Звоните +7 495 005-74-28 г. Москва, ул. Поварская, 10/1, оф. 401
(схема)

Обратная связь

Ваше имя:*
Ваш E-mail:*
Сообщение:*
CAPTCHA
Введите код с картинки*
Вход / Регистрация
 

Спустя четверть века: перспективы технологии поверхностной защиты стекла

23.05.2013

Двадцать пять лет назад только технические специалисты стекольной отрасли говорили о поверхностной коррозии стекла. Теперь уже многим известно, что, будучи незащищенным, стекло подвергается поверхностной коррозии – теряет свою первоначальную прозрачность и чистоту. В результате стекло, которое соответствует производственным стандартам «при поставке», может не соответствовать им же в ходе эксплуатации.

В данной статье подробно рассматриваются 10 «врагов» стекла, которые, отдельно или в совокупности, вызывают коррозию поверхности до, в течение и после строительства, а также обсуждается вопрос, почему коррозия поверхности может быть невидима на ранних стадиях, однако, в случае отсутствия защиты, может развиться в очень заметный «рак стекла». Автор уделяет внимание и такому понятию, как «оценка риска», т.к. подобная своевременная оценка поможет определить тип требуемой защиты стеклянной поверхности.

Ключевые понятия:

  1. – поверхностная коррозия стекла
  2. – поверхностная защита стекла
  3. – щелочность
  4. – влажность
  5. – соли

Архитектурное стекло существует для того, чтобы через него смотреть! У этого строительного материала есть и другие преимущества при сравнении с конкурентами, но главная причина его использования – прямое пропускание естественного и искусственного света. Однако, у стекла есть как видимые, так и невидимые враги, которые, объединившись, побеждают его, если поверхность не защищена от поверхностной химической и механической «атаки». Другое преимущество архитектурного стекла – способность контролировать, причем одновременно, три формы световой энергии Солнца – видимое излучение, инфракрасное и ультрафиолетовое. Огромное количество труда, времени и денег затрачено как на создание стандартов пропускающих способностей стекла: светопропускание (t), коэффициента теплопередачи(g) и солнечного фактора(U) – так и на приведение конечного продукта в соответствие с ними. При поставке архитектурное стекло соответствует производственным стандартам, но в реальных условиях эксплуатации оказывается не на должной высоте – и это может случиться еще до окончания строительства, если стекло не будет защищено от «врагов».

Новое стекло блестит и сияет, оно прозрачное и чистое. Однако, как и у большинства строительных материалов, у стекла нет «оборонной системы» или вмонтированной защиты. В результате коррозии стекло деградирует, и о соответствии производственным стандартам не может быть и речи. Для архитектурного стекла чистота наиболее важна, потому что она непосредственно влияет на ясность и прозрачность. Чистота стекла определяется возможностью его очистить, которая, в свою очередь, зависит от возможности сопротивляться пристающим частичкам грязи, вызывающим коррозию.

В таблице перечислены 10 «врагов» стекла. Источниками большинства из них являются высокощелочные неорганические соединения, а щелочь – это один из двух самых опасных «врагов» стекла. Второй – это влага, и, по отдельности или вместе, они вызывают растворение ли разрушение незащищенных стеклянных поверхностей.

Таблица 1. 10 причин коррозии поверхности строительного стекла


Поэтому все, что привлекает влагу или ускоряет щелочность, ускоряет процесс поверхностной коррозии стекла. Невидимые загрязнители ли скрытые «угрозы», имеющие щелочные источники, взаимодействуют с кислотами, образуют поверхностно-реактивные соли, которые являются гигроскопичными, т.е. привлекают и удерживают атмосферную влагу.

Поверхностная коррозия может развиться в любой момент до, во время и после строительства. Если стекло не защищено, его характеристики действительны только на этапе, потому что оно быстро доходит до стадии, называемой «рак стекла», когда загрязняющие частички не только крепко пристали к поверхности, но и стали четко различимы. Подобно «раку бетона», это такое разрушение поверхности, которое на данной стадии нельзя предотвратить. Способов «лечения» практически не существует, и в конечном счете выбор можно будет сделать только между дорогостоящей заменой или тем, чтобы «оставить все как есть».

Технология, способная предотвратить и вылечить поверхностную коррозию стекла, если только она применена вовремя, превращает крайне восприимчивую к химическому и физическому воздействию поверхность в стойкую и «не допускающую приставания».

ИСТОРИЯ ВОПРОСА

Из-за поверхностной коррозии стекло становится дорогостоящим в отношении ухода материалом. Со временем становится все труднее и труднее содержать его в чистоте, несмотря на частое и интенсивное мытье. Удалить загрязняющие частички практически не возможно. К тому же мыть стекла приходится все чаще и чаще.

