CC BY
47
УДК 678.5.665.9
КУДЯКОВ АЛЕКСАНДР ИВАНОВИЧ, докт. техн. наук, профессор, kudyakow@tsuab.ru
Томский государственный архитектурно-строительный университет, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2
ТУРНАЕВА ЕЛЕНА АНАТОЛЬЕВНА, канд. хим. наук, доцент, eat640@rambler.ru
ХАФИЗОВА ЭЛЬЗА НАЗИФОВНА, канд. техн. наук, hafizova_elza@mail.ru
Тюменский государственный архитектурностроительный университет,
625001, г. Тюмень, ул. Луначарского, 2
ДЕКОРАТИВНЫЕ ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ ЭПОКСИДНЫХ СМОЛ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ФАСАДНЫХ ПЛИТ
В статье рассматривается возможность получения фасадных плит на основе асбестоцементных листов с мелкозернистыми каменными покрытиями, обладающих высокими декоративными и защитными свойствами. Приводятся результаты экспериментальных исследований клеевых композиций на основе модифицированных эпоксидных смол.
Ключевые слова: фасадные плиты, асбестоцементная плита, декоративное покрытие, эпоксидная смола, модификация тиоколами, эластичность, водопо-глощение, прочность сцепления, прочность при сжатии пленки, морозостойкость покрытия.
KUDYAKOV, ALEKSANDR IVANOVICH, Doc. of tech. sc., prof., kudyakow@tsuab.ru
Tomsk State University of Architecture and Building,
2 Solyanaya sq., Tomsk, 634003, Russia
TURNAEVA, ELENA ANATOLYEVNA, Cand. of chem. sc., assos. prof., eat640@rambler.ru
KHAFIZOVA, ELZA NAZIPHOVNA, Cand. of tech. sc., hafizova_elza@mail.ru
Tyumen State University of Architecture and Building,
2 Lunacharskogo st., Tyumen, 625001, Russia
DECORATIVE COATINGS ON THE EPOXY-BASED RESIN FOR FRONT PLATES PRODUCTION
The paper considers the production of front plates on the basis of asbestos-cement sheets with small-grained stone coatings, which possess high decorative and protective properties. The results of the experimental research of the glue epoxy-based compositions are given.
Keywords: front plates, asbestos-cement plate, decorative coating, epoxy resin, modification by thiokols, elasticity, water absorption, cohesive resistance, compressive strength of film, frost resistance of coatings.
© А.И. Кудяков, Е.А. Турнаева, Э.Н. Хафизова, 2010
Значительную долю застройки многих населенных пунктов составляют здания с нормированным сроком эксплуатации более 30 лет, архитектурный вид которых не отвечает современным эстетическим требованиям. Покрытия фасадов в районах Западной Сибири с суровым климатом, проблемной экологической обстановкой находятся в сложных эксплуатационных условиях, многофакторное действие агрессивной среды приводит к преждевременному растрескиванию, отслоению и разрушению поверхностных слоев, что вызвано протеканием необратимых химических и физических процессов, т. е. их старением.
При отделке и обновлении фасадов новых и эксплуатируемых зданий наилучшие теплофизические и эксплуатационные характеристики обеспечиваются при использовании фасадных систем с вентилируемым воздушным зазором. Известно много разновидностей плит, используемых для облицовки зданий и сооружений, которые отличаются друг от друга по виду материала, геометрическим размерам, типу крепления (видимое, невидимое) и по внешнему виду. Фасадные плиты могут быть металлическими, композитными, бетонными, фиброцементными, стеклянными, пластиковыми, из керамического гранита, природного камня, со специальными покрытиями, имитирующими камень, дерево и кирпич [1, 2]. Фасадные плиты широко используются при отделке фасадов как в России, так и в других странах [3, 4].
К фасадным плитам предъявляются многофункциональные требования, обеспечивающие защиту зданий от атмосферных воздействий, архитектурную выразительность, сокращение сроков возведения объектов строительства, минимизацию затрат. Поэтому исследования технологии повышения качества фасадных плит для отделки зданий являются актуальными.
