НОВЫЕ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ВЛАГИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТЕКЛА И КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
ÓÄÊ 666.1.056: 620.197
ÍÎÂÛÅ ÏÎÊÐÛÒÈß ÄËß ÇÀÙÈÒÛ ÎÒ ÂËÀÃÈ ÈÇÄÅËÈÉ ÈÇ ÑÒÅÊËÀ È ÊÎÍÑÒÐÓÊÖÈÎÍÍÛÕ ÌÀÒÅÐÈÀËÎÂ
© 2008 ã. À. Â. Ìèõàéëîâ, êàíä.òåõí.íàóê; Â. Å. Ìåöàòóíÿíö ÍÏÊ “Ãîñóäàðñòâåííûé îïòè÷åñêèé èíñòèòóò èì. Ñ.È. Âàâèëîâà”, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã
 ðåçóëüòàòå ïðîâåäåííûõ èññëåäîâàíèé ñèíòåçèðîâàíû ãèäðîôîáèçèðóþùèå êîìïîçèöèè äëÿ çàùèòû îò àòìîñôåðíîé êîððîçèè ïîâåðõíîñòåé èç ñòåêëà è êîíñòðóêöèîííûõ ìàòåðèàëîâ (êåðàìèêà, ìðàìîð, ãðàíèò è äð.). Îïðåäåëåíû ìåòîäû ïîäãîòîâêè ïîâåðõíîñòè ïåðåä íàíåñåíèåì çàùèòíûõ ïîêðûòèé. Ðàçðàáîòàíà òåõíîëîãèÿ ñîçäàíèÿ çàùèòíûõ ãèäðîôîáíûõ ïîêðûòèé èçäåëèé èç ñòåêëà, êåðàìèêè è äðóãèõ ìàòåðèàëîâ.
Êîäû OCIS: 160.6060, 310.6870.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 25.06.2008.
Ââåäåíèå
Ïðîáëåìà çàùèòû ïîâåðõíîñòè ñòåêëà è äðóãèõ êîíñòðóêöèîííûõ ìàòåðèàëîâ îò ðàçðóøàþùåãî äåéñòâèÿ âëàãè è çàãðÿçíåíèé îáóñëîâëåíà âîçäåéñòâèåì êëèìàòè÷åñêèõ, ýêîëîãè÷åñêèõ è òåõíîãåííûõ ôàêòîðîâ, ÷òî íåèçáåæíî âëå÷åò çà ñîáîé èçìåíåíèå îïòè÷åñêèõ ñâîéñòâ ìàòåðèàëîâ. Ðåøåíèå çàäà÷è ñîçäàíèÿ ñîâðåìåííîãî óðîâíÿ çàùèòû îïòè÷åñêèõ ïðèáîðîâ è äåòàëåé ñ èñïîëüçîâàíèåì íîâûõ èñõîäíûõ ìàòåðèàëîâ ñïîñîáñòâóåò ñîõðàíåíèþ èëè óëó÷øåíèþ çàäàííîãî êà÷åñòâà, ìàêñèìàëüíîìó ïîâûøåíèþ ýêñïëóàòàöèîííûõ ïàðàìåòðîâ îïòè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ.
Àíàëèç è îáîáùåíèå ëèòåðàòóðíûõ è ïàòåíòíûõ äàííûõ ïîêàçàë, ÷òî ðàçðàáîòêîé ïðîãðåññèâíûõ ñðåäñòâ è ýêîëîãè÷åñêè ÷èñòûõ òåõíîëîãèé ïîëó÷åíèÿ çàùèòíûõ ïîêðûòèé, çàíèìàþòñÿ âåäóùèå íàó÷íûå öåíòðû è ôèðìû ïðîìûøëåííî ðàçâèòûõ ñòðàí.  ÃÎÈ èì. Ñ.È. Âàâèëîâà ðàíåå áûëè ðàçðàáîòàíû è âíåäðåíû â ïðàêòèêó òåõíîëîãèè âîäîîòòàëêèâàþùèõ (ãèäðîôîáíûõ) è àíòèñåïòèðóþùèõ çàùèòíûõ ïîêðûòèé îïòè÷åñêèõ äåòàëåé.
 íàñòîÿùåå âðåìÿ òðåáóåòñÿ ðàçðàáîòêà íîâûõ ïåðñïåêòèâíûõ õèìè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé (ïëåíêîîáðàçóþùèõ ãèäðîôîáèçàòîðîâ) íà áàçå îòå÷åñòâåííîãî ñûðüÿ äëÿ ïðîèçâîäñòâà ñðåäñòâ çàùèòû ãèäðîôèëüíûõ ïîâåðõíîñòåé (ñòåêëî, êåðàìèêà, ìðàìîð, ãðàíèò è äð.).
Êðèòåðèåì ëèîôèëüíîñòè è ëèîôîáíîñòè (ãèäðîôèëüíîñòè è ãèäðîôîáíîñòè â ñëó÷àå âîäû) ÿâëÿåòñÿ ñìà÷èâàíèå ïîâåðõíîñòè òâåðäîãî òåëà æèäêîñòÿìè (âîäà, îðãàíè÷åñêèå ïîëÿðíûå è íåïîëÿðíûå ðàñòâîðèòåëè, æèäêèå ñìîëû è äð.) [1]. Ñìà÷èâàåìîñòü ïîâåðõíîñòè òâåðäîãî òåëà ðåãóëèðóþò â òó èëè èíóþ ñòîðîíó íàíåñåíèåì íà íåå òîíêèõ ñëîåâ, ñîäåðæàùèõ ïîâåðõíîñòíî-àêòèâíûå âåùå-
ñòâà (ÏÀÂ), ÷òî ñóùåñòâåííî âëèÿåò íà ðåçóëüòàò ñìà÷èâàíèÿ.
Ãèäðîôîáèçàòîðû – ýòî, êàê ïðàâèëî, êðåìíèéîðãàíè÷åñêèå ïîâåðõíîñòíî-àêòèâíûå âåùåñòâà, ïðèìåíÿåìûå äëÿ îáðàáîòêè ïîâåðõíîñòåé ìàòåðèàëîâ ñ öåëüþ ïðèäàíèÿ ïîñëåäíèì ãèäðîôîáíûõ ñâîéñòâ. Ñóùíîñòü ãèäðîôîáèçàöèè çàêëþ÷àåòñÿ â ñîðáöèè ÏÀÂ, îáëàäàþùèõ ãèäðîôîáíûìè ñâîéñòâàìè, íà îáðàáàòûâàåìîé ïîâåðõíîñòè. Ïðè ýòîì ìîëåêóëû ãèäðîôîáèçàòîðà îðèåíòèðóþòñÿ íà ïîâåðõíîñòè òàêèì îáðàçîì, ÷òî íåïîëÿðíûå óãëåâîäîðîäíûå ôðàãìåíòû ìîëåêóë îêàçûâàþòñÿ íàïðàâëåííûìè âî âíåøíåå ïðîñòðàíñòâî, à ïîëÿðíûå – ê îáðàáàòûâàåìîé ïîâåðõíîñòè.  ðåçóëüòàòå ïîñëåäíÿÿ îêàçûâàåòñÿ çàùèùåííîé ãèäðîôîáíûìè óãëåâîäîðîäíûìè ãðóïïàìè è òåðÿåò ñïîñîáíîñòü ñìà÷èâàòüñÿ âîäîé. Íàèáîëåå ñèëüíàÿ ãèäðîôîáèçàöèÿ ðàíåå ãèäðîôèëüíûõ ïîâåðõíîñòåé äîñòèãàåòñÿ ïðè õåìîñîðáöèè ÏÀÂ, ñîñòîÿùèõ èç äëèííûõ îðãàíè÷åñêèõ öåïåé, è ñîïðîâîæäàåòñÿ ïðî÷íûì çàêðåïëåíèåì îáðàçîâàâøèõñÿ ïëåíîê íà ïîâåðõíîñòè. Èçâåñòíû ìíîãî÷èñëåííûå ãèäðîôîáèçàòîðû ñòåêëà [2–5], îäíàêî çàùèòíûå ïîêðûòèÿ íà èõ îñíîâå ëèøü êðàòêîâðåìåííî (2–7 ÷àñîâ) ôóíêöèîíèðóþò â ñëîæíûõ àòìîñôåðíûõ óñëîâèÿõ (âîçäåéñòâèå èíòåíñèâíîãî äîæäÿ, ìîêðîãî ñíåãà èëè ìîðñêîé âîäû) íà ïîâåðõíîñòè êîíñòðóêöèîííûõ ìàòåðèàëîâ.
Íàïîìíèì, ñìà÷èâàíèå – ÿâëåíèå, âîçíèêàþùåå ïðè êîíòàêòå òâåðäîãî òåëà ñ æèäêîñòüþ â ðåçóëüòàòå ìîëåêóëÿðíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó íèìè. Ìåðîé ñìà÷èâàíèÿ ÿâëÿåòñÿ êðàåâîé óãîë ñìà÷èâàíèÿ (Θ) ìåæäó ïëîñêîñòüþ ñìà÷èâàåìîé ïîâåðõíîñòè è ïëîñêîñòüþ, êàñàòåëüíîé ê ïîâåðõíîñòè æèäêîñòè â îäíîé èç òî÷åê êîíòóðà ñìà÷èâàíèÿ. Çíà÷åíèå êðàåâîãî óãëà ñâÿçàíî ñî çíà÷åíèåì ïîâåðõíîñòíîãî íàòÿæåíèÿ (σ) íà ãðàíèöàõ ñîïðèêàñàþùèõñÿ ôàç òâåðäîå òåëî–æèäêîñòü, æèäêîñòü–
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 11, 2008
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ãàç, òâåðäîå òåëî–ãàç è îïðåäåëÿåòñÿ óðàâíåíèåì Þíãà
cos Θ = σòã − σòæ . σæã
Çíà÷åíèå óãëà Θ ÿâëÿåòñÿ êðèòåðèåì äëÿ îöåíêè ðåçóëüòàòà ñìà÷èâàíèÿ òâåðäîãî òåëà æèäêîñòüþ. Åñëè óãîë ñìà÷èâàíèÿ Θ → 0, òî íàáëþäàåòñÿ ïîëíîå ñìà÷èâàíèå, ïîâåðõíîñòü – ëèîôèëüíàÿ. Åñëè óãîë ñìà÷èâàíèÿ 0 < Θ < 90°, òî íàáëþäàåòñÿ íåïîëíîå ñìà÷èâàíèå. È, íàêîíåö, åñëè Θ > 90°, òî ñìà÷èâàíèÿ íå ïðîèçîéäåò, è æèäêîñòü ñòå÷åò ñ ïîâåðõíîñòè, íå îñòàâëÿÿ ïëåíêè, ñëåäîâàòåëüíî, ïîâåðõíîñòü òâåðäîãî òåëà – ëèîôîáíàÿ.
