ЛАКОКРАСОЧНЫЕ ПОКРЫТИЯ
Микробиологические повреждения лакокрасочных покрытий — одни из часто встречающихся случаев биоповреждений. Характерные признаки их проявления — серо-зеленые, бурые, темные и другие окрашенные пятна и налеты плесени мицелия грибов и бактериальной слизи на окрашенных поверхностях в местах с повышенной влажностью, растрескивание и отслаивание покрытий, образование бугров и отверстий и другие повреждения. Биоповреждения лакокрасочных покрытий обычно сочетаются с повреждающим воздействием на них других факторов внешней среды — атмосферной влаги с растворенными в ней агрессивными химическими веществами, воздействием солнечного света, повышенных температур и т. д. Эти процессы, относящиеся к процессам атмосферного старения полимерных материалов, могут предшествовать биоповреждениям, протекать одновременно с ними или же! после них. Сочетание процессов старения и биоповреждений затрудняет изучение их и разработку средств защиты и требует тесного сотрудничества биологов с химиками. Основными агентами микробиологических повреждений лакокрасочных покрытий являются плесневые грибы. Бактериальные поражения встречаются реже, они характеризуются появлением бесцветного или окрашенного слизистого налета. Под слоем краски встречаются микробиоценозы сложного состава, включающие бактерии и грибы. Среди микроорганизмов, повреждающих лакокрасочные покрытия, часто встречаются грибы родов Аsреrgillus, Penicillium, Fusarium, Trioderma, Alternaria, Серhalosporium, бактерии родов Pseudomonas, Flavobacterium. Повреждения покрытий грибами происходят либо за счет компонентов, входящих в состав покрытия, либо за счет веществ, загрязняющих поверхность покрытия, под действием метаболитов, выделяемых мицелием, который растет за счет загрязняющих покрытия веществ. Видовой состав грибов, повреждающих лакокрасочные покрытия, специфичен для различных почвенно-климатических зон. Он формируется из видов, составляющих сообщество, характерное для почв той или иной зоны. Один и тот же вид гриба может поражать покрытия различного состава. Биоповреждения лакокрасочных покрытий чаще встречаются в условиях влажного тропического и субтропического климата, а также в сооружениях и помещениях с повышенной влажностью и температурой (предприятия мясомолочной и консервной промышленности, животноводческие фермы, бассейны, бани и т. п.). Здесь они могут причинять наибольший ущерб. Однако и в районах с умеренным климатом также приходится сталкиваться с повреждениями покрытий грибами, правда, меньшей интенсивности, если это только не связано с нарушением условий эксплуатации (протечки, застои влажного воздуха и т. п.). В районах с сухим климатом такие повреждения встречаются очень редко. Биостойкость лакокрасочных покрытий зависит как от состава и свойств лакокрасочных материала (пленкообразователя и пигмента), так и частично от материала, на который наносится покрытие (подложки). Так, покрытия на древесине сохраняются лучше, чем на металле или силикатных строительных материалах. На черных металлах они бывают часто менее биостойкими, чем на цветных. Важную роль играет правильный подбор системы покрытия, включающей, например, грунт, антикоррозионное защитно-декоративное или противообрастающее покрытие. Во многих случаях за счет правильного подбора компонентов лакокрасочного материала, системы покрытия и учета свойств подложки удается обеспечить требуемую биостойкость, не прибегая к использованию специальных лакокрасочных материалов, в которые вводятся фунгициды. Пленкообразующие вещества. Решающее значение для биостойкости лакокрасочных покрытий имеет химический состав пленкообразующего полимера и физические свойства полученной из него пленки покрытия (набухаемость, твердость, пористость, гидрофоб-ность и др.). Синтетические пленкообразующие полимеры (термопластичные и термореактивные) менее склонны к повреждению микроорганизмами, чем природные. Грибостойкость этих покрытий уменьшается в следующем ряду: эпоксидные, полиуретановые, меламиноалкидные, кремнийорганические, пентафталевые. Повышению грибостойкости способствует увеличение скорости отверждения пленкообразующего вещества, уменьшение водопоглощеиия, шероховатости и пористости пленки. Гладкие блестящие ровные пленки более биостойки из-за того, что на них трудеее адсорбируются споры грибов и они меньше загрязняются. Среди природных пленкообразователей наиболее распространенными являются высыхающие масла — масла растительного происхождения (льняное, хлопковое, конопляное, подсолнечное, талловое и др.). Все они обладают сравнительно невысокой грибостойкостью. Для повышения биостойкости из растительных масел рафинированием удаляют воду, белковые продукты и другие примеси. Характерными признаками повреждения растительных масел микроорганизмами являются