12.3.Структура и свойства органосиликатных покрытий

Покрытия, получаемые на основе системы полиорганосилоксан - силикат-окисел,названы органосиликатными,т.к. их наиболее существенными и обязательными компонентами являются соединения, содержащие органические группы и силикаты, причем между первыми и вторыми в процессе формирования покрытия возникают прочные, в том числе химические, связи, объединяющие составные части композиции в единую пространственную структуру.

Применение кремнийорганических полимеров (полиорганосиокса-нов),содержащих прочные химические связи(Si-O-Si и Si-C)обеспечивает получение высококачественных материалов и покрытий из них. Механо-химическое воздействие на систему полиорганосилоксан-силикат-окисел (при 20-50 C) ускоряет прививку молекул поли-органосилоксана на поверхность силикатных и окисных компонентов.Нагревание до 300°С обеспечивает условия для дальнейшего протекания реакции конденсации за счёт силанольнных групп полиорганосилоксана,силикатов и окислов с образованием силоксанных,силоксан-силикатных и силоксан-окисных связей.При дальнейшем повышении температуры (до 1000°С) протекает процесс деструкции полиоргано-силоксана,взаимодействие продуктов деструкции с неорганическими компонентами.

Органосиликатные материалы обладают помимо высокой термостойкости,целым комплексом высоких физико-технических свойств, таких, как электроизоляционность, химическая устойчивость, механическая прочность, эластичность, морозо- и атмосферостойкость. Благодаря этому органосиликатные материалы нашли применение в различных областях

современной техники: энергомашиностроении, атомной энергетике, судо-, авиа- и машиностроении, радиоэлектронике.

Ведение процессов при повышенных температурах,как правило,ускоряет их течение,приводит к увеличению выпуска готовой продукции и повышению её качества.

На многочисленных предприятиях химической,горнодобывающей промышленности и теплоэнергетике в весьма прогрессивных средах,со-держащих аммиак, промышленную пыль, пары кислот, щелочей при повышенной влажности и резких колебаниях температуры, работают конструкции из строительных материалов (стены, тоннели, цоколи, опоры, перекрытия и т.п.),металлоконструкции сооружений(шахтные опoры, эстакады, опоры, перила, фермы и др.), оборудование, трубопроводы, арматура. В таких условиях (например, на калийных комбинатах многослойные перхлорвиниловые покрытия защищают металл от коррозии лишь в течении 5-6 месяцев, после чего металлоконструкции быстро выходят из строя и требуют полной замены. Применение же для их антикоррозионной защиты органосиликатных покрытий отдаляет в аналогичных случаях момент начала коррозии металла,по крайней мере на 5 лет.

Органосиликатные материалы не имеют такого богатого опыта ис-пользования,каким обладают масляные краски,эмали,лаки и полимерные продукты,применяемые в строительстве на протяжении многих десятилетий.Они появились лишь в конце 50-х годов.Но уже сейчас доказано, что защитно-декоративные покрытия из органосиликатных материалов предохраняют жильё, административные, промышленные здания, сооружения, оборудование из строительных материалов и металла от разрушения и коррозии в условиях современных городов и предприятий как минимум в течение 15 лет. Подверженные термической обработке

органосиликатные покрытия превращаются в керамику и приобретают повышенные защитные свойства ,становясь дополнительно жаростойкими. Причём термообработку их можно проводить "эксплуатационным нагревом": например, покрытие выхлопной трубы автомобиля "закалится" в процессе эксплуатации.

Высшую оценку получили защитные свойства из органосиликатных материалов в условиях крупных животноводческих комплексов. Они значительно превзошли по стойкости совместноиспытанные цинковые покрытия.

Анализ экономической эффективности органосиликатных покрытий по различным целевым направлениям народного хозяйства показывает:

1.Наибольший экономический эффект получается от органосиликатных покрытий для защиты металлоконструккций и строительных сооружений на мощных тепловых электростанциях,предприятиях химической и добывающей промышленности.

2.Эффективно применяются органосиликатные покрытия для защиты металлических инженерных сооружений и оборудоваания.

3.Экономически целесообразно применение органосиликатных покрытий для защитно-декоративной отделки фасадов бетонных и кирпичных зданий.

Представляет несомненный интерес разработка защитного покрытия,которое наносится методом лакокрасочной технологии,закрепляется на подложке термообработкой при относительно низких температурах (200-300°С),а затем может быть использовано в зависимости от температуры эксплуатации как теплостойкое органосиликатное или неорганическое жаростойкое.

