного покрытия строительных конструкций и сооружений из различной природы материалов. Разработанная одноупаковочная силикатная краска включает натриевое жидкое стекло, кремнезольный наполнитель, мелкодисперсную известко-меловую пасту.

Ключевые слова: натриевое жидкое стекло, золь-силикаты, пониженная горючесть (пожаробезопасность), технологичность, экологичность, минеральный наполнитель.

Строительная отрасль в настоящее время предъявляет лакокрасочным покрытиям широкий спектр требований, включающий экологичность, защитные и декоративные свойства, простоту нанесения на поверхность и долговечность. Силикатные покрытия обладают рядом вышеперечисленных свойств и дополнительно обладают высокой пожаробезопасностью, стойкостью к воздействию ультрафиолетовых лучей и бактерицидные свойства.

При этом у данного типа красок имеются и недостатки, что влечёт за собой необходимость приготовления краски на месте их применения.

Основными недостатками силикатной краски являются малая эластичность, быстрое отвердевание, ограниченная жизнеспособность, связанная с высокой химической активностью между жидким стеклом и прочими компонентами с образованием плотного нерастворимого осадка. В связи с этим, краски на основе жидкого стекла изготавливают двух-упаковочными, что снижает их эффективность и делает неудобным в применении. Основные эксплуатационные характеристики во многом зависят от состава и вида кремнеземистого наполнителя.

Поэтому разработка рецептуры одноупаковочной силикатной краски, обладающей всей полнотой предъявляемых требований, представляет практический интерес.

На основании анализа литературных источников известно, что твердение композиций на основе жидкого стекла происходит за счёт протекания процессов коллоидной химии. Наиболее широко распространёнными отвердителями выступают соединения, образующие нерастворимые силикаты при взаимодействии с жидким стеклом: оксид цинка, титановые белила, соединения кальция и других двухвалентных металлов .

По способности взаимодействовать с жидким стеклом различают активные и неактивные наполнители. В качестве неактивного наполнителя использовались молотый мрамор, перлит, мел, тальк, аэросил и т. д., в качестве активного — кварцевый песок, маршалит, соединения кальция и др.

Базовым элементом, выполняющего роль связующего, используется промышленное натриевое жидкое стекло. Натриевое жидкое стекло по некоторым свойствам уступает калиевому жидкому стеклу, но при этом значительно доступнее и дешевле. Важным аспектом жидкого стекла является силикатный модуль, представляющий собой соотношение оксидов SiO ₂ и Na ₂ O. Высококачественные силикатные краски характеризуются значением модуля выше 3, чем выше модуль, тем лучше атмосферостойкость образующихся покрытий, однако при увеличении модуля резко ухудшаются технологические свойства покрытий. Для улучшение физико-химических и технологических свойств силикатных красок в состав вводят неорганические минеральные наполнители. Кремнеземистый материал относится к группе активных наполнителей, введение которых увеличивает вязкость и вызывает отверждение силикатной композиции.

Как известно из более ранних работ , для обеспечения водо — и атмосферостойкости и необходимой вязкости краски оптимальным является жидкое стекло с модулем 3,0. Поэтому в данной исследовательской работе использовалось жидкое натриевое стекло с модулем 3,0 и плотностью 1,43 г/см ³ .

В предлагаемой рецептуре золь-кремнезём относится к частично активным наполнителям и участвует в реакции силикатообразования при нанесении краски на поверхность строительной конструкции. При этом, с течением времени происходит реакция между жидким стеклом и гидроксидом кальция с образованием волокон силиката кальция (волостанита), что способствует росту прочности и пожаробезопасности силикатного покрытия. При этом не происходит гелеобразования и снижения жизнеспособности краски.

Введение в композицию до 7–10 % золь-силикатного геля, плотностью 1,09–1,11 г/см ³ , снижает диффузионную способность краски и повышает такие показатели как эластичность, аагрегативную устойчивость, химическую устойчивость и морозостойкость. Важным аспектом является способ приготовления золь-силикатного геля. Он готовится из прозрачного раствора жидкого натриевого стекла плотностью 1,09–1,11 г/см ³ , подвергается кратковременной карбонизации СО ₂ до начала образования помутнения раствора и повышения вязкости.