снижение их вязкости, повышение кислотности, ухудшение полимеризационной способности. Одним из биостойких пленкообразующих веществ лакокрасочных материалов природного происхождения является канифоль. Биостойкость канифоли связывают с присутствием в ее составе терпенов, обладающих фун-гицидными свойствами, и образованием кислых продуктов в пленке в процессе формирования защитного покрытия. Применяемые в качестве пленкообразователей битумы имеют недостаточную биостойкость. Для повышения биостойкости в состав битумных лаков и битумных защитных покрытий добавляют фенольные, малеиновые и другие синтетические смолы. Термопластичные синтетические смолы на основе хлорированного каучука, сополимеров стирола с бутадиеном и винилхлорида с винилацетатом, применяемые для производства быстросохнущих лаков и необрастающих лакокрасочных покрытий, характеризуются высокой биостойкостью. Широко распространенным полимерным связующим является поливинилацетатная дисперсия. Изготавливаемые на ее основе краски, покрытия, мастики, грунтовки и другие материалы негрибостой-ки. Непластифицированные дисперсии поражаются грибами сильнее, чем пластифицированные. Небиостойки не только покрытия из поливинилацетатных красок, но и сами жидкие краски, которые в процессе хранения поражаются грибами и бактериями, при этом снижается их вязкость, образуются газообразные продукты и т. д. Термореактивные синтетические смолы (глифталевые, пентафталевые, эпоксидные, силиконовые, мочевиноформальдегидные и др.), применяемые в составе лаков и эмалей горячего и холодного отверждения, обладают высокой биостойкостью, причем некоторые из них проявляют даже фунгицидные свойства. Покрытия из них отличаются высокой твердостью, гладкостью и малой проницаемостью, что способствует росту биостойкости.
Водорастворимые пленкообразующие вещества, в качестве которых используют производные целлюлозы, белковые соединения (декстрин, камеди, желатин, альбумин, казеин и др.) повреждаются плесневыми грибами. Пониженная биостойкость водорастворимых пленкообразователей органического происхождения связана с их гигроскопичностью, способностью к набуханию. Во влажных условиях Нередко встречаются случаи повреждения казеиновых, декстриновых и других водоэмульсионных клеевых красок плесневыми грибами. В отличие от органических водорастворимых пленкообразователей неорганические пленкообразователи обладают высокой биостойкостью. Примером таких пленкообразователей является жидкое стекло. Пигменты. Вторым важным компонентом, от которого зависит биостойкость лакокрасочного покрытия, является пигмент. Пигменты придают краске нужный цвет и кроющую способность, регулируют вязкость, улучшают стойкость к солнечной радиации и водостойкость покрытия. Благодаря повышенной твердости частицы пигмента- механически затрудняют рост и развитие мицелия. Они могут оказывать также токсическое действие на плесневые грибы и другие микроорганизмы. Оксид цинка, оксид меди (I), метаборат бария и некоторые другие пигменты обладают фунгицидными свойствами и поэтому повышают биостойкость содержащих и лакокрасочных покрытий. Вместе с тем такие пигменты, как мел, желтый крон, двуокись титана, алюминиевая пудра, оксид хрома, сажа, сами не обладают биоцидными свойствами, однако масляные краски на их основе об ладают повышенной грибостойкостью. Меньшей грибостойкостью отличаются масляные краски с пигментами окислов сурьмы, свинца, литопоном. Ряд неорганических пигментов и наполнителей, например, тальк, графит, слюда-мусковит, снижают стойкость к повреждению грибами. Защита от биоповреждений лакокрасочных покрытий осуществляется прежде всего подбором систем покрытий с учетом условий эксплуатации и особенностей окрашиваемого объекта без применения специальных красок, содержащих биоциды. В условиях повышенной опасности микробиологических повреждений рекомендуется использовать антисептированные краски, т. е. краски, содержащие в составе биоциды. Защитно-декоративные и электроизоляционные лакокрасочные покрытия с добавками биоцидов рекомендованы для использования в некоторых видах радиоэлектронной аппаратуры, оптико-механических и других приборов, особенно поставляемых в страны с тропическим климатом. Антисептированные краски применяют для окраски помещений с повышенной влажностью и температурой (бассейны, бани, некоторые предприятия пищевой промышленности и др.). В качестве биоцидов для лакокрасочных покрытий общего назначения, предназначенных для наружного и внутреннего применения, могут применяться следующие соединения: 1) неорганические пигменты — оксид цинка, оксид меди (I), метаборат бария и др.; 2) органические фунгициды — 8-оксихинолят меди (окрашивает от желто-зеленого до коричневого цвета, может применяться в пищевой промышленности из-за низкой