Гидрофобизаторы

Гидрофобизаторы — это химические вещества или составы, предназначенные для придания поверхности материала или его объёму свойства отталкивать воду (гидрофобности). Обработка гидрофобизаторами снижает смачиваемость материала, предотвращает проникновение влаги, уменьшает водопоглощение и, как следствие, повышает морозостойкость, долговечность и устойчивость к биологическому разрушению. В отличие от гидроизоляции, которая создаёт сплошной водонепроницаемый слой, гидрофобизация не закупоривает поры, а лишь изменяет поверхностное натяжение, оставляя материал «дышащим» — способным пропускать воздух и водяной пар.

История

Первые попытки придания тканям водоотталкивающих свойств относятся к XIX веку. Однако систематическое применение гидрофобизаторов в строительстве и промышленности началось в середине XX века с развитием химии кремнийорганических соединений (силиконов). В 1940-х годах компания Dow Corning (США) начала выпуск первых коммерческих силиконовых гидрофобизаторов на основе полидиметилсилоксанов. В СССР разработки в этой области велись с 1950-х годов, в частности, в Институте элементоорганических соединений АН СССР под руководством К. А. Андрианова. Первоначально гидрофобизаторы применялись в основном для обработки текстиля (плащевые ткани) и кожи. С 1970-х годов они стали активно внедряться в строительстве для защиты бетона, кирпича и природного камня. В 1990-х годах появились фторсодержащие (фторуглеродные) составы, обеспечивающие одновременно гидрофобные и олеофобные (маслоотталкивающие) свойства. В XXI веке развитие нанотехнологий привело к созданию супергидрофобных покрытий с «эффектом лотоса», где вода полностью скатывается с поверхности, не оставляя следов.

Классификация

Гидрофобизаторы классифицируют по нескольким признакам: химической природе, механизму действия, способу нанесения и области применения.

По химической природе

• Силиконовые (кремнийорганические): наиболее распространённая группа. Включают силаны, силоксаны, силиконы и их смеси. Образуют прочную химическую связь с минеральными поверхностями (бетон, кирпич, камень). Обеспечивают высокую гидрофобность и паропроницаемость. Многие составы этой группы выпускаются в виде водных эмульсий или концентратов.
• Фторсодержащие (фторуглеродные, фторполимерные): на основе фторированных углеводородов (например, тефлон). Обладают как гидрофобными, так и олеофобными свойствами. Применяются для защиты пористых материалов (камень, бетон, керамика, ткани) от воды, масел и жиров. Часто дороже силиконовых аналогов.
• Акриловые: на основе полиакрилатов. Формируют на поверхности тонкую плёнку. Обеспечивают гидрофобность, но могут снижать паропроницаемость. Чаще используются для защиты древесины и некоторых видов камня.
• Восковые и парафиновые: эмульсии восков или парафина. Создают на поверхности водонепроницаемый слой, но существенно ухудшают паропроницаемость. Применяются для защиты древесины, бетона (в виде пропиток) и для ухода за обувью.
• Наночастицы (наноглины, диоксид кремния): создают наноструктурированную поверхность с эффектом лотоса. Обеспечивают супергидрофобность. Относительно новая и дорогостоящая группа.

По механизму действия

• Плёночные: образуют на поверхности материала тонкую полимерную плёнку, которая механически блокирует контакт с водой. Плёнка может со временем стираться.
• Пропиточные (объёмные): проникают в поры материала на определённую глубину (от нескольких миллиметров до сантиметров) и закрепляются на стенках пор, придавая им гидрофобные свойства. Не создают плёнки на поверхности, сохраняя паропроницаемость. Наиболее эффективны для пористых материалов (бетон, кирпич, камень).

По способу нанесения

• Жидкие концентраты: разбавляются водой или растворителем перед применением. Наносятся кистью, валиком, распылителем или методом окунания.
• Готовые к применению растворы: продаются в готовом виде, обычно в аэрозольных баллончиках или пластиковых канистрах.
• Пасты и гели: густые составы для нанесения на вертикальные поверхности без стекания.

Устройство и принцип действия

Гидрофобизаторы представляют собой поверхностно-активные вещества (ПАВ) или полимеры, молекулы которых имеют дифильное строение: одна часть молекулы (гидрофильная, «любящая воду») взаимодействует с поверхностью материала, а другая (гидрофобная, «боящаяся воды») — ориентируется наружу. После нанесения и высыхания (или отверждения) гидрофобная часть молекул образует на поверхности и стенках пор «щётку» из углеводородных или фторуглеродных цепочек. Вода, попадая на такую поверхность, не может смочить её и собирается в капли, которые легко скатываются или испаряются. Для пропиточных составов важна глубина проникновения: чем она больше, тем дольше сохраняется эффект. Глубина зависит от вязкости состава, размера пор материала и времени выдержки.