Íà ñìà÷èâàíèå ñóùåñòâåííûì îáðàçîì âëèÿþò äàæå íè÷òîæíûå çàãðÿçíåíèÿ ïîâåðõíîñòè (íàïðèìåð, æèðîâûå è ìàñëÿíûå ïëåíêè), ÷òî ìîæåò ðåçêî èçìåíèòü ðåçóëüòàòû îïðåäåëåíèÿ Θ. Íà ñìà÷èâàíèå âëèÿþò òàêæå ôîðìà è ðàçìåðû (äèñïåðñíîñòü) òâåðäîé ïîâåðõíîñòè è íàëè÷èå øåðîõîâàòîñòè. Øåðîõîâàòîñòü óìåíüøàåò êðàåâîé óãîë ñìà÷èâàíèÿ ãèäðîôèëüíûõ ïîâåðõíîñòåé, ò. å. óëó÷øàåò èõ ñìà÷èâàåìîñòü âîäîé è, íàîáîðîò, óâåëè÷èâàåò óãîë ñìà÷èâàíèÿ ãèäðîôîáíûõ ïîâåðõíîñòåé.
Îáëàñòü ïðèìåíåíèÿ çàùèòíûõ ãèäðîôîáíûõ ïîêðûòèé ïîâåðõíîñòè èçäåëèé èç ñòåêëà, êåðàìèêè, ãðàíèòà è äðóãèõ êîíñòðóêöèîííûõ ìàòåðèàëîâ âåñüìà îáøèðíà: ýíåðãåòèêà, ïðèáîðîñòðîåíèå, ãðàäîñòðîåíèå, àâòîìîáèëåñòðîåíèå, àýðîêîñìè÷åñêèé êîìïëåêñ è ìíîãèå äðóãèå îòðàñëè íàðîäíîãî õîçÿéñòâà.
Âûáîð ãèäðîôîáèçàòîðîâ
Âûáîð ãèäðîôîáèçàòîðîâ â äàííîé ðàáîòå îñóùåñòâëÿëñÿ ñðåäè êðåìíèéîðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé, èçãîòàâëèâàåìûõ ïðîìûøëåííîñòüþ Ðîññèè, ïî äâóì êðèòåðèÿì: èññëåäîâàëèñü ëèøü òå ñîåäèíåíèÿ, êîòîðûå îáëàäàþò è ïëåíêîîáðàçóþùèìè, è ãèäðîôîáíûìè ñâîéñòâàìè. Ñðåäè ðàññìîòðåííûõ àâòîðàìè ñîåäèíåíèé èìåëèñü êàê ìîíîìåðíûå: äèìåòèëäèýòîêñèñèëàí, äèìåòèëäèõëîðñèëàí, âèíèëòðèýòîêñèñèëàí, òàê è ïîëèìåðíûå ñîåäèíåíèÿ: ïîëèîðãàíîñèëîêñàí òèïà ÑÊÒÍ (æèäêèé ñèëèêîí, êàó÷óê) è ïîëèîðãàíîãèäðèäñèëîêñàíîâûå æèäêîñòè. Âñå îíè ÿâëÿþòñÿ ïëåíêîîáðàçóþùèìè è ñîäåðæàò ôóíêöèîíàëüíûå ãðóïïû, ñïîñîáíûå âçàèìîäåéñòâîâàòü ñ ãèäðîêñèëüíûìè ãðóïïàìè èëè äðóãèìè îêñèäíûìè ñèñòåìàìè ãèäðîôèëüíûõ ïîâåðõíîñòåé.
Õàðàêòåðèñòèêè ñìà÷èâàåìîñòè ïîâåðõíîñòè ñòåêëà, îáðàáîòàííîé èçâåñòíûìè ãèäðîôîáèçàòîðàìè, ïðåäñòàâëåíû â òàáë. 1. Êàê âèäíî èç ïðèâåäåííûõ äàííûõ, íàèëó÷øèìè ãèäðîôîáíûìè ñâîé-
Òàáëèöà 1. Êðàåâîé óãîë ñìà÷èâàíèÿ ïîâåðõíîñòè ñòåêëà, îáðàáîòàííîãî ðàçëè÷íûìè ãèäðîôîáèçàòîðàìè
¹ ï/ï
Ãèäðîôîáèçàòîð
Θ, ãðàä (ðàä)
1 Ìåòèëòðèõëîðñèëàí 2 Äèìåòèëäèõëîðñèëàí 3 Âèíèëòðèõëîðñèëàí 4 Ýòèëòðèõëîðñèëàí 5 Äèýòèëäèõëîðñèëàí 6 Òðèìåòèëõëîðñèëàí
Îëèãîìåðû: 7 Îëèãîäèìåòèëñèëîêñàí 8 Îëèãîäèýòèëñèëîêñàí 9 Îëèãîìåòèëãèäðèäñèëîêñàí 10 Îëèãîýòèëãèäðèäñèëîêñàí
89 (1,55) 93 (1,62) 87 (1,52) 93 (1,62) 96 (1,67) 94 (1,64)
87 (1,52) 94 (1,64) 100 (1,75) 104 (1,81)
ñòâàìè îáëàäàþò îëèãîìåòèë-(ýòèë)ãèäðîñèëîêñàíû (¹¹ 9, 10) – îíè ïîêàçûâàþò íàèáîëüøèå óãëû ñìà÷èâàíèÿ (100 –104°), íî ìåõàíè÷åñêàÿ ïðî÷íîñòü òàêèõ ãèäðîôîáíûõ ïîêðûòèé íå óäîâëåòâîðèòåëüíà (II–III ãðóïïà ïðî÷íîñòè).
Ïðåäâàðèòåëüíûå îïûòû ïîêàçàëè, ÷òî æèäêèå ñèëèêîíû, êàó÷óêè è îëèãîìåðíûå îðãàíîñèëîêñàíû, ðàñòâîðåííûå â îïðåäåëåííûõ êîíöåíòðàöèÿõ â îðãàíè÷åñêèõ ðàñòâîðèòåëÿõ (áåíçèí, òîëóîë, ïåòðîëåéíûé ýôèð è äð.) îáðàçóþò íà ïîâåðõíîñòè ðàçëè÷íûõ ìàòåðèàëîâ òîíêîñëîéíûå ïðîçðà÷íûå ïîêðûòèÿ, êîòîðûå îáëàäàþò õîðîøèìè ãèäðîôîáíûìè ñâîéñòâàìè. Óãîë ñìà÷èâàíèÿ âîäîé ïîâåðõíîñòåé ñ òàêèìè ïîêðûòèÿìè ñîñòàâëÿåò 93–102°, à áåç ïîêðûòèé îí íå ïðåâûøàåò 10–15°. Çàùèòíûå ïîêðûòèÿ ïðîçðà÷íû â áîëüøîì ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå îò 0,25 äî 14,5 ìêì.
Ñ öåëüþ ïîâûøåíèÿ àäãåçèè è ìåõàíè÷åñêîé ïðî÷íîñòè çàùèòíûõ ïîêðûòèé â ðàñòâîð ãèäðîôîáèçàòîðà ââîäèëèñü àïïðåò-ãðóíòîâî÷íûé àãåíò íà îñíîâå ÷àñòè÷íî ãèäðîëèçîâàííîãî òåòðàýòîêñèñèëàíà è èíãèáèòîð êîððîçèè.
Òåõíîëîãèÿ ñîçäàíèÿ çàùèòíûõ ïîêðûòèé
Ïðîöåññ íàíåñåíèÿ ãèäðîôîáèçàòîðà ñîñòîèò èç ÷åòûðåõ ýòàïîâ: ÷èñòêà ïîâåðõíîñòè, ãðóíòîâêà, íàíåñåíèå ïîêðûòèÿ è òåðìîîáðàáîòêà (90 °Ñ è âûøå).
Êà÷åñòâî è ýêñïëóàòàöèîííûå ñâîéñòâà çàùèòíûõ ãèäðîôîáíûõ ïîêðûòèé â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè îïðåäåëÿþòñÿ ñîñòîÿíèåì ïîâåðõíîñòè äåòàëåé èç ðàçëè÷íûõ êîíñòðóêöèîííûõ ìàòåðèàëîâ (ñòåêëî, ñòåêëîêåðàìèêà, êåðàìèêà, ïëàñòìàññû, è äð.) ïåðåä íàíåñåíèåì çàùèòíûõ ñëîåâ. Ïîâåðõíîñòü çàùèùàåìîé äåòàëè ïðåæäå âñåãî äîëæíà áûòü òùàòåëüíî î÷èùåíà è îáåçæèðåíà. Äëÿ ÷èñòêè ïî-
78 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 11, 2008
âåðõíîñòè ìàòåðèàëîâ áûëè îïðîáîâàíû ñàìûå ðàçëè÷íûå ìîþùèå ñðåäñòâà. Ýêñïåðèìåíòàëüíûì ïóòåì óñòàíîâëåíî, ÷òî íàèáîëåå ýôôåêòèâíûìè îêàçàëèñü ðàçáàâëåííûå àâòî-øàìïóíè èëè ìûëüíî-ñîäîâàÿ êàøèöà ñ ïîñëåäóþùåé îáèëüíîé ïðîìûâêîé âîäîé. Âûñîêîýôôåêòèâíûìè òàêæå ÿâëÿþòñÿ ðàçáàâëåííûå ñïèðòû (ýòàíîë, èçîïðîïàíîë, ïðîïàíîë) èëè èõ ñìåñè ñ ïåòðîëåéíûì ýôèðîì.
 ðåçóëüòàòå ïðîâåäåííûõ èññëåäîâàíèé îïðåäåëåíû ìåòîäû ïîäãîòîâêè ïîâåðõíîñòè ñòåêëà è äðóãèõ ìàòåðèàëîâ ïåðåä íàíåñåíèåì çàùèòíûõ ïîêðûòèé. Âëèÿíèå ïðåäâàðèòåëüíîé îáðàáîòêè ïîâåðõíîñòè ñòåêëà íà ãèäðîôîáèçàöèþ ïîâåðõíîñòè è òåõíîëîãèè íàíåñåíèÿ ïîêðûòèé ïðåäñòàâëåíû â òàáë. 2 è 3.