токсичности), салициланилид, бромтан, «-нитрофенол, тетра- и пентахлорфенол, фталан (трихлор-метилтиофталимид) и др.; 3) металлорганические фунгициды — оловоорганические (гексабутилдистанноксан, трибутилоловоакрилат), мышьякорганические (хлорфеноксарсин), ртутьорганические (фенилмеркуролеат и др.), последние из-за высокой летучести и токсичности для человека имеют ограниченное применение. Лакокрасочные покрытия для защиты от обрастания в водной среде. Основным способом защиты от обрастания является нанесение на защищаемую поверхность противообрастающего (необрастающего) лакокрасочного покрытия. Отличительной особенностью таких покрытий является то, что в них находятся добавки токсичных для гидробионтов-обрастателей веществ — биоцидов (альгицидов, моллюскицидов). Эти добавки постепенно вымываются морской водой из покрытия и, поражая гидробионтов-обрастателей в пограничном с корпусом судна слое, предохраняют его от обрастания. Применение необрастающих покрытий с биоцидами наряду с определенными достоинствами имеет и существенные недостатки, в частности, при скоплении большого числа морских судов в портах морская вода может загрязняться токсичными веществами, вымываемыми из противообрастающих покрытий. Поэтому в настоящее время к таким покрытиям предъявляются жесткие экологические требования. Прежде всего запрещено или резко ограничено применение наиболее токсичных и стойких к морской воде органических соединений, содержащих ртуть, свинец, хлор. Среди биоцидов в противообрастающих покрытиях наиболее широкое применение находит оксид меди (I). Этот препарат имеет довольно широкий спектр защитного действия, обладает умеренной растворимостью в морской воде, не представляет большой опасности как загрязнитель морской воды. Эффективными биоцидами являются органические соединения олова (гексабутилдистанноксан или бистрибутилоловооксид), мышьяка (бисдигидрофенарсазиноксид или n-оксид). Эти препараты применяются в современных необрастающих красках «контактного» действия, в которых в качестве пленкообразователя используют перхлорвиниловую смолу или сополимеры винилацетата с винилхлоридом. Контактные покрытия действуют по указанному механизму — находящиеся на поверхности покрытия биоциды растворяются в пограничном слое и, по мере их растворения, в результате диффузии из глубины покрытия на его поверхность перемещаются новые частицы биоцида. В процессе эксплуатации покрытия в результате истощения запасов биоцида в пограничный слой диффундирует биоцид с меньшими скоростями. В результате этого даже если биоцид полностью не израсходовался из глубинных слоев покрытия, в пограничный слой: он поступает в количестве, не достаточном для защиты от обрастания. Одним из путей преодоления этого недостатка является введение в состав покрытия добавок водорастворимых веществ, в частности канифоли. Постепенное растворение частиц канифоли создает микропоры в покрытии и облегчает диффузию биоцида на поверхность. Другим типом противообрастающих покрытий являются покрытия с применением водорастворимых полимерных пленкообразующих веществ, содержащих в макромолекуле полимера боковые функциональные группировки с биоцидными свойствами. В таком полимере совмещаются свойства связующего и биоцида. Примером такого пленкообразующего вещества является сополимер трибутилоловоакрилата и малеината. Биоцидные боковые группировки трибутилолова в результате гидролиза в морской воде отщепляются от макромолекулы полимера и обеспечивают защиту от обрастания. Оставшийся полимер приобретает повышенную растворимость в морской воде и переходит в раствор, обнажая новый слой, содержащий в макромолекуле биоцидные группировки. Таким образом обеспечивается равномерное растворение биоцида в пограничном слое морской воды по мере растворения макромолекул полимерного связующего. Срок службы такого покрытия зависит от толщины покрытия и скорости растворения. Современные покрытия растворимого типа наносятся слоем толщиной 200—300 мкм и при скорости растворения 8—10 мкм в месяц обеспечивают надежную защиту от обрастания в течение 2—3 лет. Достоинством покрытий с растворимым полимерным связующим является еще и то, что в процессе его растворения сглаживаются выступающие неровности на окрашенной поверхности корпуса судна и происходит, как говорят, «самополирование» покрытия. Поэтому покрытия такого типа называют самополирующимися или «сополимерными покрытиями самополирующимися» (СПС). К числу достоинств покрытий типа СПС относится то, что в результате «самополирования» поверхности корпуса судна снижается гидродинамическое сопротивление воды движению судна и наблюдается эффект, обратный вызываемому обрастанием, — снижение расхода топлива при сохранении постоянной скорости судна или повышение скорости при сохранении постоянного расхода топлива (мощности двигателя).
|