О характерных особенностях фасадных красок

18 июня 2009 года в Минске прошел II международный отраслевой форум «Современные лакокрасочные материалы в Республике Беларусь: новые материалы – потребителю, архитектору, торговле». Ниже даны выдержки из материалов, которые предоставил организаторам форума Сергей БЕГУНОВ, технический консультант компании CPS Color, Финляндия. Они посвящены некоторым характерным особенностям фасадных красок, ограничивающим выбор пигментов и других материалов.

Цветовая гамма должна быть богатой

В течение последних десятилетий колеровочные системы обеспечили возможность получения декоративных красок практически неограниченной цветовой гаммы. В связи с этим возник вопрос о достижении аналогичного уровня цветового охвата в таком секторе рынка, как фасадные краски. Для устройства фасадов зданий используют различные типы материалов. Наиболее часто окрашивают фасады из различных типов бетона и оштукатуренные поверхности. В число других фасадных материалов входят кирпич, гипс, каменная штукатурка и т.д. При подборе покрытия для фасада необходимо учитывать общие характеристики, оказывающие влияние на красящие системы и выбор пигмента. Важнейшими характеристиками являются содержание влаги, пористость, реакции твердения материала, щелочность, воздействие погодных условий и света, а также стоимость малярных работ.

Перенос влаги и пористость

Пористые поверхности могут поглощать, удерживать и способствовать переносу большого количества воды и газов. Вода привносится с дождем, за счет конденсации водяных паров и из земли под действием капиллярных сил. Вода содержит и переносит вымытые из минералов соли. Источники паров воды и газов могут находиться как внутри, так и снаружи фасадов. Перемещение паров и газов определяется величиной их давления и направлено в сторону его уменьшения. Это может происходить как внутрь, так и наружу. Идеальное покрытие не должно допускать проникновения воды в стену и в то же время давать возможность парам воды выходить наружу. Адгезия краски к подоснове сильно зависит от содержания влаги и пористости. Влажная поверхность препятствует сильной адгезии, а выходящие пары воды могут еще в большей степени уменьшить ее. Пористость обусловливает появление проблем, связанных с тем, что большие молекулы не могут проникнуть в маленькие поры, и воздух остается захваченным между пленкой покрытия и поверхностью, способствуя уменьшению адгезии. Поверхность фасада может быть очень хрупкой, что еще больше ухудшает адгезию.

Твердение, щелочность и другое

Бетон и штукатурка содержат цемент и известь. Твердение начинается серией реакций между водой и цементом и продолжается реакцией образования гашеной извести. После усложнения процесса твердения эта реакция карбонизации останавливается. Она является желательной и обусловливает понижение щелочности, а также ослабление коррозии стальных элементов. В процессе твердения углекислый газ из воздуха должен перейти в поверхность, а пары воды в зависимости от условий сушки должны покинуть поверхность или проникнуть внутрь ее. Процесс высыхания цементированной поверхности длится один год или отопительный сезон. Слишком раннее нанесение краски, формирующей плотную пленку, вызывает проблемы при сушке, и краска может потерять свою адгезию. Окрашивание неорганическими красками можно осуществлять раньше. Щелочность является базовым свойством цементных и известковых материалов. Величина рН свежих поверхностей составляет 12-13 и желательно, чтобы она оставалась такой же высокой на протяжении ряда лет. Все используемые в покрытиях материалы, находящиеся в непосредственном контакте с цементными и известковыми поверхностями, должны обладать хорошей стойкостью к щелочам. Это относится к связующим и пигментам. Цемент не является химически чистым материалом постоянного состава. Состав цемента заметно меняется в зависимости от области его использования и также от типа местных материалов, входящих в его состав. Пригодность разных материалов для использования в составе цемента, находящегося в непосредственном контакте с фасадными покрытиями, должна определяться в процессе практических испытаний. Обработку поверхности фасадов требуется проводить внимательно и тщательно. Во время окрашивания в домах могут жить люди (рисунок 1). Значит, защитные и декоративные характеристики покрытий фасадов должны сохраняться настолько долго, насколько это возможно.

Разные слои

Фасадное покрытие обычно состоит из трех слоев – грунтовки, штукатурки и верхнего покрытия (рисунок 2). Число слоев может быть увеличено до пяти, а также сокращено до одного – штукатурки. Защита от проникновения воды и улучшение адгезии являются главными функциями грунтовок. Армирование поверхности особенно желательно, если она хрупкая. В случае чувствительного к щелочам верхнего покрытия грунтовки используют в качестве защиты от щелочей и высолов. Грунтовки также используют для введения пигментов, так как при этом улучшается защита от воздействия щелочей. Наружные штукатурки применяют для заделки трещин и других повреждений поверхности и для ее защиты. Выравнивание поверхности штукатуркой улучшает адгезию последующего покрытия. Штукатурки также используют для декорирования. Для обеспечения постоянного внешнего вида в течение длительного времени и для улучшения укрывистости тонкопленочных внешних покрытий должны быть доступны штукатурки различного цвета. Верхние покрытия, или слои, придают поверхности окончательный цвет и текстуру. Они защищают всю систему от внешних воздействий.