Авторами разработаны декоративные мелкозернистые покрытия для асбестоцементных листов, включающие пленку из эпоксидно-тиоколовых клеевых композиций с мелкозернистой посыпкой из дробленых горных пород.
При разработке состава клея использовались эпоксидные смолы холодного отверждения российского и зарубежного производства: ЭД-20, ЕР1КОТЕ 816, ЕР1КОТЕ 828, обладающие хорошими защитными свойствами, адгезией к различным материалам, высокой твердостью, стойкостью в агрессивных средах, водостойкостью. Однако для эпоксидных смол в тонких нанесенных слоях характерна повышенная хрупкость и высокая чувствительность к механическим деформациям, что, соответственно, ведет к снижению строительнотехнических свойств фасадных плит.
Для снижения хрупкости пленки осуществлялась модификация эпоксидной смолы пластификаторами. В качестве пластификатора использовались различные эфиры, например дибутилфталат (ДБФ), позволяющий уменьшить вязкость жидкой и хрупкость отверждённой смолы. Однако пластификаторы типа ДБФ не участвуют в образовании сетки твердого полимера, а аккумулируются на границах глобулярных образований, что приводит к уменьшению прочности, тепло- и химической стойкости пленки. Эффект пластификации такими соединениями постепенно убывает во времени из-за миграции молекул ДБФ.
Применение смол, модифицированных сложными эфирами в промышленных условиях (ЕРІКОТЕ 816), тоже не дает ожидаемого положительного результата.
Наиболее эффективным способом пластификации является модификация полисульфидными каучуками (тиоколами).
При взаимодействии полисульфидов с эпоксидными олигомерами возможны два параллельно протекающих процесса [5]:
1) образование блоксополимера при взаимодействии полисульфидного и эпоксидного олигомеров
И2С-СИ~ИС-СИ2+2~К8И^К8-СИ2-СИ~СИ-СИ28К~ ;
\ / \ / І I
О О ОИ ОИ
2) образование взаимопроникающих сеток при самостоятельном отверждении эпоксидной смолы и полисульфидного олигомера.
Наилучшие результаты для клеевого поверхностного слоя получены при совместном отверждении эпоксидной смолы и полисульфидных каучуков.
При использовании тиокола в составе клеевых композиций на основе эпоксидных смол достигается максимальная эластичность, которая сохраняется в течение длительного периода (табл. 1).
Таблица 1
Влияние способа пластификации на эластичность клеевой композиции
Состав клеевой композиции Эластичность при изгибе (диаметр стержня, мм)
через 1 сут через 28 сут
Модификация сложными эфирами
1. ЭД-20 + дибутилфталат 2. ЕРІКОТЕ 816 (содержит глицидиловый эфир 5 55
нефдекановой кислоты) 1 50
Модификация каучуком и композитами на его основе
1. ЕРІКОТЕ 828 + ТПМ-2 1 1
2. ЭД-20 + ЛТ-1К 1 20
3. ЕРІКОТЕ 828 + ЛТ-1К 1 5
4. ЕРІКОТЕ 816 + ЛТ-1К 1 5
Водопоглощение пленки эпоксидно-тиоколовых композиций на основе эпоксидной смолы марки ЭД-20 при содержании тиоколового композита ЛТ-1К от 0 до 40 % изменяется от 0,2 до 4 % в первые сутки, а через 28 суток - от 2,0 до 7,0 %. Водопоглощение эпоксидно-тиоколовых композиций на основе эпоксидной смолы марки ЕР1КОТЕ при содержании ЛТ-1К 30-40 % изменяется от 0 до 2,6 %.
Вязкость по Суттарду эпоксидно-тиоколовых клеевых композиций изменяется от 188 до 250 мм, что позволяет реализовать различные способы нанесения: распыление, налив, промазную технологию. Жизнеспособность
эпоксидно-тиоколовых клеевых композиций (на основе ЭД-20, ЕР1КОТЕ 816, ЕР1КОТЕ 828) составляет 2,5 часа при температуре +20 °С.