Разработанный состав имеет минимальные значения водопоглощения и максимальную адгезионную прочность. Пониженная горючесть и отсутствие токсичных газов обусловлено не только образованием в ходе реакция силиката кальция, но и полным отсутствием в составе краски органических соединений.

Таблица 1

Состав сырьевой смеси получаемой силикатной краски

Исследованы различные композиции с отличающимся соотношением компонентов и минеральных наполнителей, составы которых приведены в таблице 1.

Сравнительный анализ полученных красок и покрытий на их основе (таблица 2) показал, что по основным эксплуатационным показателям получаемые композиции соответствуют требованиям ГОСТ 16976–71 и ГОСТ 18958–73.

Таблица 2

Характеристика полученных красок и покрытий на их основе

По прошествии года хранящиеся жидкостекольные композиции оставались жизнеспособными, что указывает на практическую возможность использования одноупаковочной силикатной краски на ответственных строительных конструкциях.

Проведена оценка влагостойкости и устойчивости отверждённой композиции защитно-декоративного назначения к воздействию агрессивных сред. Неотверждённая композиция способна реагировать с растворами кислот ввиду наличия в составе реакционно-способных соединений: гидроксид кальция, золь-силикатный гель, силикат натрия. Однако после полного высыхания образуется плотная инертная плёнка, которая не позволяет раствору кислоты проникать внутрь покрытия и реагировать с отдельными компонентами. После 8 циклов орошений, имитирующий дождь с высокой кислотностью, никаких видимых изменений окрашенной поверхности и признаков протекания реакций не наблюдалось.

Также, проводились исследования морозоустойчивости красок. Неотверждённую композицию помещали в морозильную камеру и 6 часов выдерживали при температуре –18 °С, после чего оставляли образец на 20 часов при комнатной температуре 20 °С. После 5 циклов подобных испытаний в тонком слое краски никаких твёрдых образований не наблюдалось.

Морозостойкость отверждённого покрытия определялось на основании процента износа после серии циклов замораживания-оттаивания. После 15 циклов замораживания-оттаивания процент износа 2-слойной окраски составил не более 10–15 %. (площадь отслоения к общей площади окраски).

Установлено, что использование в жидкостекольной композиции золь-кремнезёмного геля и мелкодисперсной известково-меловой пасты увеличивает жизнеспособность краски почти в 2 раза.

Тем не менее, установлено, что предлагаемые минеральные наполнители имеют потенциал по дальнейшему увеличению жизнеспособности красок. Это требует проведения дополнительных исследований и установление оптимальных соотношений компонентов.

В ходе испытаний подтверждено, что полученные жидкостекольные композиции обладают улучшенными технологическими, экологическими и эксплуатационными характеристиками: морозостойкость — не менее пяти циклов, степень меления — не более 2 баллов. Укрывистость жидкостекольных композиций, не превышает 250 г/м ² , что отвечает требованиям стандартов. Опытные образцы с покрытиями из разработанных составов обладают низким значением водопоглощения, что объясняется образованием в процессе твердения игольчатого волластонита. Жизнеспособность красок составляет не менее одного года.

Таким образом, были разработаны оптимальные рецептуры композиционных силикатных красок обладающих рядом универсальных свойств: экологичность, пожаробезопасность, влагостойкость, морозостойкость, устойчивость к воздействию агрессивных сред.

Литература:

1. Гольберг М. М. Материалы для лакокрасочных покрытий. — М.: Химия, 1972. С.344.
2. Айлер Р. Химия кремнезёма. В 2 т. М.; Мир, 1982.
3. Корнеев В. И., Данилов В. В. Производство и применения растворимого стекла. Л.:Стройиздат, 1991, 176 с.
4. Разговоров П. Б. Создание неорганических композиций на основе модифицированных водорастворимых силикатов. / Изв.вузов. Химия и хим.технология -2012; Т. 55 — Вып.10. С.3–12.
5. Фиговский О. Л., Кудрявцев П. Г. Жидкое стекло и водные растворы силикатов как перспективная основа технологических процессов получения новых нанокомпозиционных материалов // Инженерный вестник Дона. 2014.
6. Соколова Ю. А., Логанина В. И. Свойства связующего для золь-силикатной краски // Нанотехнологии в строительстве. 2022. Т.14, № 5. С. 363–372.