Неорганические связующие вообще и щелочной силикат в частности

Неорганические связующие включают силикаты, известь и цемент. Эти связующие используются только для фасадных поверхностей и, таким образом, заметно отличаются от декоративных покрытий общего назначения. Преимуществом неорганических покрытий является то, что их можно наносить уже после одного-двух месяцев твердения поверхности. Все неорганические продукты являются сильно щелочными. Неорганические покрытия подходят в целом для всех фасадных поверхностей, за исключением гипсовых.

Двухкомпонентный силикат, или щелочной силикат, это полностью неорганическая краска. Одним компонентом является жидкое стекло, используемое как связующее, а другими компонентами, которые добавляют непосредственно перед использованием, служат пигменты и наполнители. Образование пленки начинается при физическом высыхании и продолжается при протекании комплекса химических реакций. При этом образуются твердые силикатные вещества. Покрытие представляет собой не отдельную, а химически связанную с поверхностью пленку. Такие покрытия обладают хорошей стойкостью, но склонны аккумулировать грязь в условиях промышленной атмосферы. С другой стороны, они не являются источником роста микробов. Традиционные силикатные краски обычно заменяют силикатными дисперсиями.

При колеровании этих продуктов необходимо иметь в виду следующее:

– колоранты вводятся в силикатное связующее вместе с наполнителями и другими пигментами непосредственно перед использованием;

– для обеспечения точного колерования, исключения агломерирования и затравливания смешивание необходимо осуществлять осторожно и сразу же после введения колорантов.

Силикатные дисперсии

В силикатных дисперсиях используется комбинация двух связующих: неорганического жидкого стекла и органического латекса. Эта комбинация присутствует и в рецептурах красок и штукатурок. Обычно органическими связующими в этих комбинациях являются обладающие хорошей стойкостью к щелочам акрилаты или стиролакрилаты. Силикатная дисперсия может содержать максимум пять процентов органических веществ. В этом случае щелочность краски и пористость пленки такие же, как у двухкомпонентных силикатных красок. Водостойкость и стойкость к углекислому газу пленки можно увеличить за счет добавления органических связующих. Латекс, используемый в качестве диспергатора, делает продукт более стабильным и легким в хранении. Колерование используется и для этих продуктов. По сравнению с латексными красками общего назначения колерование в данном случае имеет некоторые отличия:

– сразу после получения цвет силикатной дисперсии не является стабильным и «дозревает» одну-две недели. Корректировку базовой краски можно осуществлять только после этого «дозревания»;

– максимальное количество добавляемых в колоранты органических веществ не превышает двух процентов от веса краски и, как правило, меньше половины процента. Максимальную величину такая добавка имеет, главным образом, в случае непигментированных базовых красок, используемых только в колеровочной системе и поэтому легче всего поддающихся модификации;

– при колеровании силикатных дисперсий очень важно проводить смешивание сразу же после введения колоранта, если только не имеет место интенсивная агломерация или затравливание. Если продукт во время хранения сильно расслаивается, то его необходимо перемешать также и перед колерованием. При расслаивании верхний слой может состоять из сильнощелочной жидкости, которая может способствовать затравливанию пигментов колорантов.

Цемент и известь

Цемент и известь являются связующими, которые используют не только в штукатурках, но и в красках. Связующая система может включать только одно из этих двух чистых веществ или их комбинацию. Эти связующие обычно модифицируют латексом – до 15 процентов от количества неорганического связующего. Модифицирование полимером проводится с целью улучшения адгезии, водостойкости, стойкости к воздействию углекислого газа и реологических свойств. Поскольку цемент и известь являются сильно щелочными веществами, то полимер должен обладать хорошей стойкостью к щелочам. Колерование пастельных цветов можно проводить как в красках, так и штукатурках, если принимать во внимание следующее:

– штукатурки и краски, как правило, продаются и привозятся на строительную площадку в сухом виде, где добавляется вода и осуществляется смешивание. Колоранты можно добавлять вместе с водой. Точность окрашивания во многом зависит от качества перемешивания до и во время нанесения покрытия;

– чем выше степень модифицирования полимером, тем лучше вхождение продукта в колеровочную систему. Колоранты содержат органические вещества, но поскольку это содержание менее одного процента, то продукты, не подвергнутые модифицированию полимером, все еще можно называть чисто неорганическими.

Органические связующие вообще и силиконовые покрытия в частности

Органические связующие, используемые в фасадных покрытиях, включают различные типы акрилатов, поливинилацетатов, алкиды, силикон и Pliolites. Нанесение покрытия с использованием органических продуктов можно проводить только после отвердевания поверхности. Для этого, как правило, требуется один год или один отопительный период. Исключением являются силиконовые краски, поскольку рекомендуемое время затвердевания бетона перед окрашиванием, как правило, такое же, как и для неорганических покрытий.