Когда в 1982г. компания «Ritec» ввела в употребление понятие поверхностной защиты стекла, главное внимание было уделено стеклам пассажирских судов морского флота – круизных кораблей и паромов. Было обнаружено, что в агрессивных условиях морской среды стекло быстро теряет изначально присущий ему блеск. При этом прозрачность стекла и уровень безопасности, который оно обеспечивает, существенно снижаются, и стекло становится трудно мыть. Поверхностная коррозия, являющаяся причиной ухудшений, по большей части не видима, но последствия ее очевидны и во многих случаях необратимы. Часто стекло уже достигло «роковой черты», и даже при интенсивной очистке уже невозможно восстановить его уникальную прозрачность, блеск и чистоту. Но так как замена стекол на корабле – дорогое удовольствие, на их внешний вид просто закрывали глаза. В результате больше всего нареканий (больше, чем каюты, еда и обслуживание) со стороны команды и пассажиров вызывало именно состояние стекол (грязь и плохая видимость).

Через несколько лет «Ritec» применила понятие поверхностной защиты стекла к жилым, коммерческим и промышленным зданиям. Тогда на стеклах также были обнаружены те же типы загрязняющих веществ как органического, так и неорганического происхождения.

Начиная с середины 1980-х годов на рынке стал появляться ряд технологий водоотталкивающих покрытий на основе силикона, первоначально разработанных еще в 1940-х годах для самолетостроения. Затем в середине 1990-х годов они сменились продуктами с более высокой степенью водонепроницаемости, известной как «эффект лотоса». Большинство этих покрытий почти не пользовалось спросом, потому что их пригодность и долговечность в реальных условиях не были доказаны.

В конце 1990-х годов покрытия – композиты из двух слоев, органического и неорганического происхождения, были представлены на немецком рынке под общим названием «нанотехнологии». Тогда, в 2001 году, по фотокаталитической технологии, разработанной в Японии, несколько производителей стекла применили нанесение на поверхность стекла диоксида титана (TiO2). На рынке новый продукт продвигался как «самоочищающийся», с «пожизненным» сроком эксплуатации. Такая реклама стала причиной путаницы понятий и неоправданных потребительских ожиданий, т.к. данная технология не применима для защиты поверхности стекла – на что и указывали производители, сообщая о мерах предосторожности в отношении покрытия и защиты его от химического и физического воздействия при погрузке и разгрузке, установке и использовании.

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ СТАНДАРТЫ

Только стекло может одновременно контролировать получение всех трех форм света: пропускать видимое излучение солнечного света и коротковолновое инфракрасное излучение, генерирующее тепло, блокировать большую часть ультрафиолетового излучения солнечного света, не подвергаясь при этом его воздействию, и отражать, поглощать или передавать длинноволновое инфракрасное излучение от генерирующих тепло источников внутри здания.

Если архитектурное стекло не защищено от поверхностной коррозии, его стандартные характеристики имеют значение только на этапе проектирования здания, потому что даже при частом и интенсивном мытье со временем будет все труднее содержать стекло в чистоте. В результате время, усилия и деньги, потраченные на разработку стандартов и на доведение конечного продукта до соответствия им, оказывается потраченным впустую.

Для большинства других строительных материалов существуют принципы или условия применения, гарантирующие соответствие их характеристик стандартам не только в день поставки, но также в течение определенного срока эксплуатации. Во многих случаях стекло – это единственный материал, восприимчивый к коррозии, который поставляется без защиты. Стекло может также оказаться единственным строительным материалом, который соответствует производственным стандартам только во время поставки, причем поставщики почти или вообще не учитывают, что может произойти с ним позже. Только непосредственно в момент поставки стекла в центре внимания оказывается вопрос, соответствует ли оно заявленным стандартам. Поэтому впоследствии у множества людей и организаций – архитекторов, проектировщиков, генеральных подрядчиков, подрядчиков на работы по остеклению и монтажников, а также у владельцев здания и его жителей – возникают серьезные проблемы. Сегодня мы не видим причин, по которым характеристики стекла не должны соответствовать стандартным не только во время поставки, но и в течение определенного срока эксплуатации – потому что стала доступна технология, благодаря которой стекло можно защитить.

ПРИЧИНЫ ПОТЕРИ ИЗНАЧАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕЗАЩИЩЕННОГО СТЕКЛА В ХОДЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Из-за минерального состава поведение стекла во многом схоже с поведением металла, и последствия поверхностной коррозии стекла подобны тому, что специалисты называют «раком бетона». Для стекла, металлов и бетона главными врагами являются влажность и щелочность. И стекло и металлы очень уязвимы к подобным воздействиям, как и бетон: если цементное содержание является слишком щелочным, в нем во время процесса старения возникают маленькие трещины, позволяющие влаге проникать внутрь.