Èññëåäîâàëèñü ðàçëè÷íûå ìåòîäû íàíåñåíèÿ ðàçðàáîòàííîãî ãèäðîôîáíîãî ïîêðûòèÿ [6] íà ñòåêëî.  íàñòîÿùåé ðàáîòå â çàâèñèìîñòè îò ðàçìåðîâ è êîíôèãóðàöèè èçäåëèé ðàñòâîð ãèäðîôîáèçàòîðà íàíîñèëñÿ íà ïîâåðõíîñòü ìàòåðèàëîâ òàêèìè äîñ-
Òàáëèöà 2. Óãîë ñìà÷èâàíèÿ â çàâèñèìîñòè îò îáðàáîòêè ïîâåðõíîñòè
Êðàåâîé óãîë ñìà÷èâàíèÿ, ãðàä
ñòåêëî ñ ïîêðûòèåì
èñõîäíîå ñòåêëî áåç ïîêðûòèÿ
óñëîâèÿ îáðàáîòêè ïîâåðõíîñòè ïåðåä
ïîêðûòèåì
ìûòü¸ ìûëîì
ïðîòèðêà “êðîêóñîì”*
ïðîòèðêà “êðîêóñîì”, ïîëèâ ÀÃÌ 9**
28–30
92
93
92–93
** “Êðîêóñ” èëè ïîëèðèò – ïàñòà äëÿ òîíêîé äîâîäêè îïòè÷åñêèõ äåòàëåé. ** Ïðåäâàðèòåëüíàÿ îáðàáîòêà ïðàéìåðîì ÀÃÌ 9 ïðîâîäèëàñü ñ öåëüþ óâåëè÷åíèÿ õåìîñîðáöèè ìîëåêóë ãèäðîôîáèçàòîðà íà ïîäëîæêå.
òóïíûìè òåõíè÷åñêèìè ñïîñîáàìè êàê îêóíàíèå, îáëèâàíèå, íàòèðàíèå. Ëó÷øèé ðåçóëüòàò ïîêàçàë ìåòîä ðàñïûëåíèÿ èç ïóëüâåðèçàòîðà.
Ïîëèìåðíûå ãèäðîôîáèçèðóþùèå ïëåíêè äëÿ ñâîåãî îòâåðæäåíèÿ íà ïîâåðõíîñòè ñòåêëà òðåáóþò âûñîêèõ òåìïåðàòóð (150–200 °Ñ), îëèãîìåðíûå – ñðàâíèòåëüíî íèçêèõ (110–120 °Ñ), à õëîðñèëàíîâûå ïëåíêè ñïîñîáíû îòâåðæäàòüñÿ ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå. Èññëåäîâàíèÿ ïðîâîäèëèñü íà îáðàçöàõ ñ îäíîñëîéíûì ïîêðûòèåì ïî äâóì ðåæèìàì ïîëèìåðèçàöèè – îòâåðæäåíèå ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå è ïðè 90 °Ñ. Çíà÷åíèå êðàåâîãî óãëà ñìà÷èâàíèÿ ïîâåðõíîñòè äèñòèëëèðîâàííîé âîäîé ñîñòàâëÿëà 88–90 °, ñâåòîïðîïóñêàíèå – 91% (êàê íà îáðàçöàõ áåç ïîêðûòèé).
Ïðîâîäèëèñü èññëåäîâàíèÿ ïî îöåíêå âëèÿíèÿ êîíöåíòðàöèé ñèëèêîíà â ãèäðîôîáèçèðóþùåì ñîñòàâå. Óâåëè÷åíèå êîíöåíòðàöèè ñèëèêîíà âûçûâàëî íåîáõîäèìîñòü èçìåíåíèÿ òåõíîëîãèè íàíåñåíèÿ ïîêðûòèé (óâåëè÷åíèå òåìïåðàòóðû îòâåðæäåíèÿ äî 120 °Ñ). Äëÿ ðåàëüíûõ óñëîâèé íàíåñåíèÿ ãèäðîôîáèçèðóþùåãî ñîñòàâà (òàáë. 4) äëèòåëüíûé âûñîêîòåìïåðàòóðíûé ïðîãðåâ äëÿ íåêîòîðûõ óñëîâèé ýêñïëóàòàöèè íå äîïóñêàåòñÿ, ïîýòîìó áûëà èçó÷åíà âîçìîæíîñòü ïðîãðåâà ïîâåðõíîñòè ñ ïîìîùüþ ÈÊëàìïû ìîùíîñòüþ 500 Âò (îïðåäåëåíèå òåìïåðàòóðû ïîâåðõíîñòè îáðàçöà è âðåìåíè âûäåðæêè äëÿ äîñòèæåíèÿ ìàêñèìàëüíîé ãèäðîôîáíîñòè).
 õîäå ðàáîòû ïðîâîäèëèñü èññëåäîâàíèÿ âîçìîæíîñòè óëó÷øåíèÿ ãèäðîôîáíûõ ñâîéñòâ çà ñ÷åò óâåëè÷åíèÿ êîëè÷åñòâà ñëîåâ íàíåñåííîãî ïîêðûòèÿ. Êîëè÷åñòâî ñëîåâ âàðüèðîâàëîñü îò 2 äî 6. Ïîëèìåðèçàöèÿ îñóùåñòâëÿëàñü ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå (+25 °Ñ). Ïîêðûòèå íàíîñèëîñü ñ ïîìîùüþ áàòèñòîâîé ñàëôåòêè è âûäåðæèâàëîñü íà âîçäóõå â òå÷åíèå 1 ÷àñà äëÿ ïîëèìåðèçàöèè, äàëåå íàíîñèëñÿ ñëåäóþùèé ñëîé. Îòìå÷åíî, ÷òî âðåìÿ
Òàáëèöà 3. Óãîë ñìà÷èâàíèÿ â çàâèñèìîñòè îò óñëîâèé íàíåñåíèÿ ïîêðûòèé
Êîëè÷åñòâî ñëî¸â
Óñëîâèÿ íàíåñåíèÿ ïîêðûòèÿ
Ïîñëåäóþùàÿ îáðàáîòêà
Êðàåâîé óãîë ñìà÷èâàíèÿ,
ãðàä
1 ñóøêà 30 ìèíóò
ïðîìûâêà ìûëîì
2 ñóøêà 30 ìèíóò
ïðîìûâêà ìûëîì
2 ñóøêà ôåíîì ïðîìûâêà ìûëîì
2 ñóøêà íà
ïðîìûâêà
âîçäóõå 24 ÷. + ìûëîì
ôåí 5 ìèí.
Èñõîäíîå ñòåêëî
74 98–100
92 93
28–30
Òàáëèöà 4. Óãîë ñìà÷èâàíèÿ ïðè äâóõñëîéíîì ãèäðîôîáíîì ïîêðûòèè ïðè ðàçëè÷íûõ óñëîâèÿõ ïîëèìåðèçàöèè
Âðåìÿ
48
îòâåðæäåíèÿ, ÷
96 0,5
1
23
Óñëîâèÿ îòâåðæäåíèÿ
Óãîë ñìà÷èâàíèÿ, ãðàä
ïðè 20 °Ñ
93–96 96 — —
——
ïðè 120 °Ñ (òåðìîñòàò)
— — 98 —
——
òåìïåðàòóðà ñòåêëà 60 °Ñ
ïîä ÈÊ-ëàìïîé — — — 98 101–102 102 òåìïåðàòóðà ñòåêëà 80 °Ñ
— — — 94–96 100–102 102
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 11, 2008
79
Òàáëèöà 5. Óãîë ñìà÷èâàíèÿ íà îáðàçöàõ ñ ãèäðîôîáíûì ïîêðûòèåì ïîñëå êèïÿ÷åíèÿ â äèñòèëëèðîâàííîé âîäå
âðåìÿ êèïÿ÷åíèÿ, ÷
Ðåæèì îòâåðæäåíèÿ 0 1 3 6
Óãîë ñìà÷èâàíèÿ, ãðàä
20°Ñ, 96 ÷àñîâ 60°Ñ, 3 ÷àñà 120°Ñ, 30 ìèíóò
96 72–73 102–103 80–88
98–99 76–77
60–63 60–64 55–60
57–58 58
48–49
ïîëèìåðèçàöèè óâåëè÷èâàåòñÿ ïîñëå íàíåñåíèÿ 5-ãî ñëîÿ; íàíåñåíèå 6-ãî ñëîÿ òðåáóåò äëÿ ïîëèìåðèçàöèè áîëåå ñóòîê. Ïî-âèäèìîìó, ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî ïðè õåìîñîðáöèè ïîëÿðíûå ãðóïïû ñèëèêîíîâ âñòóïàþò â õèìè÷åñêóþ ðåàêöèþ ñ ïîâåðõíîñòüþ ñòåêëà, â ðåçóëüòàòå ÷åãî îáðàçóåòñÿ ïðî÷íî çàêðåïëåííûé ñëîé, îðèåíòèðîâàííûé íàðóæó ñâîèìè óãëåðîäíûìè öåïÿìè. Ïðè íàíåñåíèè ïåðâûõ ñëîåâ (2-ãî, 3-ãî è ò. ä.) çàêðûâàþòñÿ äåôåêòû ïåðâîãî ñëîÿ, à çàòåì ïîêðûòèå ïåðåñòàåò ïðèâèâàòüñÿ (ïîñëå 6-ãî).
Êàê ïîêàçàëè èññëåäîâàíèÿ îáðàçöîâ ñ ìíîãîñëîéíûìè ïîêðûòèÿìè, ãèäðîôîáíîñòü ïðè óâåëè÷åíèè êîëè÷åñòâà ñëîåâ ïîêðûòèÿ îñòàåòñÿ íåèçìåííîé. Òàê, íàïðèìåð, çàâèñèìîñòü óìåíüøåíèÿ óãëà ñìà÷èâàíèÿ îò âðåìåíè êèïÿ÷åíèÿ äëÿ îáðàçöà ñ ìíîãîñëîéíûì ïîêðûòèåì ñèìáàòíà ïîëó÷åííîé ïðè íàíåñåíèè îäíîãî ñëîÿ (ðàçíèöà ñîñòàâëÿåò 4–6°).
