CC BY
21
УДК 691+655.3.025:681.7.015.4
ДМИТРИЕВ АЛЕКСАНДР ГЕННАДЬЕВИЧ, sasa791@pochta. ги
ЛУКЬЯНЧИКОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ, канд. техн. наук, доцент, tisi2004@yandex. ги
САРКИСОВ ЮРИЙ СЕРГЕЕВИЧ, докт. техн. наук, профессор, Yu-S-Saгkisov@yandex. ги
Томский государственный архитектурно-строительный университет, 634050, г. Томск, пл. Соляная, 2
ДЕКОРАТИВНО-ХУДОЖЕСТВЕННОЕ ОФОРМЛЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ПОМОЩЬЮ УФ-ПЕЧАТИ
В работе показано, что строительные материалы с декоративно-художественными покрытиями, выполненные по технологии УФ-печати, выдержали все предусмотренные государственными стандартами испытания: на долговечность, прочность, морозостойкость, атмосферостойкость и другие эксплуатационные параметры и могут быть применены в реальном строительстве.
Ключевые слова: УФ-печать, строительные материалы, прочность, морозостойкость, декоративно-художественное покрытие, нанотехнологии.
DMITRIEV, ALEKSANDER GENNADJEVICH, sasa791@pochta. ru
LUKYANCHIKOV, SERGEY ALEKSANDROVICH, Cand. oftech sc., assoc. prof., tisi2004@yandex. ru
SARKISOV, YURI SERGEYEVICH, Dr. of tech. sc., prof., Yu-S-Sarkisov@yandex. ru
Tomsk State University of Architecture and Building,
2 Solyanaya sq., Tomsk, 634003, Russia
DECORATIVE - ARTISTIC DESIGN OF BUILDING MATERIALS BY MEANS OF UV PRINTING
Building materials with decorative - art coatings made according to the technology of UV printing stood all the tests under State Standards: durability, strength, frost resistance, weather resistance and other operational parameters, and can be applied in a real construction.
Keywords: UV printing, building materials, durability, frost resistance, decorative artistic coating, nanotechnology.
Технология ультрафиолетовой печати (УФ) - одно из новых быстрораз-вивающихся направлений в производстве печатной продукции в мире. В конце 90-х годов в США разработана линейка промышленных УФ-принтеров VIRTU® [1], использовавшихся для печати на текстиле.
В России внедрением и разработкой УФ-принтеров и чернил для цифровой широкоформатной струйной печати является группа компаний САН -
© А.Г. Дмитриев, С. А. Лукьянчиков, Ю.С. Саркисов, 2011
единственная в своем роде. В отличие от зарубежных аналогов в продукции российского производителя впервые использованы нанотехнологии, в частности, для создания наноразмерных пигментов и добавок в наночернилах и УФ-светодиодов на основе гетероструктур нитрида галлия в принтерах [2]. Новое поколение принтеров по своим характеристикам превосходит многие зарубежные аналоги. На рис. 1 представлен УФ-принтер, обладающий возможностью производить печать на тяжелых материалах, таких как толстое листовое стекло, бетон и др. Печатный станок комплектуется столами одного из двух видов: стандартным алюминиевым или специализированным столом для стекла с войлочной обивкой. Это увеличивает удобство его использования для представителей индустрии, связанной с производством витражей и светопрозрачных конструкций.
Рис. 1. Внешний вид УФ-принтера NEO UV-LED Evolution 2,5 м на головках К-М 512 SH (4 пл)
Принцип печати основан на чернилах, которые, находясь на печатной поверхности в жидком состоянии, при УФ-облучении образуют твердую полимерную пленку, устойчивую к воздействию окружающей среды. А конструкторские особенности УФ-принтеров позволяют выполнять печать на материалах до 2,5 м шириной. Это способствует расширению возможностей УФ-печати и наносить изображения не только на полиграфическую продукцию, но и на лицевую поверхность материалов, таких как дерево, ДВП, ДСП, стекло (рис. 2), керамическая плитка, бетон, стеновые панели, металлические поверхности и многое другое [3].