Применение

Гидрофобизаторы широко используются в различных отраслях.

Строительство

• Защита фасадов зданий: обработка кирпича, бетона, природного и искусственного камня для предотвращения намокания, появления высолов, грибка и мха. Снижает водопоглощение в 5–20 раз.
• Защита фундаментов и цоколей: снижение капиллярного подсоса влаги из грунта.
• Обработка кровельных материалов: черепицы, шифера, металлочерепицы (для предотвращения коррозии и образования сосулек).
• Защита бетонных полов и стяжек: от проникновения воды и масел.
• Обработка древесины: для защиты от гниения, плесени и насекомых (часто в сочетании с антипиренами).

Текстильная и лёгкая промышленность

• Производство плащевых и мембранных тканей: придание водоотталкивающих свойств (DWR-пропитки — Durable Water Repellent).
• Обработка обуви: защита кожи, нубука, замши и текстиля от промокания.
• Уход за мебелью и коврами: защита от пятен и влаги.

Автомобильная промышленность

• Обработка стёкол: создание «антидождя» — вода скатывается с лобового стекла, улучшая видимость.
• Защита кузова: нанесение гидрофобных восков и полимерных покрытий для защиты от воды, реагентов и грязи.

Прочие области

• Электроника: защита печатных плат и контактов от влаги (нанопокрытия).
• Сельское хозяйство: обработка семян для улучшения их сыпучести и защиты от грибковых заболеваний.
• Нефтедобыча: добавление в буровые растворы для снижения водопоглощения горных пород.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Сохранение паропроницаемости материала (для пропиточных составов).
• Увеличение срока службы строительных конструкций в 1,5–3 раза.
• Предотвращение образования высолов, грибка и плесени.
• Улучшение внешнего вида (цвет становится более насыщенным, поверхность — матовой или глянцевой).
• Простота нанесения (обычно достаточно распыления или кисти).
• Экономичность: расход состава невелик (от 100 до 400 мл/м² в зависимости от пористости).

Недостатки

• Неэффективность при наличии трещин и дефектов — гидрофобизатор не заполняет пустоты.
• Снижение адгезии (сцепления) с последующими покрытиями (красками, штукатурками). Требуется либо специальная грунтовка, либо механическая обработка.
• Ограниченный срок службы: от 3 до 10 лет в зависимости от состава, материала и условий эксплуатации. Требуется периодическое обновление.
• Чувствительность к ультрафиолету: некоторые составы (особенно акриловые) со временем разрушаются под действием солнца.
• Высокая стоимость качественных фторсодержащих и наносоставов.

Критерии выбора

При выборе гидрофобизатора учитываются:

• Тип материала (бетон, кирпич, камень, древесина, ткань).
• Пористость и структура поверхности.
• Условия эксплуатации (атмосферные воздействия, контакт с грунтом, химическая среда).
• Требования к паропроницаемости.
• Необходимость сохранения цвета и текстуры.
• Бюджет и доступность.

Интересные факты

• Эффект лотоса, при котором вода скатывается с листьев, унося с собой грязь, послужил прообразом для создания супергидрофобных покрытий.
• Первые коммерческие гидрофобизаторы для ткани (Scotchgard) были разработаны в 1950-х годах компанией 3M.
• Некоторые современные гидрофобизаторы на основе наночастиц диоксида титана обладают также фотокаталитическими свойствами — способностью разлагать органические загрязнения под действием света.
• В России крупнейшим производителем силиконовых гидрофобизаторов является компания «Пента-91» (г. Москва), выпускающая составы под маркой «Пента».

Источники

1. Андрианов К. А. Кремнийорганические соединения. — М.: Госхимиздат, 1955.
2. ГОСТ Р 58766-2019. Материалы строительные. Метод определения гидрофобности.
3. Справочник по строительной химии / Под ред. В. А. Тишкова. — М.: Стройиздат, 2005.
4. Химия и технология кремнийорганических эластомеров / Под ред. В. О. Рейхсфельда. — Л.: Химия, 1973.
5. Материалы компании Dow Corning (исторический обзор).
6. Статьи журнала «Технологии строительства» (№3, 2010; №6, 2015).