Как эмульсия на основе силикона повышает долговечность покрытия и его водоустойчивость?

Механизмы: роль эмульсии на основе силикона в повышении гидрофобности и паропроницаемости

Силиконовые сети и повышение гидрофобности поверхности

Силиконовая эмульсия повышает долговечность покрытий за счёт образования гибких, переплетённых, сшитых силиконовых сетей на границе раздела «материал–воздух». Эти сети ориентируют метильные группы (–CH₃) силиконовых цепей наружу, тем самым снижая поверхностную энергию и обеспечивая формирование капель воды вместо её растекания. Также важно отметить, что выход пара облегчается благодаря микроскопическим порам на поверхности, что не препятствует испарению воды сквозь силиконовую плёнку. Это также предотвращает удержание воды под плёнкой и обеспечивает весьма эффективную водостойкость.

Снижение поверхностного натяжения и увеличение угла смачивания водой, вызванные ПДМС

Цепи полидиметилсилоксана (PDMS) в эмульсии снижают поверхностное натяжение до 20–22 мН/м и увеличивают краевой угол смачивания водой до более чем 110°, обеспечивая образование чрезвычайно стойких гидрофобных поверхностей. Благодаря гибким Si–O–Si-каркасам цепи PDMS предпочтительно мигрируют на границы раздела фаз в процессе формирования плёнки — самосегрегируясь на поверхности, где они обеспечивают максимальный гидрофобный эффект. Такое динамическое обогащение поверхности происходит без закупорки пор, сохраняя паропроницаемость, необходимую для архитектурных характеристик.

Прочность при воздействии внешних факторов: устойчивость к УФ-излучению, термическим циклам и щелочам

Используя врождённую прочность силоксановой цепи, силиконовая эмульсия повышает долговечность покрытий при их эксплуатации в условиях внешней деградации, включая воздействие ультрафиолетового излучения, термических циклов и щелочных агентов. Подобные виды деградации значительно легче поддаются устранению с применением силиконовой эмульсии по сравнению с традиционными органическими связующими.

Защита акриловых прозрачных покрытий от деградации и окисления под действием УФ-излучения

Силиконовая сеть поглощает ультрафиолетовое излучение и стабилизирует свободные радикалы, образующиеся в ходе фотоокисления, что резко снижает фотоокислительную деградацию акрилового связующего. Энергия диссоциации связи Si–O (~452 кДж/моль) значительно выше, чем у связи C–C (~347 кДж/моль), что означает, что силиконовая сеть сохраняет свою структурную целостность при длительном воздействии солнечного света. Потеря этой целостности проявляется в пожелтении, образовании мела и потере блеска, которые намеренно замедляются за счёт силиконовой сети. Поскольку силиконовая сеть несмешивающаяся, она самопроизвольно концентрируется на поверхности прозрачного покрытия. Это обеспечивает непрерывный и однородный защитный барьер даже при незначительном механическом износе.

Стабильность связей Si–O–Si при щелочном и термическом воздействии

Каркас Si–O–Si устойчив в щелочных условиях свежеуложенного бетона, в отличие от органических полимеров, склонных к омылению и щелочному разрыву цепи. Каркас Si–O–Si обеспечивает долговременное сцепление и целостность плёнки на реакционноспособной поверхности. Гибкость силоксановых цепей при термоциклировании компенсирует расширение и сжатие основания и минимизирует внутренние напряжения в процессе термоциклирования. Это предотвращает образование микротрещин на границе раздела между покрытием и основанием. При нанесении на бетон силиконсодержащие модифицированные покрытия регулируют скорость паропроницаемости, снижая вероятность вздутия или отслаивания покрытия из-за удерживаемой влаги. Такая комплексная стойкость хорошо подходит для сложных инфраструктурных и промышленных применений.

Реальная эффективность: силиконовая эмульсия в воднодисперсионных архитектурных покрытиях

Сохранение адгезии и прочность отрыва по методу ASTM D7234

Силиконсодержащие водные покрытия сохраняют свою адгезию в реальных условиях эксплуатации. Формуляции водных силиконовых покрытий демонстрируют прочность отрыва на уровне 80 % исходной адгезии после ускоренного испытания на атмосферостойкость, описанного в стандарте ASTM D7234 и предназначенного для оценки целостности связи между покрытием и основой. Отталкивая жидкую воду и одновременно позволяя диффундировать водяному пару, такие покрытия снижают риск расслоения, вызванного влагой, — одной из главных причин преждевременного разрушения покрытий. В научных работах указывается, что срок службы этих покрытий в три раза превышает срок службы соответствующих водных покрытий без силиконовой модификации; как следствие, частота технического обслуживания таких покрытий и связанные с этим расходы значительно снижаются.

Сочетание гидрофобности и паропроницаемости: решение компромисса, связанного с использованием силиконовой эмульсии

Способность обеспечивать отталкивание жидкой воды и при этом пропускать водяной пар традиционно представляла собой сложную задачу при разработке составов. Эмульсии на основе силикона решают эту проблему за счёт поверхностной инженерии на основе ПДМС: силиконовые цепи перемещаются к воздушной фазе на поверхности, что снижает угол смачивания водой до более чем 110° и препятствует проникновению воды. Конструкция силиконовой поверхности сохраняет пустоты в микромасштабе или наномасштабе, обеспечивая прохождение водяного пара через покрытия со скоростью более 1500 г/м²/сутки, согласно испытанию по стандарту ASTM E96. Одновременно такие покрытия обладают высокой долговечностью. По этой причине силиконовые эмульсии играют ключевую роль при формировании составов высокопроизводительных покрытий.

Раздел часто задаваемых вопросов

Что такое силиконовая эмульсия и как она работает?

Силиконовая эмульсия — это состав на основе силиконовых полимеров, например поли-диметилсилоксана (ПДМС). Благодаря такой системе на поверхности повышается водоотталкивающая способность жидкой воды, а также улучшается гибкость и обеспечивается проницаемость для водяного пара.

Каковы преимущества силиконовых эмульсий для повышения гидрофобности?

Силиконовые эмульсии создают непромокаемые поверхности за счёт увеличения угла смачивания до значений свыше 110 градусов, одновременно снижая поверхностное натяжение и предотвращая поглощение воды материалом.

Благодаря каким свойствам силиконовых эмульсий покрытия приобретают устойчивость к воздействию внешней среды?

Силиконовые эмульсии повышают прочность покрытий и усиливают их устойчивость к ультрафиолетовому излучению, термоциклированию и щелочным средам.

Как силикон-модифицированные покрытия сохраняют паропроницаемость?

Благодаря своей гибкой, длинной и способной к самосегрегации структуре цепи полидиметилсилоксана (PDMS) формируют в покрытии каналы, достаточно крупные для прохождения водяного пара, но слишком мелкие для проникновения жидкой воды.