Главные причины поверхностной коррозии стекла, или «рака стекла», представлены в таблице. По отдельности или вместе «враги» воздействуют на стекло химически и/или физически. Они могут быть кислыми или щелочными, хотя щелочь более агрессивна. Они могут быть органическими и неорганическими, хотя неорганические вещества вызывают более значительную деградацию поверхности.

Влага, особенно в виде пара, и щелочи наносят наибольший вред остеклению, т.к. они воздействуют и химически, и физически, «разъедая» поверхность стекла. Источники влаги и щелочей имеют неорганическое происхождение. Вместе влага и щелочи особенно агрессивны.

Влага, растворяет щелочь, входящую в состав стекла и являющуюся щелочным соединением, а затем, испаряясь, оставляет ее на поверхности. Щелочи, присутствующие в цементной пыли, в стекающей по цементным конструкциям воде и едких чистящих средствах, разъедают поверхность стекла так же легко, как гидрофтористая кислота (HF).

Основываясь на этих наблюдениях, мы можем сказать, что большинство неорганических загрязняющих веществ имеют высокую щелочность; большинство органических загрязняющих веществ являются кислыми. Большинство источников коррозии вызывают окрашивание или выцветание стекла, а также «разъедание» или физическое повреждение, кроме того, они связываются с поверхностью стекла химически, и поэтому их трудно, если не невозможно, удалить обычными методами. Физическое повреждение может произойти в любое время во время погрузки, транспортировки, установки и эксплуатации. Поверхностная коррозия усиливается, если поверхность стекла обрабатывается абразивными средствами. Точечная коррозия происходит, когда ветер бомбардирует наружное стекло мелкими частицами грязи, соли или песка и создает микроскопические кратеры, в которых сохраняется влага.

СКРЫТЫЕ УГРОЗЫ

Известные специалистам по металлическим покрытиям «скрытые угрозы» перечислены в п.3 таблицы. Хотя сначала эти загрязняющие вещества невидимы, они наносят стеклу весьма заметный урон. Они находятся повсюду на поверхности здания и вредны не только для металлов, но и для большинства других строительных материалов, включая стекло. Щелочи взаимодействуют с кислотами, образуя соли, прежде всего хлориды и сульфаты, естественные и искусственные загрязняющие вещества, которые присутствуют в атмосфере вокруг нас. Если соленые загрязняющие вещества химически связываются с поверхностью, в частности стекла, и не могут быть удалены традиционными способами, они относятся к поверхностно-реактивным солям. Пример – известковый налет на стекле душевой кабины, который включает хлориды и сульфаты кальция и магния. Хлориды – соединения хлора, содержащиеся в выбросах предприятий различных отраслей промышленности, таких как электростанции, горные заводы, целлюлозно-бумажные комбинаты, нефтяные вышки. В прибрежных зонах хлориды генерируются их морской воды, соляного тумана и морского воздуха. Хлориды содержатся также в чистящих средствах и в антиобледенителях.

Источником сульфатов, солей серной кислоты, главным образом, является диоксид серы (SO2), произведенный отработанным газом, сжиганием угля и выхлопами транспортных средств. Результатом взаимодействия атмосферной влажности с сульфатами становятся кислотные образования и коррозионная реакция, которая формирует различные сульфаты на поверхности. Поверхностно-реактивные соли, в дополнение к тем, которые попадают на стекло из окружающей среды, могут быть также образованы химическими реакциями на поверхности стекла. Например, щелочные остатки от моющих средств могут реагировать с кислотным дождем. Точно также остатки гидроксида натрия могут реагировать с серной кислотой и образовать сульфат натрия. Остатки карбоната кальция из морской воды или жесткой водопроводной воды могут реагировать с серной кислотой и образовать сульфат кальция.

Поверхностно-реактивные соли особенно разрушительны для остекления, потому что они являются гигроскопическими – иначе говоря, вытягивают влагу из воздуха. Фактически, влага притягивается так сильно, что для этого процесса, известного как осмос, не является препятствием и защитное покрытие, если оно не будет в достаточной мере гидрофобным или водоотталкивающим и стойким к химическому нападению.

Пример гигроскопической природы солей – обычная столовая соль или поваренная соль (NaCl). В солонку часто помещают зерна риса для того, чтобы они поглощали влагу, которую впитывает соль. Хлориды и сульфаты на поверхности ведут себя таким же образом.

Поскольку загрязняющие вещества, которые образуют поверхностно-реактивные соли, присутствуют в атмосфере повсюду, они начинают воздействовать на стекло уже вскоре после того, как оно покидает флоат-линию. Так как соли по определению – поверхностно-реактивные, их трудно, если не невозможно, удалить традиционными методами. Соли постоянно возникают на незащищенном стекле, образуя целый «коктейль» солей на его поверхности.