Модификация эпоксидных смол тиоколами позволяет регулировать эксплуатационные свойства как клеевых композиций, так и конечного продукта - фасадной плиты. Изучение структуры полимерного клеевого слоя проводилось при помощи электронного сканирующего микроскопа марки ТОРСОК 8М - 510 (Япония). Полученное изображение регистрировалось фотографированием. В исследуемом образце использовалась эпоксидная смола ЕР1КОТЕ 828 с циклоалифатическим отвердителем ЕРЖиКЕ Б 205, модифицированная полисульфидным композитом Сазиласт 22 производства фирмы «САЗИ» (Московская область).
Свойства полимеров в первую очередь зависят от его макро- и микроструктуры, которая формируется в зависимости от природы полимера и подложки, типа и содержания добавок, технологического режима [6, 7].
Химическая модификация эпоксидной смолы добавкой тиокола приводит к уменьшению вторичных надмолекулярных образований и более равномерному распределению их в структуре (рис. 1).
Рис. 1. Фрагменты отвержденных клеевых композиций: эпоксидной (а), эпоксидно-тиоколовой (б). х 500
В исследуемых образцах разработанного слоистого материала значительных отличий в размерах структурных элементов полимерного слоя не обнаружено (рис. 1, б), что можно объяснить узким молекулярно-массовым распределением используемой смолы, образованием взаимопроникающих сеток и участков блоксополимерного характера. Сформированная структура полимерного покрытия из модифицированной смолы влияет на физикохимические свойства всего слоистого материала: эластичность, водопоглоще-ние, адгезионную и когезионную прочность.
Для исследования структуры эпоксидно-тиоколовых покрытий был использован дифференциальный термический анализ. Испытания проводились от 20 до 500 °С, при этом скорость нагрева составляла 25 °С/мин. Исследованию были подвергнуты следующие составы: а) эпоксидный олигомер ЭД-20
с отвердителем ПЭПА; б) композиция на основе ЭД-20, полимера ТПМ-2 и отвердителя ПЭПА; в) полимер ТПМ-2 и отвердитель ПЭПА.
По результатам исследования термического анализа можно прийти к следующему заключению: при температуре +324 °С наблюдается эндоэффект, что свидетельствует о процессе термической деструкции эпоксидного полимера с выделением легколетучих низкомолекулярных фракций. Термодеструкция эпоксидно-тиоколовой композиции начинается при температуре +351 °С. Деструкция тиоколового полимера происходит при 345 °С. Повышение температуры начала деструкции эпоксидной композиции на 27 °С связано с образованием новых более устойчивых соединений и структурных элементов.
Изучена адгезия клеевых композиций на основе различных марок эпоксидных смол к асбестоцементной плите (табл. 2). При испытаниях на отрыв системы клей - асбестоцементный лист прочность сцепления 2,3-3,9 МПа, отрыв когезионный (с частями подложки), что свидетельствует о хорошем сцеплении клеевой композиции с основой. Сцепление декоративного мелкозернистого отделочного слоя и основы изменяется от 1,3 до 4,3 МПа. Через 7 суток отрыв носит когезионный характер и происходит с частицами асбоцементной плиты.
Таблица 2
Сравнительные характеристики прочности сцепления различных клеевых композиций (при толщине 0,5-2,5 мм), нанесенных на асбестоцементную плиту
Состав клеевой композиции Прочность сцепления (через 1 сут), МПа
Эпоксидная смола ЭД-20, Отвердитель полиэтиленполиамин 3,0-3,2
Эпоксидная смола EPIKOTE 828, Отвердитель EPICURE F 205 3,5-3,6
Тиоколовая мастика ЛТ-1К, Отверждающая паста ЛТ-1К 1,7—1,9
Эпоксидная смола ЭД-20, Отвердитель полиэтиленполиамин, Тиоколовая мастика ЛТ-1К 2,4-2,6
Эпоксидная смола EPIKOTE 828, Отвердитель EPICURE F 205, Тиоколовая мастика ЛТ-1К 3,2—3,4
Эпоксидная смола EPIKOTE 828, Отвердитель EPICURE F 205, Каучук ТПМ-2 >3,9*
* Отрыв носит когезионный характер.