Рис. 2. Объемная печать (а) и печать на стекле (б)
Несмотря на свои колоссальные возможности, данный вид печати используется в основном в компаниях, занимающихся изготовлением рекламной продукции и сувениров, и практически не задействован в строительной области. Этому обстоятельству есть ряд объяснений: во-первых, недостаточная износостойкость полимерного покрытия, которое не обеспечивает должную защиту от истирания и других факторов; во-вторых, особенности конструкции не допускают печать на изогнутых и круглых поверхностях; в-третьих, низкая скорость печати, поскольку производимые в настоящее время УФ-принтеры являются струйными. Решение этих проблем позволяет расширить сферу применения данных технологий и перейти на качественно новый уровень выпускаемой печатной продукции. Так, с помощью создания лазерных принтеров можно увеличить скорость печати, а изменение конструкции принтера откроет возможность для печати на круглых и изогнутых поверхностях. Также немаловажным является выбор полимера, обладающего большей стойкостью к воздействию окружающей среды. При этом необходимо отметить, что особое внимание следует уделять не только долговечности самого материала, на который наносится изображение, и его устойчивости к переменным факторам окружающей среды, но и системе «строительный материал - окружающая среда» [4]. Одним из решений этой проблемы, на наш взгляд, является нанесение многослойных покрытий. УФ-печать полностью отвечает этим требованиям, хотя сама и не является универсальным средством для нанесения изображения на ту или иную поверхность, ведь у каждого материала, включая строительные, своя структура и свойства, которые создают определенные сложности при работе с ним. Поэтому необходимо разработать технологию печати для каждого вида материала, включающую в себя предпечатную подготовку запечатываемой поверхности, промежуточную и «финишную» обработку изделия.
Однако даже доведенные, на данный момент, до промышленного использования технологии УФ-печати позволяют достаточно широко использовать их для придания элементам строений из различных материалов высокой художественной выразительности. При этом обеспечивается их достаточно высокая долговечность и стойкость к воздействию эксплуатационных факторов.
Рассматривая вопросы о применимости данной технологии, логично предположить, что они востребованы для оформления фасадов зданий и для внутренних отделочных работ, причем в основном для вертикальных поверхностей, которые не подвергаются интенсивным истирающим воздействиям. Анализируя возможные воздействия агрессивных факторов в процессе эксплуатации, можно составить перечень основных требований, которым должны удовлетворять изделия с рассматриваемыми покрытиями, среди которых: достаточная адгезия и химическая инертность к основанию; стойкость к воздействию света; стойкость к перепадам температур в пределах эксплуатационного температурного интервала; водостойкость; морозостойкость и др.
Учитывая вышесказанное, можно предположить, что наиболее рационально для оценки эксплуатационной стойкости и долговечности изделий, обработанных с применением УФ-принтеров, использовать методику, применяемую для прогнозирования долговечности оконных стеклопакетов, приведенную в ГОСТ 30779-2001 (с попр. 2003) [5]. Сущность методики заключается в опре-
делении значений характерных показателей изделий в процессе циклических воздействий переменных положительных и отрицательных температур, влажности, ультрафиолетового облучения и слабоагрессивных химических сред (растворов), имитирующих воздействие критических эксплуатационных нагрузок.
Для проведения эксперимента использовались материалы, наиболее часто применяемые в качестве отделочных слоев стеновых конструкций. Покрытие методом УФ-печати было нанесено на поверхность лицевого кирпича (рис. 3, а), образцов из тяжелого и мелкозернистого бетона (рис. 3, б), негла-зурованной керамической плитки (рис. 3, в), гипсокартона (рис. 3, г), дерева (рис. 3, д) и металла (рис. 3, е).
В соответствии с требованиями для первого режима (ГОСТ 30779-2001, табл. 1) образцы с нанесенным покрытием подвергались следующим агрессивным воздействиям:
- погружению в соляной раствор на 18 мин (в качестве солевого раствора применялся 3 %-й водный раствор NaCl) (рис. 4, а);
- ультрафиолетовому облучению в течение 1 ч (уровень интенсивности ультрафиолетового облучения - (60±2) Вт/м2 при температуре (50±2) °С);
- погружению в щелочной раствор на 18 мин (в качестве щелочного раствора применялся 3 %-й водный раствор NaHCO3);
- замораживанию в течение 3 ч (температура выдержки при замораживании - минус 30 °С) (рис. 4, б);
- погружению в кислый раствор на 18 мин (в качестве кислого раствора применялся 3 %-й водный раствор H2SO4);
- нагреву в пропарочной камере в течение 17 ч (температура выдержки при нагреве для всех режимов - (70±2) °С, при относительной влажности воздуха 90-100 %).
Температура растворов при испытании составляла (20±3) °С. После каждого вида воздействия образцы промывали дистиллированной водой. Временные интервалы между каждой нагрузкой внутри цикла испытаний не превышали 20 мин. В процессе исследований образцы подвергались двенадцати циклам вышеперечисленных воздействий.
Оценка состояния материалов с покрытием, нанесенным методом УФ-печати, осуществлялась по показателям внешнего вида путем сравнения с подобными образцами, не подвергавшимися агрессивным воздействиям.
При увлажнении образцы из гипсокартона и дерева набухли, поэтому дальнейшие испытания покрытий на этих материалах были прекращены. Однако следует отметить, что поверхности с нанесенным покрытием претерпевали меньшие изменения геометрических параметров, чем необработанные поверхности.