Òåðìîîòâåðæäåíèå ìíîãîñëîéíûõ ïîêðûòèé (ïðè òåìïåðàòóðàõ 50 °Ñ è 90 °Ñ), êàê è â ñëó÷àå îäíîñëîéíîãî ïîêðûòèÿ, ïîëîæèòåëüíî ñêàçûâàåòñÿ íà ïðîöåññ ãèäðîôîáèçàöèè ïîâåðõíîñòè è ïîçâîëÿåò ïîâûñèòü èõ ìåõàíè÷åñêóþ è õèìè÷åñêóþ ñòîéêîñòü ïðèìåðíî íà 50%.
Ðåçóëüòàòû îöåíêè ãèäðîôîáíîñòè ñîçäàííûõ ïîêðûòèé (ïóòåì îïðåäåëåíèÿ êðàåâîãî óãëà ñìà÷èâàíèÿ êàïëåé äèñòèëëèðîâàííîé âîäû, íàíåñåííîé íà îáðàáîòàííóþ ïîâåðõíîñòü) ïðåäñòàâëåíû â òàáë. 4 è 5.  òàáëèöàõ ïðèâåäåíû ñðåäíèå çíà÷åíèÿ θ äëÿ ðàçëè÷íûõ ïàðòèé îáðàçöîâ.
Ëàáîðàòîðíûå èñïûòàíèÿ ãèäðîôîáíûõ ïîêðûòèé
 çàêëþ÷åíèå èññëåäîâàíèé îïðåäåëÿëèñü ïàðàìåòðû ñîçäàííûõ çàùèòíûõ ãèäðîôîáíûõ ïîêðûòèé â çàâèñèìîñòè îò èñêóññòâåííî ñîçäàâàåìûõ íåáëàãîïðèÿòíûõ ôàêòîðîâ.
Ëàáîðàòîðíûå èñïûòàíèÿ ñòîéêîñòè çàùèòíûõ ïîêðûòèé ê âîçäåéñòâèþ âëàãè è òåìïåðàòóðû ïðîâîäèëèñü â ñîîòâåòñòâèè ñ ÎÑÒ 3-1901-95. Ñòîéêîñòü çàùèòíûõ ïîêðûòèé ê âîçäåéñòâèþ âëàãè îïðåäåëÿåòñÿ ïóòåì èçìåðåíèÿ êðàåâîãî óãëà ñìà÷è-
âàíèÿ äî è ïîñëå èñïûòàíèé â êëèìàòè÷åñêîé êàìåðå ïðè ïîâûøåííîé òåìïåðàòóðå è âûñîêîé îòíîñèòåëüíîé âëàæíîñòè. Èñïûòàíèÿ ïðîâîäèëèñü ïðè òåìïåðàòóðå + 40 °Ñ è îòíîñèòåëüíîé âëàæíîñòè âîçäóõà 95–98% ñ âûäåðæèâàíèåì â êëèìàòè÷åñêîé êàìåðå îáðàçöîâ â òå÷åíèå 48 ÷.
Äîïîëíèòåëüíî îáðàçöû ñ íîâûìè ãèäðîôîáíûìè ïîêðûòèÿìè èññëåäîâàëèñü íà “òåðìîóäàð” (â òåìïåðàòóðíîì äèàïàçîíå îò +60 °Ñ äî –60 °Ñ â òå÷åíèå 4 ÷) è íà äîæäåâàíèå. Ðåçóëüòàòû ýòèõ èñïûòàíèé ïîêàçàëè, ÷òî íè “òåðìîóäàð”, íè äîæäåâàíèå ïðàêòè÷åñêè íå ïîâëèÿëè íà ñîñòîÿíèå ðàçðàáîòàííûõ çàùèòíûõ ïîêðûòèé.
Òàêæå áûëè ïðîâåäåíû èñïûòàíèÿ ñòîéêîñòè çàùèòíûõ ïîêðûòèé ê ìåõàíè÷åñêîìó âîçäåéñòâèþ, êîòîðûå îñóùåñòâëÿëèñü ðåçèíîâûì èíäåíòîðîì. Ïåðâûå ïîâðåæäåíèÿ ïîÿâëÿëèñü ïîñëå 1000 îáîðîòîâ è ñóùåñòâåííûå – ïîñëå 1500, òåðìîîòâåðæäåííûå îáðàçöû ïîêðûòèé âûäåðæèâàëè áîëåå 2000 îáîðîòîâ.
Ïîñëå èñïûòàíèÿ õèìè÷åñêîé ñòîéêîñòè ðàçðàáîòàííûõ àâòîðàìè çàùèòíûõ ïîêðûòèé ê âîçäåéñòâèþ àãðåññèâíûõ ñðåä (5–15% ðàñòâîðû êèñëîò, ùåëî÷åé è ìèíåðàëüíûõ ñîëåé â òå÷åíèå 30 ìèí) èçìåíåíèé ãèäðîôîáíûõ ñâîéñòâ ïîâåðõíîñòè íå îòìå÷åíî. Êèïÿ÷åíèå îáðàçöîâ (èñïûòàíèå íà âîäîñòîéêîñòü) â äèñòèëëèðîâàííîé âîäå â òå÷åíèå 6 ÷ âûçûâàåò ñíèæåíèå óãëà ñìà÷èâàíèÿ âñåãî íà 15% (àíàëîãè÷íûå èçìåíåíèÿ ó ïîêðûòèé àìåðèêàíñêîé ôèðìû PPG – ñíèæåíèå íà 16%).
Èñïûòàíèÿ íà âëàãîñòîéêîñòü îáðàçöîâ ñ ðàçëè÷íûìè ñîñòàâàìè çàùèòíûõ ïîêðûòèé ïðîâîäèëèñü â òå÷åíèå 28 ñóòîê. Ñðåäè ýòèõ îáðàçöîâ îêàçàëèñü íå âëàãîñòîéêèå è âëàãîñòîéêèå ïîêðûòèÿ. Îáðàçöû ñ âëàãîñòîéêèìè ïîêðûòèÿìè èñïûòàíû åùå â òå÷åíèå 28 ñóòîê è îíè âûäåðæàëè 56 ñóòîê èñïûòàíèé.
 ðåçóëüòàòå èñïûòàíèé âíîâü ñîçäàííûõ îáðàçöîâ ðàçëè÷íûõ âèäîâ çàùèòíûõ ïîêðûòèé óñòàíîâëåíû âûñîêîýôôåêòèâíûå ãèäðîôîáíûå ïîêðûòèÿ äëÿ çàùèòû êîíñòðóêöèîííûõ ìàòåðèàëîâ (ñòåêëî, êåðàìèêà, ìðàìîð, ãðàíèò è äð.). Îíè îáëàäàþò âûñîêîé ìåõàíè÷åñêîé ïðî÷íîñòüþ è õèìè÷åñêîé ñòîéêîñòüþ ê âîçäåéñòâèþ àãðåññèâíûõ ñðåä. Ïîêðûòèÿ ïðîçðà÷íû â äèàïàçîíå ñïåêòðà îò 0,25 äî 15,0 ìêì.
 òàáë. 6 ïðèâåäåíû ñàìûå âûñîêîýôôåêòèâíûå ïîêðûòèÿ, ñîäåðæàùèå îïòèìàëüíûå ñîîòíîøåíèÿ êîìïîíåíòîâ ÏÝÑ+ÝÑ-40 + êàòàëèçàòîð. Êàê ïîêàçàëè íàøè ýêñïåðèìåíòû, äàííûé ñîñòàâ ïðèãîäåí äëÿ çàùèòû ñâåòîïðîçðà÷íûõ ìàòåðèàëîâ. Ñîñòàâ èç êîìïîíåíòîâ ÑÊÒÍ+ÝÑ-40 + êàòàëèçàòîð ïðèãîäåí òîëüêî äëÿ çàùèòû ñâåòîíåïðîçðà÷íûõ ìàòåðèàëîâ, ïîòîìó ÷òî ïîêðûòèå ýòîãî ñîñòàâà íåäîñòàòî÷íî ïðîçðà÷íî.
80 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 11, 2008
Òàáëèöà 6. Ðåçóëüòàòû èñïûòàíèé îáðàçöîâ ñ çàùèòíûìè ãèäðîôîáíûìè ïîêðûòèÿìè
Ìàòåðèàë
Ñîñòàâ çàùèòíîãî ïîêðûòèÿ
Âðåìÿ îòâåðæäåíèÿ ïîêðûòèÿ
ïðè 10–20 °Ñ, ÷
Êðàåâîé óãîë ñìà÷èâàíèÿ, ãðàä
äî èñïûòàíèÿ
ïîñëå èñïûòàíèÿ
Îïòè÷åñêîå ñòåêëî Ê-8 áåç ïðîñâåòëÿþùåãî ïîêðûòèÿ Îïòè÷åñêîå ñòåêëî Ê-8 ñ ïðîñâåòëÿþùèì ïîêðûòèåì Òåõíè÷åñêîå ñòåêëî Îðãàíè÷åñêîå ñòåêëî ÏÌÌÀ Êåðàìèêà
Ìðàìîð Ãðàíèò Àëþìèíèé îêñèäèðîâàííûé Ëàòóíü Áðîíçà
ÏÝÑ+ÝÑ-40 áåç êàòàëèçàòîðà ÏÝÑ+ÝÑ-40 ñ êàòàëèçàòîðîì ÏÝÑ+ÝÑ-40 ñ êàòàëèçàòîðîì
ÏÝÑ+ÝÑ-40 ñ êàòàëèçàòîðîì ÏÝÑ+ÝÑ-40 ñ êàòàëèçàòîðîì ÑÊÒÍ+ÝÑ-40 áåç êàòàëèçàòîðà ÑÊÒÍ+ÝÑ-40 ñ êàòàëèçàòîðîì ÑÊÒÍ+ÝÑ-40 ñ êàòàëèçàòîðîì ÑÊÒÍ+ÝÑ-40 ñ êàòàëèçàòîðîì ÑÊÒÍ+ÝÑ-40 ñ êàòàëèçàòîðîì ÑÊÒÍ+ÝÑ-40 ñ êàòàëèçàòîðîì ÑÊÒÍ+ÝÑ-40 ñ êàòàëèçàòîðîì
10–15 ñóòîê 0,5–1,0 0,5–1,0
0,5–1,0 3,0–5,0 íå îòâåðæäàåòñÿ 2,0–3,0 2,0–3,0 2,0–3,0 0,5–1,0 0,5–1,0 0,5–1,0
93–95 96–98 98–100
96–98 98–100
— 96–98 95–97 95–97 96–98 96–98 96–98
90–92 96–98 96–98
95–97 96–98
— 96–98 95–97 95–97 96–98 96–98 96–98
Ï ð è ì å÷ à í è å: ÏÝÑ – ïîëèýòèëãèäðèäñèëîêñàí, ÝÑ-40 – ýòèëñèëèêàò, êàòàëèçàòîð – óñëîâíî ÀÃÌ, ÑÊÒÍ – æèäêèé ñèëèêîí êàó÷óê.