При сверлении монтажных отверстий отколов декоративного отделочного слоя не происходит, клей к сверлу не прилипает.
Водопоглощение фасадных плит с декоративным слоем составляет 7,9-8,1 %, при этом поверхностное водопоглощение - 1,0-1,9 %.
Установлено, что при нанесении декоративных покрытий повышается водостойкость фасадных плит на 12-20 %. Коэффициент размягчения фасадных плит составляет 0,94.
При эксплуатации внешней отделки на материалы воздействуют различные температуры и УФ-излучения. Перепады температур, отличие температурных коэффициентов линейного расширения склеиваемых материалов и клея способствуют возникновению внутренних напряжений и деформированию, т. е. снижению прочности фасадных плит. У полимерной пленки при старении увеличивается хрупкость и появляется вероятность постепенного ее выкрашивания .
Эпоксидные смолы стойки к термоокислительному процессу, но в ходе теплового старения испытывают перенапряжения, что приводит к значительному снижению прочности. Модификация тиоколом приводит к образованию эластичных связей, которые способствуют релаксации перенапряжений. При испытаниях на термостойкость клеевые пленки сохраняли свою эластичность при нагревании до +100 °С и резком охлаждении в течение 40 циклов. Клеевые композиции, нанесенные на плиту, сохраняли без изменений прочность сцепления в течение 50 циклов.
Эпоксидно-тиоколовые покрытия без пигмента под действием УФ-облу-чения желтеют через 0,5 часа, с добавками железоокисных пигментов при концентрации свыше 3 % выдерживают более 70 часов УФ-облучения без изменения цвета.
Проведено 75 циклов попеременного замораживания и оттаивания фасадных плит с декоративным слоем и установлено, что прочность сцепления мелкозернистого слоя с основанием находится в допустимых пределах (не менее 0,3 МПа).
Разработанные защитно-декоративные материалы внедрены в промышленное производство в г. Тюмени и используются для облицовки новых и при реставрации старых зданий различной этажности (рис. 2).
Рис. 2. Административное здание Тюменского домостроительного завода
Разработанные фасадные плиты с декоративными мелкозернистыми покрытиями рекомендуются для облицовки фасадов жилых и общественных зданий, эксплуатируемых в районах с суровым климатом, и для облицовки цокольных участков.
Библиографический список
1. Завражин, Н.Н. Производство отделочных работ в строительстве: (заруб. опыт) /
Н.Н. Завражин, Г.В. Северинова, Ю.Е. Громов. - М. : Стройиздат, 1987. - 310 с.
2. Громов, Ю.Е. Индустриальная отделка фасадов зданий / Ю.Е. Громов, В.П. Лежепеков, Г.В. Северинова. - М. : Стройиздат, 1980. - 70 с.
3. Лунин, Е.М. Фиброцементные крупноразмерные декоративно-отделочные плиты «Ми-нелит» для облицовки фасадов зданий / Е.М. Лунин, И.М. Баранов // Строительные материалы. - 2004. - № 7. - С. 16-17.
4. Материал фирмы «Е1егт1 АО» для навесных фасадов // Строительные материалы. -1996. - № 9. - С. 21.
5. Аверко-Антонович, Л.А. Полисульфидные олигомеры и герметики на их основе /
Л.А. Аверко-Антонович, П.А. Кирпичников, Р.А. Смыслова. - Л. : Химия, 1983. - 128 с.
6. Каргин, В.А. Избранные труды. Структура и механические свойства полимеров / В. А. Каргин. - М. : Изд-во Наука, 1979. - 452 с.
7. Гуль, В.Е. Структура и механические свойства полимеров / В.Е. Гуль, В.Н. Кулезнев. -М. : Высш. школа, 1972. - 320 с.