Осмотр остальных материалов показал, что на образцах из кирпича, (рис. 5, а), тяжелого и мелкозернистого бетона (рис. 5, б) и керамической плитки (рис. 5, в) наблюдается незначительная потеря глянца на УФ-пок-рытии по сравнению с контрольными образцами. Следует отметить, что необработанные поверхности материалов также изменили показатели внешнего вида, причем гораздо более существенные, чем поверхности с УФ-покрытием: потеря прочности керамического кирпича после испытаний составила 3,6 и 4,5 % у образцов с обработанной и необработанной поверхностью соответ-
ственно по сравнению с контрольными образцами. У образцов из тяжелого и мелкозернистого бетона (класс по прочности на сжатие В 22,5 и В 30 соответственно) потери прочности не зафиксировано. УФ-покрытие на металлической пластине практически не претерпело изменений.
д е
Рис. 3. Запечатанная поверхность
Рис. 4. Воздействие агрессивных сред:
а - погружение в соляной раствор; б - замораживание
Дополнительно образцы лицевого кирпича, тяжелого и мелкозернистого бетона, неглазурованной керамической плитки и металла подвергались испытанию на морозостойкость по ГОСТ 10060.1-95 [6]. Образцы из гипсокартона и дерева подвергались попеременному замораживанию и оттаиванию в воздушно-сухом состоянии. Оценка состояния материалов с покрытием, нанесенным методом УФ-печати, осуществлялась по показателям внешнего вида путем сравнения с подобными образцами, не подвергавшимися морозному воздействию. Параллельно испытывались образцы без покрытия. Все образцы выдержали 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания без заметных изменений цветности и целостности покрытия. У лицевого керамического кирпича, тяжелого и мелкозернистого бетона и неглазурованной керамической плитки с покрытием и без него отсутствовала потеря массы и прочности. УФ-покрытие на металлической пластине, а также дереве и гипсокартоне, которые подвергались попеременному замораживанию и оттаиванию в воздушно-сухом состоянии, практически не претерпело изменений. После 35 циклов попеременного замораживания и оттаивания у лицевого керамического кирпича с покрытием и без него потеря массы составила 2,2 и 3,2 % соответственно. Причем шелушение поверхности образцов с покрытием наблюдали только по граням без нанесенного рисунка. Потеря прочности после 35 циклов составила 3,6 и 6,5 % у образцов с обработанной и необработанной поверхностью соответственно. После 50-51 циклов замораживания и оттаивания началось интенсивное разрушение материала кирпичей как с УФ-покрытием, так и без него. Однако, как и после 35 циклов, шелушение, растрескивания и отслоения в первую очередь наблюдалось по граням без рисунка.
Аналогичные тенденции наблюдались и у неглазурованной керамической плитки. После 35 циклов попеременного замораживания и оттаивания потеря прочности при изгибе составила 4,3-9,0 %, при испытании лицевой поверхностью вниз у образцов с обработанной (УФ-покрытие на лицевой сто-
роне) и необработанной поверхностью соответственно. При испытании лицевой поверхностью вверх у образцов с обработанной и необработанной поверхностью потеря прочности составила 8,7-9,3 % соответственно. Анализируя этот факт, можно предположить, что УФ-покрытие при данном испытании проявило армирующие свойства, играя роль элемента, упрочняющего поверхность лицевого слоя плитки.
Образцы тяжелого и мелкозернистого бетона с покрытием и без него выдержали 100 циклов попеременного замораживания и оттаивания без заметных изменений цветности и целостности покрытия. Потери массы и прочности у образцов не зафиксировано.
УФ-покрытие на металлической пластине после 100 циклов попеременного замораживания и оттаивания практически не претерпело изменений (рис. 5, г).
Рис.5. Внешний вид запечатанных поверхностей после воздействия агрессивных сред
Проведенные исследования показывают, что использование УФ-прин-теров для придания строительным материалам высокой художественной выразительности является весьма перспективным направлением в области развития отделочных строительных материалов.
Библиографический список
1. Невоструев, А.В. УФ-технология [Электронный ресурс] / А.В. Невоструев. - Условия доступа : http://www.tentdesign.com.ua/index.php?section=UF-technology
2. Пресс-релиз. РОСНАНО профинансирует проект по производству наночернил в Новосибирске [Электронный ресурс]. - Условия доступа : http://www.rusnano.com/Post.aspx/Show/20240. - 23.09.2009.
3. Коцарев, О.Г. Печать по стеклу: сравнение УФ-печати и шелкографии [Электронный ресурс] / О.Г. Коцарев. - Условия доступа : http://wide.com.ua/pechat-po-steklu-sravnenie-uf-pechati-i-shelkografii/
4. Саркисов, Ю.С. Синергетика и принципы неравновесного строительного материаловедения / Ю.С. Саркисов, Т.В. Кузнецова // Техника и технология силикатов. - 2009. -№ 4. - С. 2-6.
5. ГОСТ 30779-2001 (с изм. 2003). Стеклопакеты строительного назначения. Метод определения сопротивления атмосферным воздействиям и оценки долговечности.
6. ГОСТ 10060.1-95. Базовый метод определения морозостойкости.