Сложность и разнообразие смесей поверхностно-реактивных солей в окружающей среде невозможно воспроизвести в лабораторных условиях. Поэтому единственным способом оценить характеристики или прочность поверхностной защиты стекла является эксплуатация в реальных условиях.

ВОЗРАСТАЮЩАЯ ПОТРЕБНОСТЬ ОЦЕНКИ РИСКА

Оценка риска является составной частью любой производственной деятельности, строительной в том числе. Цель ее заключается в том, чтобы избежать ситуаций, потенциально опасных и для работников, и для имущества. Например, для людей, которые подвергаются опасности заболевания, проводится оценка их здоровья.

С момента производства стекло подвергается разрушающему, химическим или физическим способом, воздействию одного из 10 «врагов», которые «нападают» во время погрузки, транспортировки, хранения, установки и эксплуатации. Тип и сила воздействия определяют уровень риска.

Простую оценку риска, которая охватывает 3 стадии жизни стекла возможно сделать, учитывая все пункты таблицы. На рис. 1а и рис. 1б, иллюстрирующих самую серьезную для остекления опасность, или «рак стекла», подведен итог оценки риска. Степень риска увеличивается, если стекло интенсивнее подвергается воздействию разрушающих сил, поэтому в случаях высокого риска важно защитить поверхность стекла как можно раньше.


1а. Повреждение при транспортировке и хранении: влага, вода между листами стекла и минеральные соли.

1б. Повреждение во время строительства: загрязнение брызгами бетона и подтеками силиконовых герметиков.

1в. Повреждение после строительства: вода, стекающая по силикону и бетону, известковый налет и морские соли, металлические окиси, несгоревшие углеводороды и влага.

 


ВЫВОДЫ

Современное архитектурно стекло – это удивительный строительный материал; однако, будучи не защищенным от коррозии, оно оказывается дорогостоящим в уходе, т.к. подвергается разрушающему воздействию различных загрязняющих веществ, что и является причиной возникновения коррозии.

В большинстве случаев поверхностная коррозия вызвана загрязнением неорганического происхождения.

Пагубное влияние влажности и щелочности усиливается воздействием поверхностно-реактивных солей, которые образуются повсюду на поверхности здания, включая остекление. Некоторые соли, хлориды, являются щелочными, и при этом большинство из них, если не все, обладают высокой гигроскопичностью, т.е. впитывают влагу из воздуха. В результате стекло начинает как-бы разрушаться изнутри, и даже покрытие, если оно не обладает достаточно сильным водоотталкивающим свойством и высокой сопротивляемостью химическому и физическому воздействию, оказывается не в силах защитить его.

Сегодня нельзя забывать или игнорировать то обстоятельство, что стекло нуждается в защите от поверхностной коррозии. Тем боле, что есть технология, которая позволяет стеклу сохранить свои изначальные характеристики – ясность, прозрачность и чистоту – на уровне производственных стандартов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Из трех качеств нового стекла чистота является самым важным, потому что она непосредственно влияет на прозрачность и ясность. Чистота – это в значительной степени результат способности поверхности защищаться, которая в свою очередь зависит главным образом от силы сцепления загрязняющих частичек со стеклом. Большинство загрязняющих элементов крепко пристают к незащищенному стеклу и не могут быть смыты традиционными методами.

Основываясь на свойствах 10 «врагов» стекла, мы приходим к заключению, что технология защиты стеклянной поверхности должна доказать свою пригодность в отношении эксплуатационных характеристик и прочности для специфического сектора рынка или применения путем сочетания лабораторных исследований, полевых испытаний и эксплуатации в действительных условиях, учитывающих специфику воздействия и эксплуатации. Поверхностная защита стекла также должна быть: стойкой к химическому и физическому воздействию всех веществ, и органического, и неорганического происхождения; химически инертной или нейтральной в отношении реактивных загрязнителей, особенно поверхностно-реактивных солей; водоотталкивающей в высокой степени, чтобы сопротивляться гигроскопической или впитывающей воду природе солей.

В перспективе, как мы полагаем, в центре внимания окажется поверхностная защита стекла как способ сохранения его стандартных характеристик в ходе эксплуатации. Способ достижения этой важной цели состоит в том, чтобы выполнить оценку риска, учитывая воздействие всех вышеупомянутых «врагов», а затем обеспечить поверхностную защиту стекла, которая подтвердила бы свою пригодность для целей данного конкретного применения или использования.

Поверхностная коррозия неизбежна, но ее последствия предотвратимы. Во многих случаях болезнь излечима, если вовремя начать лечение.


Стивен Баерс, «Ritec International Limited» (Великобритания)

— «Стекло и Бизнес» №3, 2009