Силиконовые покрытия включают продукты на основе полисилоксана и силана. Силаны используют в качестве грунтовок для защиты верхнего покрытия от воздействия щелочной среды и других химических воздействий, обусловливаемых цементом. Полисилоксаны используют в грунтовках, красках и штукатурках. Силиконы предохраняют поверхность от проникновения воды снаружи и проницаемы для паров воды изнутри. Они весьма стойки к щелочам, но очень плохо связывают пигмент и дорого стоят. Такие органические полимеры, как стиролакрилаты или чистые акрилаты используют вместе с силиконами для улучшения пленкообразования и снижения стоимости.
В силиконовых покрытиях применяют широкий диапазон растворителей – от воды до уайт-спирита. В системах на водной основе силикон находится в виде эмульсии, а в системах на растворителях – в растворенном виде. Оба типа высыхают физически. Некоторые силиконовые продукты на водной основе сильно щелочные. Колерованию подвергаются силиконовые эмульсионные фасадные краски, изредка штукатурки. Лимитирующий фактор колерования – способность связующей системы связывать пигмент. Даже если величина объемной концентрации пигмента, ОКП, является относительно низкой, она может быть близкой к критической величине ОКП, КОКП, системы.

Акриловые и другие органические связующие

Акриловое связующее можно либо эмульгировать в воде, либо растворить в растворителе. Чисто акриловая смола, как правило, модифицирована стиролом. Акриловые продукты включают акриловые смолы на растворителях, акрилат на водной основе, стироловый акрилат на водной основе. Они обладают хорошей стойкостью к щелочам и атмосферостойкостью. При этом они, как правило, используются в системах с высокой ОКП или даже с ОКП, превышающей КОКП.

Среди акриловых связующих имеются такие, которые принято обозначать одним названием Pliolite. В действительности это название является торговым названием, относящимся к различным типам связующих. Это название носят также связующие, используемые только в грунтовках. В их число входят полистиролбутадиен – Pliolite S, поливинилтолуолбутадиен – Pliolite VT и поливинилстиролакрилат – Pliolite AC. Эти продукты высыхают физически и содержат алифатические или ароматические растворители.

Поливинилацетат, ПВА и сополимеры ПВА сейчас применяются редко. Они не являются настолько качественными, как акриловые связующие. Сополимеры ПВА на растворителях, или термопластичные поливинилацетаты, используют в грунтовках по цементу в качестве опций с низкой стоимостью. Можно применять не только алкидные краски, но и алкидные связующие, чувствительные к щелочной среде, если тщательно провести предварительную обработку. При правильном нанесении грунтовки воздействие щелочной среды на алкидные верхние покрытия можно предотвратить.

Учитывая ОКП и КОКП

Органические верхние слои фасадных покрытий обычно наносятся красками с большой или превышающей критическую ОКП. Какая величина ОКП считается достаточно высокой, чтобы называть краску продуктом с высокой ОКП? На этот вопрос нет однозначного ответа. Все связующие имеют определенную способность связывать пигменты и определенную величину КОКП. Когда величина ОКП в краске близка к величине КОКП, то в этом случае она может считаться продуктом с высокой ОКП. При увеличении ОКП (рисунок 3) улучшается проницаемость паров воды и углекислого газа, адгезия, укрывистость, снижается глянец, увеличивается толщина пленки при повышении содержания твердого материала, повышается экономическая эффективность. В то же время увеличение ОКП привносит и недостатки: легче происходит меление, ограничивается использование частиц пигмента маленького размера, увеличивается адсорбция грязи, при увеличении проникающей способности паров воды нелегко избежать абсорбции воды, вследствие ослабления связи пигментов и наполнителей уменьшается смываемость.

Если величина ОКП высокая

При превышении величины КОКП пленка становится хрупкой, часть частиц пигментов и наполнителей не связывается с верхней частью поверхности. Такое бывает при стремлении улучшить экономическую эффективность. Но максимальный срок службы не достигается, хотя случайно может сохраняться цвет и снижаться расход материалов более высокого качества. Неотвратимое влияние адсорбции грязи на цвет ограничивается мелением, при котором пленка постоянно разрушается и количество наполнителей уменьшается, но при вымывании они увлекают грязь с собой. Высокая величина ОКП обусловливает ограничения, которые надо учитывать при колеровании:

– в случае краски с высокой ОКП добавление колорантов в еще большей степени увеличивает содержание пигментов, в результате чего конечная ОКП может превысить КОКП и свойства пленки изменятся;
– уменьшение количества связующих накладывает ограничения на выбор пигментов для системы. Очень маленькие частицы с большой удельной поверхностью для таких систем не годятся;
– при большом содержании пигментов в краске смачивающая система подходит к критическому состоянию, вследствие чего резко возрастает вероятность флокуляции.

Подготовил Дмитрий ЖУКОВ