Кремнийорганические эмали: свойства и применение¶

Кремнийорганические эмали — это лакокрасочные материалы на основе кремнийорганических (силиконовых) полимеров, предназначенные для защиты поверхностей от воздействия высоких температур, агрессивных сред и атмосферных факторов. Отличительной особенностью этих составов является способность образовывать термостойкое, атмосферостойкое и гидрофобное покрытие, сохраняющее эксплуатационные свойства в широком диапазоне температур — от −60 °C до +600 °C и выше в зависимости от марки.

¶Состав и механизм действия

Основу кремнийорганических эмалей составляют полиорганосилоксаны — полимеры, в главной цепи которых чередуются атомы кремния и кислорода (Si–O–Si), а к атомам кремния присоединены органические радикалы (метильные, фенильные и др.). Такое строение обеспечивает уникальное сочетание свойств: неорганический скелет придаёт термостойкость и прочность, а органические группы — эластичность, совместимость с пигментами и растворимость в органических растворителях.

В состав эмалей входят:

• Плёнкообразующая основа — кремнийорганическая смола (полиметилфенилсилоксан, полиметилсилоксан и др.);
• Пигменты — термостойкие наполнители (алюминиевая пудра, слюда, оксиды металлов, цинковый порошок), обеспечивающие цвет и защитные свойства;
• Растворители — толуол, ксилол, бутилацетат или их смеси;
• Функциональные добавки — отвердители, стабилизаторы, диспергаторы.

При отверждении эмали образуют сшитую полимерную сетку, которая при нагреве дополнительно упрочняется за счёт доокисления органических групп и образования дополнительных силоксановых связей. Именно поэтому покрытия не разрушаются при высоких температурах, а, наоборот, становятся более прочными.

¶Классификация

Кремнийорганические эмали классифицируют по нескольким признакам:

• По типу плёнкообразующей смолы: эмали на чистых кремнийорганических смолах и эмали на модифицированных (алкидно-кремнийорганических, эпоксидно-кремнийорганических) смолах. Модифицированные составы дешевле, но уступают чистым по термостойкости.
• По температурному диапазону: низкотемпературные (до 150 °C), среднетемпературные (150–300 °C), высокотемпературные (300–600 °C) и сверхвысокотемпературные (свыше 600 °C).
• По назначению: термостойкие, атмосферостойкие, химически стойкие, электроизоляционные и комбинированные.

Наиболее распространённые марки на российском рынке — КО-168, КО-811, КО-814, КО-813, КО-921, КО-922, а также эмали серии «Церта» и «ОС-51-03». Цифра в маркировке указывает на регистрационный номер рецептуры, а буквы «КО» — на кремнийорганическую основу.

¶Основные свойства

¶Термостойкость

Главное свойство кремнийорганических эмалей — способность выдерживать длительный нагрев до 300–600 °C и кратковременный — до 800–1000 °C без потери защитных функций. При нагреве покрытие не трескается, не отслаивается и не изменяет цвет (для термостойких пигментированных составов).

¶Атмосферостойкость

Силоксановая связь Si–O устойчива к действию ультрафиолетового излучения, влаги, озона и кислорода воздуха. Покрытия сохраняют эластичность и адгезию при многолетней эксплуатации на открытом воздухе, не мелятся и не выцветают.

¶Гидрофобность

Кремнийорганические плёнки обладают низким поверхностным натяжением, что обеспечивает водоотталкивающий эффект. Капли воды скатываются с поверхности, не проникая в поры покрытия, что предотвращает коррозию и образование наледи.

¶Химическая стойкость

Эмали устойчивы к действию слабых кислот, щелочей, минеральных масел, бензина и других нефтепродуктов. Концентрированные кислоты и щёлочи при повышенной температуре могут разрушать покрытие.

¶Электроизоляционные свойства

Кремнийорганические плёнки обладают высоким удельным электрическим сопротивлением и электрической прочностью, что позволяет использовать их для защиты электротехнического оборудования.

¶Механические свойства

Покрытия характеризуются высокой твёрдостью, но при этом достаточной эластичностью для компенсации температурных деформаций металла. Адгезия к металлическим поверхностям (сталь, алюминий, титан) — высокая, особенно после предварительной пескоструйной обработки.

¶Применение

Кремнийорганические эмали применяются в отраслях, где требуется защита от высоких температур и агрессивных сред:

• Машиностроение и металлургия: окраска печей, котлов, теплообменников, дымоходов, выхлопных систем, трубопроводов горячего водоснабжения;
• Автомобильная и авиационная промышленность: покрытие глушителей, коллекторов, тормозных суппортов, деталей двигателей;
• Энергетика: защита элементов тепловых электростанций, газотурбинных установок, трансформаторов, изоляторов;
• Нефтегазовая отрасль: окраска резервуаров, нефте- и газопроводов, запорной арматуры, факельных систем;
• Строительство: защита металлоконструкций, кровельных покрытий, фасадных элементов, печей и каминов;
• Судостроение: окраска выхлопных труб, палубных механизмов, деталей, контактирующих с морской водой.

¶Технология нанесения

Поверхность перед окраской очищают от ржавчины, окалины, масла и обеспыливают. Оптимальная шероховатость поверхности — 30–70 мкм. Эмаль наносят кистью, валиком или методом безвоздушного распыления при температуре окружающего воздуха от −20 °C до +40 °C (для разных марок). Толщина однослойного покрытия обычно составляет 20–40 мкм; для ответственных конструкций наносят 2–3 слоя.

Отверждение происходит при комнатной температуре в течение 1–2 часов (до отлипа) и полном наборе свойств за 24 часа. Для высокотемпературных эмалей рекомендуется предварительная термообработка покрытия при 200–250 °C в течение 2–3 часов, что значительно повышает адгезию и термостойкость.

¶Преимущества и ограничения

К преимуществам кремнийорганических эмалей относятся: уникальная термостойкость, долговечность (срок службы до 15–20 лет), высокая атмосферостойкость, гидрофобность, стойкость к перепадам температур, возможность нанесения при отрицательных температурах.

Ограничения: высокая стоимость по сравнению с алкидными и акриловыми эмалями; токсичность растворителей, требующая организации вентиляции и средств индивидуальной защиты; ограниченная цветовая гамма (преимущественно серые, серебристые, чёрные и белые тона); необходимость тщательной подготовки поверхности.

¶Источники

• ГОСТ 23122-78 «Эмали кремнийорганические. Технические условия».
• Справочник по лакокрасочным покрытиям / под ред. А. М. Лакина. — М.: Химия, 1980.
• Карякина М. И. Лакокрасочные материалы. Технические требования и контроль качества. — М.: Химия, 1985.
• Технические описания и инструкции по применению эмалей КО-168, КО-811, КО-814 (ПАО «Химпром», АО «НПК „Термаль“»).