Âûâîäû
 ðåçóëüòàòå ïðîâåäåííûõ èññëåäîâàíèé àâòîðàìè îïðåäåëåíû ïóòè ñîçäàíèÿ çàùèòíûõ ãèäðîôîáíûõ ïîêðûòèé ïóòåì õèìè÷åñêîé ìîäèôèêàöèè ïîâåðõíîñòè ñ èñïîëüçîâàíèåì îòå÷åñòâåííîãî ñûðüÿ, ñèíòåçèðîâàíû ãèäðîôîáèçèðóþùèå êîìïîçèöèè äëÿ çàùèòû ïîâåðõíîñòè ñòåêîë, êåðàìèêè è äðóãèõ ìàòåðèàëîâ. Óñòàíîâëåíî, ÷òî ìîäèôèöèðîâàííûå ñîñòàâû, ñîñòîÿùèå èç ïîëèìåòèë- èëè ïîëèýòèëãèäðèäñèëîêñàíîâ èëè èç æèäêîãî ñèëèêîíîâîãî êàó÷óêà òèïà ÑÊÒÍ, îáðàçóþò íà ïîâåðõíîñòè ñòåêëà è êåðàìèêè âûñîêîýôôåêòèâíûå âîäî- è ãðÿçåîòòàëêèâàþøèå ïîêðûòèÿ. Óñòàíîâëåíû íåêîòîðûå êàòàëèçàòîðû, êîòîðûå ïîâûøàþò àäãåçèþ ãèäðîôîáèçàòîðîâ è ìåõàíè÷åñêóþ ïðî÷íîñòü çàùèòíûõ ïîêðûòèé. Ðàçðàáîòàíà òåõíîëîãèÿ ñîçäàíèÿ ïîêðûòèé äëÿ çàùèòû îò âëàãè èçäåëèé èç ñòåêëà è äðóãèõ êîíñòðóêöèîííûõ ìàòåðèàëîâ. Ñðàâíèòåëüíûé àíàëèç óðîâíÿ çàðóáåæíûõ è îòå÷åñòâåííûõ èññëåäîâàíèé â ýòîé îáëàñòè, ïîêàçûâàåò, ÷òî ðàçðàáîòàííûå íàìè ãèäðîôîáíûå ïîêðûòèÿ íå óñòóïàþò çàðóáåæíûì àíàëîãàì.
 çàêëþ÷åíèè àâòîðû õîòåëè áû îòìåòèòü áîëüøîé âêëàä, êîòîðûé âíåñëè â ïîñòàíîâêó è ïðîâåäåíèå äàííîé ðàáîòû àêàäåìèê ÐÀÍ Ã.Ò. Ïåòðîâñêèé è äîêòîð õèìè÷åñêèõ íàóê À.À. Áàéãîæèí.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Çèìîí À.Ä. Àäãåçèÿ æèäêîñòåé è ñìà÷èâàíèå. Ì., 1974. 400 ñ.
12. Éîëäàø Á.Å. Òðóäû ìåæäóíàðîäíîãî ñèìïîçèóìà ïî ïðîáëåìàì ñòåêëà, Ñòàìáóë, 1996.
13. Ìèëñ Ð.Í., Ëüþèñ Ô.Ì. Ñèëèêîíû. Ì.: Õèìèÿ, 1964. 256 ñ.
14. Ïàùåíêî À.À., Âîðîíêîâ Ì.Ã. è äð. Ãèäðîôîáèçàöèÿ. Êèåâ: Íàóêîâà äóìêà, 1973. 239 ñ.
15. Ñîáîëåâñêèé Ì.Â., Ìóçîâñêàÿ Î.À è äð. Ñâîéñòâà è îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ êðåìíèéîðãàíè÷åñêèõ ïðîäóêòîâ. Ì.: Õèìèÿ, 1975. 296. Ñ. 189–196.
16. Áàéãîæèí À., Ìèõàéëîâ À.Â., Ïåòðîâñêèé Ã.Ò. Êîìïîçèöèÿ äëÿ ñîçäàíèÿ âîäî- è ãðÿçåîòòàëêèâàþùåãî ïîêðûòèÿ íà ïîâåðõíîñòè ñòåêîë “Ãèäðîôîá-ÃÎÈ” è ñïîñîá åå èçãîòîâëåíèÿ // Ïàòåíò Ðîññèè ¹ 2211813 îò 10.09.2003 ã.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 11, 2008
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ÍÎÂÛÅ ÏÎÊÐÛÒÈß ÄËß ÇÀÙÈÒÛ ÎÒ ÂËÀÃÈ ÈÇÄÅËÈÉ ÈÇ ÑÒÅÊËÀ È ÊÎÍÑÒÐÓÊÖÈÎÍÍÛÕ ÌÀÒÅÐÈÀËÎÂ
© 2008 ã. À. Â. Ìèõàéëîâ, êàíä.òåõí.íàóê; Â. Å. Ìåöàòóíÿíö ÍÏÊ “Ãîñóäàðñòâåííûé îïòè÷åñêèé èíñòèòóò èì. Ñ.È. Âàâèëîâà”, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã
 ðåçóëüòàòå ïðîâåäåííûõ èññëåäîâàíèé ñèíòåçèðîâàíû ãèäðîôîáèçèðóþùèå êîìïîçèöèè äëÿ çàùèòû îò àòìîñôåðíîé êîððîçèè ïîâåðõíîñòåé èç ñòåêëà è êîíñòðóêöèîííûõ ìàòåðèàëîâ (êåðàìèêà, ìðàìîð, ãðàíèò è äð.). Îïðåäåëåíû ìåòîäû ïîäãîòîâêè ïîâåðõíîñòè ïåðåä íàíåñåíèåì çàùèòíûõ ïîêðûòèé. Ðàçðàáîòàíà òåõíîëîãèÿ ñîçäàíèÿ çàùèòíûõ ãèäðîôîáíûõ ïîêðûòèé èçäåëèé èç ñòåêëà, êåðàìèêè è äðóãèõ ìàòåðèàëîâ.
Êîäû OCIS: 160.6060, 310.6870.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 25.06.2008.
Ââåäåíèå
Ïðîáëåìà çàùèòû ïîâåðõíîñòè ñòåêëà è äðóãèõ êîíñòðóêöèîííûõ ìàòåðèàëîâ îò ðàçðóøàþùåãî äåéñòâèÿ âëàãè è çàãðÿçíåíèé îáóñëîâëåíà âîçäåéñòâèåì êëèìàòè÷åñêèõ, ýêîëîãè÷åñêèõ è òåõíîãåííûõ ôàêòîðîâ, ÷òî íåèçáåæíî âëå÷åò çà ñîáîé èçìåíåíèå îïòè÷åñêèõ ñâîéñòâ ìàòåðèàëîâ. Ðåøåíèå çàäà÷è ñîçäàíèÿ ñîâðåìåííîãî óðîâíÿ çàùèòû îïòè÷åñêèõ ïðèáîðîâ è äåòàëåé ñ èñïîëüçîâàíèåì íîâûõ èñõîäíûõ ìàòåðèàëîâ ñïîñîáñòâóåò ñîõðàíåíèþ èëè óëó÷øåíèþ çàäàííîãî êà÷åñòâà, ìàêñèìàëüíîìó ïîâûøåíèþ ýêñïëóàòàöèîííûõ ïàðàìåòðîâ îïòè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ.
Àíàëèç è îáîáùåíèå ëèòåðàòóðíûõ è ïàòåíòíûõ äàííûõ ïîêàçàë, ÷òî ðàçðàáîòêîé ïðîãðåññèâíûõ ñðåäñòâ è ýêîëîãè÷åñêè ÷èñòûõ òåõíîëîãèé ïîëó÷åíèÿ çàùèòíûõ ïîêðûòèé, çàíèìàþòñÿ âåäóùèå íàó÷íûå öåíòðû è ôèðìû ïðîìûøëåííî ðàçâèòûõ ñòðàí.  ÃÎÈ èì. Ñ.È. Âàâèëîâà ðàíåå áûëè ðàçðàáîòàíû è âíåäðåíû â ïðàêòèêó òåõíîëîãèè âîäîîòòàëêèâàþùèõ (ãèäðîôîáíûõ) è àíòèñåïòèðóþùèõ çàùèòíûõ ïîêðûòèé îïòè÷åñêèõ äåòàëåé.
 íàñòîÿùåå âðåìÿ òðåáóåòñÿ ðàçðàáîòêà íîâûõ ïåðñïåêòèâíûõ õèìè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé (ïëåíêîîáðàçóþùèõ ãèäðîôîáèçàòîðîâ) íà áàçå îòå÷åñòâåííîãî ñûðüÿ äëÿ ïðîèçâîäñòâà ñðåäñòâ çàùèòû ãèäðîôèëüíûõ ïîâåðõíîñòåé (ñòåêëî, êåðàìèêà, ìðàìîð, ãðàíèò è äð.).
Êðèòåðèåì ëèîôèëüíîñòè è ëèîôîáíîñòè (ãèäðîôèëüíîñòè è ãèäðîôîáíîñòè â ñëó÷àå âîäû) ÿâëÿåòñÿ ñìà÷èâàíèå ïîâåðõíîñòè òâåðäîãî òåëà æèäêîñòÿìè (âîäà, îðãàíè÷åñêèå ïîëÿðíûå è íåïîëÿðíûå ðàñòâîðèòåëè, æèäêèå ñìîëû è äð.) [1]. Ñìà÷èâàåìîñòü ïîâåðõíîñòè òâåðäîãî òåëà ðåãóëèðóþò â òó èëè èíóþ ñòîðîíó íàíåñåíèåì íà íåå òîíêèõ ñëîåâ, ñîäåðæàùèõ ïîâåðõíîñòíî-àêòèâíûå âåùå-
ñòâà (ÏÀÂ), ÷òî ñóùåñòâåííî âëèÿåò íà ðåçóëüòàò ñìà÷èâàíèÿ.