12.3.1. Фосфатирование

Фосфатные плёнки (покрытия) находят широкое применение в различных отраслях промышленности.Такое распространение объясняется их ценными свойствами.В зависимости от условий химической или электрохимической обработки на поверхности металла могут быть получены плёнки различных свойств и толщины.Тонкие плёнки пассивируют металл и несколько увеличивают его стойкость против коррозии.С увеличением толщины и уменьшением пористости возрастает защитная способность плёнок.

Изменяя условия ведения процесса,могут быть получены плёнки,обладающие высокой адсорбционной способностью,хорошими электроизоляционными свойствами,повышенными прочностью и износостойкостью.

Процесс фосфатирования заключается в образовании на поверхности плёнки нерастворимых в воде фосфорокислых солей марганца и железа или цинка и железа.

Известно,что при взаимодействии железа с фосфорной кислотой образуется одно-,дву-, и трёхзамещенные фосфаты и выделяется водород по уравнениям:

Fe+2H ₃PO₄ =Fe(H ₂ PO ₄ ) ₂ +H ₂ ;

Fe+Fe(H ₂ PO₄)₂ =2FeHPO ₄ +H₂ ;

Fe+2FeHPO₄ =Fe ₃ (PO ₄)₂ +H ₂ .

Одновременно может идти диссоциация:

3Fe(H ₂ PO ₄ )₂ =Fe ₃ (PO₄ ) ₂ +4H ₃ PO ₄ .

Аналогично идут реакции фосфорной кислоты с цинком.

Образующие однозамещенные фосфаты хорошо растворимы в воде,двузамещенные трудно растворимы,а трёхзамещенные практически не растворяются.Последние два соединения и являются основой плёнки,формирующейся на поверхности металла.

По мере роста фосфатного слоя поверхность металла изолируется от воздействия раствора, скорость фосфатирования через некоторое время уменьшается,процесс заканчивается,что заметно по прекращению выделения пузырьков водорода.

Процесс фосфатирования в растворах,содержащих однозамещенные фосфаты,особенно эффективно протекает при температуре 90-100°С.Его продолжительность достигает 120 минут.Ускорение процесса возможно с помощью введения в раствор специальных добавок,из которых наибольшее применение нашли азотисто- и азотнокислые соли цинка.

Защитная способность фосфатных плёнок, полученных ускоренным фосфатированием,ниже,чем плёнок,полученных в обычных растворах.Поэтому,ускоренное фосфатирование применяют преимущественно для получения грунта под лакокрасочные покрытия или электроизоляционных фосфатных плёнок.

Фосфатный слой обладает рядом ценных свойств,которые определяют область применения фосфатирования.Он устойчив в атмосферных условиях,в смазочных маслах и органических растворителях;разрушается в кислотах и щелочах.Фосфатная плёнка характеризуется высокой адгезионной способностью и высоким электросопротивлением.

Наиболее широко фосфатирование применяется для защиты изделий от коррозии.Защитные свойства фосфатных плёнок на стали выше,чем плёнок,полученных химическим оксидированием в щелочных растворах.Фосфатированные и лакированные изделия более стойки против коррозии,чем лакированные без предварительного нанесения фосфатного слоя в качестве грунта.

Фосфатированию подвергают не только черные,но цветные металлы,такие как алюминий.

По технологии проведения фосфатирование можно осуществлять ускоренным методом в растворах цинковых солей,холодным способом при температуре 20-40°С,методом струйного распыления,а также фосфатирование пастами (где фосфатирующий раствор,смешанный с тальком наносят на поверхность изделия с помощью кисти или ветоши).

Способ обработки изделий после фосфатирования зависит от их назначения.Для повышения стойкости деталей против коррозии их обрабатывают в течение 5-15 минут в 5-10-процентном растворе двухромокислого калия или натрия при температуре 70-80°С.

Хорошие результаты в отношении повышения защитной способности дает гидрофобизация фосфатных пленок.Фосфатированные детали погружают на 5-7 минут в 10-процентный раствор гидрофобизирующей кремнеорганической жидкости ГКЖ-94 в бензине Б-70,после чего выдерживают на воздухе до испарения следов бензина, а затем сушат при 110-130°С в течении 40-50минут.Гидрофобизированные фосфатные пленки не смачиваются водой и по стойкости против коррозии не уступают лакокрасочным покрытиям.