Ãèäðîôîáèçàòîðû – ýòî, êàê ïðàâèëî, êðåìíèéîðãàíè÷åñêèå ïîâåðõíîñòíî-àêòèâíûå âåùåñòâà, ïðèìåíÿåìûå äëÿ îáðàáîòêè ïîâåðõíîñòåé ìàòåðèàëîâ ñ öåëüþ ïðèäàíèÿ ïîñëåäíèì ãèäðîôîáíûõ ñâîéñòâ. Ñóùíîñòü ãèäðîôîáèçàöèè çàêëþ÷àåòñÿ â ñîðáöèè ÏÀÂ, îáëàäàþùèõ ãèäðîôîáíûìè ñâîéñòâàìè, íà îáðàáàòûâàåìîé ïîâåðõíîñòè. Ïðè ýòîì ìîëåêóëû ãèäðîôîáèçàòîðà îðèåíòèðóþòñÿ íà ïîâåðõíîñòè òàêèì îáðàçîì, ÷òî íåïîëÿðíûå óãëåâîäîðîäíûå ôðàãìåíòû ìîëåêóë îêàçûâàþòñÿ íàïðàâëåííûìè âî âíåøíåå ïðîñòðàíñòâî, à ïîëÿðíûå – ê îáðàáàòûâàåìîé ïîâåðõíîñòè.  ðåçóëüòàòå ïîñëåäíÿÿ îêàçûâàåòñÿ çàùèùåííîé ãèäðîôîáíûìè óãëåâîäîðîäíûìè ãðóïïàìè è òåðÿåò ñïîñîáíîñòü ñìà÷èâàòüñÿ âîäîé. Íàèáîëåå ñèëüíàÿ ãèäðîôîáèçàöèÿ ðàíåå ãèäðîôèëüíûõ ïîâåðõíîñòåé äîñòèãàåòñÿ ïðè õåìîñîðáöèè ÏÀÂ, ñîñòîÿùèõ èç äëèííûõ îðãàíè÷åñêèõ öåïåé, è ñîïðîâîæäàåòñÿ ïðî÷íûì çàêðåïëåíèåì îáðàçîâàâøèõñÿ ïëåíîê íà ïîâåðõíîñòè. Èçâåñòíû ìíîãî÷èñëåííûå ãèäðîôîáèçàòîðû ñòåêëà [2–5], îäíàêî çàùèòíûå ïîêðûòèÿ íà èõ îñíîâå ëèøü êðàòêîâðåìåííî (2–7 ÷àñîâ) ôóíêöèîíèðóþò â ñëîæíûõ àòìîñôåðíûõ óñëîâèÿõ (âîçäåéñòâèå èíòåíñèâíîãî äîæäÿ, ìîêðîãî ñíåãà èëè ìîðñêîé âîäû) íà ïîâåðõíîñòè êîíñòðóêöèîííûõ ìàòåðèàëîâ.
Íàïîìíèì, ñìà÷èâàíèå – ÿâëåíèå, âîçíèêàþùåå ïðè êîíòàêòå òâåðäîãî òåëà ñ æèäêîñòüþ â ðåçóëüòàòå ìîëåêóëÿðíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó íèìè. Ìåðîé ñìà÷èâàíèÿ ÿâëÿåòñÿ êðàåâîé óãîë ñìà÷èâàíèÿ (Θ) ìåæäó ïëîñêîñòüþ ñìà÷èâàåìîé ïîâåðõíîñòè è ïëîñêîñòüþ, êàñàòåëüíîé ê ïîâåðõíîñòè æèäêîñòè â îäíîé èç òî÷åê êîíòóðà ñìà÷èâàíèÿ. Çíà÷åíèå êðàåâîãî óãëà ñâÿçàíî ñî çíà÷åíèåì ïîâåðõíîñòíîãî íàòÿæåíèÿ (σ) íà ãðàíèöàõ ñîïðèêàñàþùèõñÿ ôàç òâåðäîå òåëî–æèäêîñòü, æèäêîñòü–
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 11, 2008
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ãàç, òâåðäîå òåëî–ãàç è îïðåäåëÿåòñÿ óðàâíåíèåì Þíãà
cos Θ = σòã − σòæ . σæã
Çíà÷åíèå óãëà Θ ÿâëÿåòñÿ êðèòåðèåì äëÿ îöåíêè ðåçóëüòàòà ñìà÷èâàíèÿ òâåðäîãî òåëà æèäêîñòüþ. Åñëè óãîë ñìà÷èâàíèÿ Θ → 0, òî íàáëþäàåòñÿ ïîëíîå ñìà÷èâàíèå, ïîâåðõíîñòü – ëèîôèëüíàÿ. Åñëè óãîë ñìà÷èâàíèÿ 0 < Θ < 90°, òî íàáëþäàåòñÿ íåïîëíîå ñìà÷èâàíèå. È, íàêîíåö, åñëè Θ > 90°, òî ñìà÷èâàíèÿ íå ïðîèçîéäåò, è æèäêîñòü ñòå÷åò ñ ïîâåðõíîñòè, íå îñòàâëÿÿ ïëåíêè, ñëåäîâàòåëüíî, ïîâåðõíîñòü òâåðäîãî òåëà – ëèîôîáíàÿ.
Íà ñìà÷èâàíèå ñóùåñòâåííûì îáðàçîì âëèÿþò äàæå íè÷òîæíûå çàãðÿçíåíèÿ ïîâåðõíîñòè (íàïðèìåð, æèðîâûå è ìàñëÿíûå ïëåíêè), ÷òî ìîæåò ðåçêî èçìåíèòü ðåçóëüòàòû îïðåäåëåíèÿ Θ. Íà ñìà÷èâàíèå âëèÿþò òàêæå ôîðìà è ðàçìåðû (äèñïåðñíîñòü) òâåðäîé ïîâåðõíîñòè è íàëè÷èå øåðîõîâàòîñòè. Øåðîõîâàòîñòü óìåíüøàåò êðàåâîé óãîë ñìà÷èâàíèÿ ãèäðîôèëüíûõ ïîâåðõíîñòåé, ò. å. óëó÷øàåò èõ ñìà÷èâàåìîñòü âîäîé è, íàîáîðîò, óâåëè÷èâàåò óãîë ñìà÷èâàíèÿ ãèäðîôîáíûõ ïîâåðõíîñòåé.
Îáëàñòü ïðèìåíåíèÿ çàùèòíûõ ãèäðîôîáíûõ ïîêðûòèé ïîâåðõíîñòè èçäåëèé èç ñòåêëà, êåðàìèêè, ãðàíèòà è äðóãèõ êîíñòðóêöèîííûõ ìàòåðèàëîâ âåñüìà îáøèðíà: ýíåðãåòèêà, ïðèáîðîñòðîåíèå, ãðàäîñòðîåíèå, àâòîìîáèëåñòðîåíèå, àýðîêîñìè÷åñêèé êîìïëåêñ è ìíîãèå äðóãèå îòðàñëè íàðîäíîãî õîçÿéñòâà.
Âûáîð ãèäðîôîáèçàòîðîâ
Âûáîð ãèäðîôîáèçàòîðîâ â äàííîé ðàáîòå îñóùåñòâëÿëñÿ ñðåäè êðåìíèéîðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé, èçãîòàâëèâàåìûõ ïðîìûøëåííîñòüþ Ðîññèè, ïî äâóì êðèòåðèÿì: èññëåäîâàëèñü ëèøü òå ñîåäèíåíèÿ, êîòîðûå îáëàäàþò è ïëåíêîîáðàçóþùèìè, è ãèäðîôîáíûìè ñâîéñòâàìè. Ñðåäè ðàññìîòðåííûõ àâòîðàìè ñîåäèíåíèé èìåëèñü êàê ìîíîìåðíûå: äèìåòèëäèýòîêñèñèëàí, äèìåòèëäèõëîðñèëàí, âèíèëòðèýòîêñèñèëàí, òàê è ïîëèìåðíûå ñîåäèíåíèÿ: ïîëèîðãàíîñèëîêñàí òèïà ÑÊÒÍ (æèäêèé ñèëèêîí, êàó÷óê) è ïîëèîðãàíîãèäðèäñèëîêñàíîâûå æèäêîñòè. Âñå îíè ÿâëÿþòñÿ ïëåíêîîáðàçóþùèìè è ñîäåðæàò ôóíêöèîíàëüíûå ãðóïïû, ñïîñîáíûå âçàèìîäåéñòâîâàòü ñ ãèäðîêñèëüíûìè ãðóïïàìè èëè äðóãèìè îêñèäíûìè ñèñòåìàìè ãèäðîôèëüíûõ ïîâåðõíîñòåé.
Õàðàêòåðèñòèêè ñìà÷èâàåìîñòè ïîâåðõíîñòè ñòåêëà, îáðàáîòàííîé èçâåñòíûìè ãèäðîôîáèçàòîðàìè, ïðåäñòàâëåíû â òàáë. 1. Êàê âèäíî èç ïðèâåäåííûõ äàííûõ, íàèëó÷øèìè ãèäðîôîáíûìè ñâîé-
Òàáëèöà 1. Êðàåâîé óãîë ñìà÷èâàíèÿ ïîâåðõíîñòè ñòåêëà, îáðàáîòàííîãî ðàçëè÷íûìè ãèäðîôîáèçàòîðàìè
¹ ï/ï
Ãèäðîôîáèçàòîð
Θ, ãðàä (ðàä)
1 Ìåòèëòðèõëîðñèëàí 2 Äèìåòèëäèõëîðñèëàí 3 Âèíèëòðèõëîðñèëàí 4 Ýòèëòðèõëîðñèëàí 5 Äèýòèëäèõëîðñèëàí 6 Òðèìåòèëõëîðñèëàí
Îëèãîìåðû: 7 Îëèãîäèìåòèëñèëîêñàí 8 Îëèãîäèýòèëñèëîêñàí 9 Îëèãîìåòèëãèäðèäñèëîêñàí 10 Îëèãîýòèëãèäðèäñèëîêñàí
89 (1,55) 93 (1,62) 87 (1,52) 93 (1,62) 96 (1,67) 94 (1,64)
87 (1,52) 94 (1,64) 100 (1,75) 104 (1,81)
ñòâàìè îáëàäàþò îëèãîìåòèë-(ýòèë)ãèäðîñèëîêñàíû (¹¹ 9, 10) – îíè ïîêàçûâàþò íàèáîëüøèå óãëû ñìà÷èâàíèÿ (100 –104°), íî ìåõàíè÷åñêàÿ ïðî÷íîñòü òàêèõ ãèäðîôîáíûõ ïîêðûòèé íå óäîâëåòâîðèòåëüíà (II–III ãðóïïà ïðî÷íîñòè).
Ïðåäâàðèòåëüíûå îïûòû ïîêàçàëè, ÷òî æèäêèå ñèëèêîíû, êàó÷óêè è îëèãîìåðíûå îðãàíîñèëîêñàíû, ðàñòâîðåííûå â îïðåäåëåííûõ êîíöåíòðàöèÿõ â îðãàíè÷åñêèõ ðàñòâîðèòåëÿõ (áåíçèí, òîëóîë, ïåòðîëåéíûé ýôèð è äð.) îáðàçóþò íà ïîâåðõíîñòè ðàçëè÷íûõ ìàòåðèàëîâ òîíêîñëîéíûå ïðîçðà÷íûå ïîêðûòèÿ, êîòîðûå îáëàäàþò õîðîøèìè ãèäðîôîáíûìè ñâîéñòâàìè. Óãîë ñìà÷èâàíèÿ âîäîé ïîâåðõíîñòåé ñ òàêèìè ïîêðûòèÿìè ñîñòàâëÿåò 93–102°, à áåç ïîêðûòèé îí íå ïðåâûøàåò 10–15°. Çàùèòíûå ïîêðûòèÿ ïðîçðà÷íû â áîëüøîì ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå îò 0,25 äî 14,5 ìêì.
Ñ öåëüþ ïîâûøåíèÿ àäãåçèè è ìåõàíè÷åñêîé ïðî÷íîñòè çàùèòíûõ ïîêðûòèé â ðàñòâîð ãèäðîôîáèçàòîðà ââîäèëèñü àïïðåò-ãðóíòîâî÷íûé àãåíò íà îñíîâå ÷àñòè÷íî ãèäðîëèçîâàííîãî òåòðàýòîêñèñèëàíà è èíãèáèòîð êîððîçèè.
Òåõíîëîãèÿ ñîçäàíèÿ çàùèòíûõ ïîêðûòèé
Ïðîöåññ íàíåñåíèÿ ãèäðîôîáèçàòîðà ñîñòîèò èç ÷åòûðåõ ýòàïîâ: ÷èñòêà ïîâåðõíîñòè, ãðóíòîâêà, íàíåñåíèå ïîêðûòèÿ è òåðìîîáðàáîòêà (90 °Ñ è âûøå).
Êà÷åñòâî è ýêñïëóàòàöèîííûå ñâîéñòâà çàùèòíûõ ãèäðîôîáíûõ ïîêðûòèé â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè îïðåäåëÿþòñÿ ñîñòîÿíèåì ïîâåðõíîñòè äåòàëåé èç ðàçëè÷íûõ êîíñòðóêöèîííûõ ìàòåðèàëîâ (ñòåêëî, ñòåêëîêåðàìèêà, êåðàìèêà, ïëàñòìàññû, è äð.) ïåðåä íàíåñåíèåì çàùèòíûõ ñëîåâ. Ïîâåðõíîñòü çàùèùàåìîé äåòàëè ïðåæäå âñåãî äîëæíà áûòü òùàòåëüíî î÷èùåíà è îáåçæèðåíà. Äëÿ ÷èñòêè ïî-
78 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 11, 2008
âåðõíîñòè ìàòåðèàëîâ áûëè îïðîáîâàíû ñàìûå ðàçëè÷íûå ìîþùèå ñðåäñòâà. Ýêñïåðèìåíòàëüíûì ïóòåì óñòàíîâëåíî, ÷òî íàèáîëåå ýôôåêòèâíûìè îêàçàëèñü ðàçáàâëåííûå àâòî-øàìïóíè èëè ìûëüíî-ñîäîâàÿ êàøèöà ñ ïîñëåäóþùåé îáèëüíîé ïðîìûâêîé âîäîé. Âûñîêîýôôåêòèâíûìè òàêæå ÿâëÿþòñÿ ðàçáàâëåííûå ñïèðòû (ýòàíîë, èçîïðîïàíîë, ïðîïàíîë) èëè èõ ñìåñè ñ ïåòðîëåéíûì ýôèðîì.
 ðåçóëüòàòå ïðîâåäåííûõ èññëåäîâàíèé îïðåäåëåíû ìåòîäû ïîäãîòîâêè ïîâåðõíîñòè ñòåêëà è äðóãèõ ìàòåðèàëîâ ïåðåä íàíåñåíèåì çàùèòíûõ ïîêðûòèé. Âëèÿíèå ïðåäâàðèòåëüíîé îáðàáîòêè ïîâåðõíîñòè ñòåêëà íà ãèäðîôîáèçàöèþ ïîâåðõíîñòè è òåõíîëîãèè íàíåñåíèÿ ïîêðûòèé ïðåäñòàâëåíû â òàáë. 2 è 3.
Èññëåäîâàëèñü ðàçëè÷íûå ìåòîäû íàíåñåíèÿ ðàçðàáîòàííîãî ãèäðîôîáíîãî ïîêðûòèÿ [6] íà ñòåêëî.  íàñòîÿùåé ðàáîòå â çàâèñèìîñòè îò ðàçìåðîâ è êîíôèãóðàöèè èçäåëèé ðàñòâîð ãèäðîôîáèçàòîðà íàíîñèëñÿ íà ïîâåðõíîñòü ìàòåðèàëîâ òàêèìè äîñ-
Òàáëèöà 2. Óãîë ñìà÷èâàíèÿ â çàâèñèìîñòè îò îáðàáîòêè ïîâåðõíîñòè
Êðàåâîé óãîë ñìà÷èâàíèÿ, ãðàä
ñòåêëî ñ ïîêðûòèåì
èñõîäíîå ñòåêëî áåç ïîêðûòèÿ
óñëîâèÿ îáðàáîòêè ïîâåðõíîñòè ïåðåä
ïîêðûòèåì
ìûòü¸ ìûëîì
ïðîòèðêà “êðîêóñîì”*
ïðîòèðêà “êðîêóñîì”, ïîëèâ ÀÃÌ 9**
28–30
92
93
92–93
** “Êðîêóñ” èëè ïîëèðèò – ïàñòà äëÿ òîíêîé äîâîäêè îïòè÷åñêèõ äåòàëåé. ** Ïðåäâàðèòåëüíàÿ îáðàáîòêà ïðàéìåðîì ÀÃÌ 9 ïðîâîäèëàñü ñ öåëüþ óâåëè÷åíèÿ õåìîñîðáöèè ìîëåêóë ãèäðîôîáèçàòîðà íà ïîäëîæêå.
òóïíûìè òåõíè÷åñêèìè ñïîñîáàìè êàê îêóíàíèå, îáëèâàíèå, íàòèðàíèå. Ëó÷øèé ðåçóëüòàò ïîêàçàë ìåòîä ðàñïûëåíèÿ èç ïóëüâåðèçàòîðà.
Ïîëèìåðíûå ãèäðîôîáèçèðóþùèå ïëåíêè äëÿ ñâîåãî îòâåðæäåíèÿ íà ïîâåðõíîñòè ñòåêëà òðåáóþò âûñîêèõ òåìïåðàòóð (150–200 °Ñ), îëèãîìåðíûå – ñðàâíèòåëüíî íèçêèõ (110–120 °Ñ), à õëîðñèëàíîâûå ïëåíêè ñïîñîáíû îòâåðæäàòüñÿ ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå. Èññëåäîâàíèÿ ïðîâîäèëèñü íà îáðàçöàõ ñ îäíîñëîéíûì ïîêðûòèåì ïî äâóì ðåæèìàì ïîëèìåðèçàöèè – îòâåðæäåíèå ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå è ïðè 90 °Ñ. Çíà÷åíèå êðàåâîãî óãëà ñìà÷èâàíèÿ ïîâåðõíîñòè äèñòèëëèðîâàííîé âîäîé ñîñòàâëÿëà 88–90 °, ñâåòîïðîïóñêàíèå – 91% (êàê íà îáðàçöàõ áåç ïîêðûòèé).
Ïðîâîäèëèñü èññëåäîâàíèÿ ïî îöåíêå âëèÿíèÿ êîíöåíòðàöèé ñèëèêîíà â ãèäðîôîáèçèðóþùåì ñîñòàâå. Óâåëè÷åíèå êîíöåíòðàöèè ñèëèêîíà âûçûâàëî íåîáõîäèìîñòü èçìåíåíèÿ òåõíîëîãèè íàíåñåíèÿ ïîêðûòèé (óâåëè÷åíèå òåìïåðàòóðû îòâåðæäåíèÿ äî 120 °Ñ). Äëÿ ðåàëüíûõ óñëîâèé íàíåñåíèÿ ãèäðîôîáèçèðóþùåãî ñîñòàâà (òàáë. 4) äëèòåëüíûé âûñîêîòåìïåðàòóðíûé ïðîãðåâ äëÿ íåêîòîðûõ óñëîâèé ýêñïëóàòàöèè íå äîïóñêàåòñÿ, ïîýòîìó áûëà èçó÷åíà âîçìîæíîñòü ïðîãðåâà ïîâåðõíîñòè ñ ïîìîùüþ ÈÊëàìïû ìîùíîñòüþ 500 Âò (îïðåäåëåíèå òåìïåðàòóðû ïîâåðõíîñòè îáðàçöà è âðåìåíè âûäåðæêè äëÿ äîñòèæåíèÿ ìàêñèìàëüíîé ãèäðîôîáíîñòè).
 õîäå ðàáîòû ïðîâîäèëèñü èññëåäîâàíèÿ âîçìîæíîñòè óëó÷øåíèÿ ãèäðîôîáíûõ ñâîéñòâ çà ñ÷åò óâåëè÷åíèÿ êîëè÷åñòâà ñëîåâ íàíåñåííîãî ïîêðûòèÿ. Êîëè÷åñòâî ñëîåâ âàðüèðîâàëîñü îò 2 äî 6. Ïîëèìåðèçàöèÿ îñóùåñòâëÿëàñü ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå (+25 °Ñ). Ïîêðûòèå íàíîñèëîñü ñ ïîìîùüþ áàòèñòîâîé ñàëôåòêè è âûäåðæèâàëîñü íà âîçäóõå â òå÷åíèå 1 ÷àñà äëÿ ïîëèìåðèçàöèè, äàëåå íàíîñèëñÿ ñëåäóþùèé ñëîé. Îòìå÷åíî, ÷òî âðåìÿ
Òàáëèöà 3. Óãîë ñìà÷èâàíèÿ â çàâèñèìîñòè îò óñëîâèé íàíåñåíèÿ ïîêðûòèé
Êîëè÷åñòâî ñëî¸â
Óñëîâèÿ íàíåñåíèÿ ïîêðûòèÿ
Ïîñëåäóþùàÿ îáðàáîòêà
Êðàåâîé óãîë ñìà÷èâàíèÿ,
ãðàä
1 ñóøêà 30 ìèíóò
ïðîìûâêà ìûëîì
2 ñóøêà 30 ìèíóò
ïðîìûâêà ìûëîì
2 ñóøêà ôåíîì ïðîìûâêà ìûëîì
2 ñóøêà íà
ïðîìûâêà
âîçäóõå 24 ÷. + ìûëîì
ôåí 5 ìèí.
Èñõîäíîå ñòåêëî
74 98–100
92 93
28–30
Òàáëèöà 4. Óãîë ñìà÷èâàíèÿ ïðè äâóõñëîéíîì ãèäðîôîáíîì ïîêðûòèè ïðè ðàçëè÷íûõ óñëîâèÿõ ïîëèìåðèçàöèè
Âðåìÿ
48
îòâåðæäåíèÿ, ÷
96 0,5
1
23
Óñëîâèÿ îòâåðæäåíèÿ
Óãîë ñìà÷èâàíèÿ, ãðàä
ïðè 20 °Ñ
93–96 96 — —
——
ïðè 120 °Ñ (òåðìîñòàò)
— — 98 —
——
òåìïåðàòóðà ñòåêëà 60 °Ñ
ïîä ÈÊ-ëàìïîé — — — 98 101–102 102 òåìïåðàòóðà ñòåêëà 80 °Ñ
— — — 94–96 100–102 102
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 11, 2008
79
Òàáëèöà 5. Óãîë ñìà÷èâàíèÿ íà îáðàçöàõ ñ ãèäðîôîáíûì ïîêðûòèåì ïîñëå êèïÿ÷åíèÿ â äèñòèëëèðîâàííîé âîäå
âðåìÿ êèïÿ÷åíèÿ, ÷
Ðåæèì îòâåðæäåíèÿ 0 1 3 6
Óãîë ñìà÷èâàíèÿ, ãðàä
20°Ñ, 96 ÷àñîâ 60°Ñ, 3 ÷àñà 120°Ñ, 30 ìèíóò
96 72–73 102–103 80–88
98–99 76–77
60–63 60–64 55–60
57–58 58
48–49
ïîëèìåðèçàöèè óâåëè÷èâàåòñÿ ïîñëå íàíåñåíèÿ 5-ãî ñëîÿ; íàíåñåíèå 6-ãî ñëîÿ òðåáóåò äëÿ ïîëèìåðèçàöèè áîëåå ñóòîê. Ïî-âèäèìîìó, ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî ïðè õåìîñîðáöèè ïîëÿðíûå ãðóïïû ñèëèêîíîâ âñòóïàþò â õèìè÷åñêóþ ðåàêöèþ ñ ïîâåðõíîñòüþ ñòåêëà, â ðåçóëüòàòå ÷åãî îáðàçóåòñÿ ïðî÷íî çàêðåïëåííûé ñëîé, îðèåíòèðîâàííûé íàðóæó ñâîèìè óãëåðîäíûìè öåïÿìè. Ïðè íàíåñåíèè ïåðâûõ ñëîåâ (2-ãî, 3-ãî è ò. ä.) çàêðûâàþòñÿ äåôåêòû ïåðâîãî ñëîÿ, à çàòåì ïîêðûòèå ïåðåñòàåò ïðèâèâàòüñÿ (ïîñëå 6-ãî).
Êàê ïîêàçàëè èññëåäîâàíèÿ îáðàçöîâ ñ ìíîãîñëîéíûìè ïîêðûòèÿìè, ãèäðîôîáíîñòü ïðè óâåëè÷åíèè êîëè÷åñòâà ñëîåâ ïîêðûòèÿ îñòàåòñÿ íåèçìåííîé. Òàê, íàïðèìåð, çàâèñèìîñòü óìåíüøåíèÿ óãëà ñìà÷èâàíèÿ îò âðåìåíè êèïÿ÷åíèÿ äëÿ îáðàçöà ñ ìíîãîñëîéíûì ïîêðûòèåì ñèìáàòíà ïîëó÷åííîé ïðè íàíåñåíèè îäíîãî ñëîÿ (ðàçíèöà ñîñòàâëÿåò 4–6°).
Òåðìîîòâåðæäåíèå ìíîãîñëîéíûõ ïîêðûòèé (ïðè òåìïåðàòóðàõ 50 °Ñ è 90 °Ñ), êàê è â ñëó÷àå îäíîñëîéíîãî ïîêðûòèÿ, ïîëîæèòåëüíî ñêàçûâàåòñÿ íà ïðîöåññ ãèäðîôîáèçàöèè ïîâåðõíîñòè è ïîçâîëÿåò ïîâûñèòü èõ ìåõàíè÷åñêóþ è õèìè÷åñêóþ ñòîéêîñòü ïðèìåðíî íà 50%.
Ðåçóëüòàòû îöåíêè ãèäðîôîáíîñòè ñîçäàííûõ ïîêðûòèé (ïóòåì îïðåäåëåíèÿ êðàåâîãî óãëà ñìà÷èâàíèÿ êàïëåé äèñòèëëèðîâàííîé âîäû, íàíåñåííîé íà îáðàáîòàííóþ ïîâåðõíîñòü) ïðåäñòàâëåíû â òàáë. 4 è 5.  òàáëèöàõ ïðèâåäåíû ñðåäíèå çíà÷åíèÿ θ äëÿ ðàçëè÷íûõ ïàðòèé îáðàçöîâ.
Ëàáîðàòîðíûå èñïûòàíèÿ ãèäðîôîáíûõ ïîêðûòèé
 çàêëþ÷åíèå èññëåäîâàíèé îïðåäåëÿëèñü ïàðàìåòðû ñîçäàííûõ çàùèòíûõ ãèäðîôîáíûõ ïîêðûòèé â çàâèñèìîñòè îò èñêóññòâåííî ñîçäàâàåìûõ íåáëàãîïðèÿòíûõ ôàêòîðîâ.
Ëàáîðàòîðíûå èñïûòàíèÿ ñòîéêîñòè çàùèòíûõ ïîêðûòèé ê âîçäåéñòâèþ âëàãè è òåìïåðàòóðû ïðîâîäèëèñü â ñîîòâåòñòâèè ñ ÎÑÒ 3-1901-95. Ñòîéêîñòü çàùèòíûõ ïîêðûòèé ê âîçäåéñòâèþ âëàãè îïðåäåëÿåòñÿ ïóòåì èçìåðåíèÿ êðàåâîãî óãëà ñìà÷è-
âàíèÿ äî è ïîñëå èñïûòàíèé â êëèìàòè÷åñêîé êàìåðå ïðè ïîâûøåííîé òåìïåðàòóðå è âûñîêîé îòíîñèòåëüíîé âëàæíîñòè. Èñïûòàíèÿ ïðîâîäèëèñü ïðè òåìïåðàòóðå + 40 °Ñ è îòíîñèòåëüíîé âëàæíîñòè âîçäóõà 95–98% ñ âûäåðæèâàíèåì â êëèìàòè÷åñêîé êàìåðå îáðàçöîâ â òå÷åíèå 48 ÷.
Äîïîëíèòåëüíî îáðàçöû ñ íîâûìè ãèäðîôîáíûìè ïîêðûòèÿìè èññëåäîâàëèñü íà “òåðìîóäàð” (â òåìïåðàòóðíîì äèàïàçîíå îò +60 °Ñ äî –60 °Ñ â òå÷åíèå 4 ÷) è íà äîæäåâàíèå. Ðåçóëüòàòû ýòèõ èñïûòàíèé ïîêàçàëè, ÷òî íè “òåðìîóäàð”, íè äîæäåâàíèå ïðàêòè÷åñêè íå ïîâëèÿëè íà ñîñòîÿíèå ðàçðàáîòàííûõ çàùèòíûõ ïîêðûòèé.
Òàêæå áûëè ïðîâåäåíû èñïûòàíèÿ ñòîéêîñòè çàùèòíûõ ïîêðûòèé ê ìåõàíè÷åñêîìó âîçäåéñòâèþ, êîòîðûå îñóùåñòâëÿëèñü ðåçèíîâûì èíäåíòîðîì. Ïåðâûå ïîâðåæäåíèÿ ïîÿâëÿëèñü ïîñëå 1000 îáîðîòîâ è ñóùåñòâåííûå – ïîñëå 1500, òåðìîîòâåðæäåííûå îáðàçöû ïîêðûòèé âûäåðæèâàëè áîëåå 2000 îáîðîòîâ.
Ïîñëå èñïûòàíèÿ õèìè÷åñêîé ñòîéêîñòè ðàçðàáîòàííûõ àâòîðàìè çàùèòíûõ ïîêðûòèé ê âîçäåéñòâèþ àãðåññèâíûõ ñðåä (5–15% ðàñòâîðû êèñëîò, ùåëî÷åé è ìèíåðàëüíûõ ñîëåé â òå÷åíèå 30 ìèí) èçìåíåíèé ãèäðîôîáíûõ ñâîéñòâ ïîâåðõíîñòè íå îòìå÷åíî. Êèïÿ÷åíèå îáðàçöîâ (èñïûòàíèå íà âîäîñòîéêîñòü) â äèñòèëëèðîâàííîé âîäå â òå÷åíèå 6 ÷ âûçûâàåò ñíèæåíèå óãëà ñìà÷èâàíèÿ âñåãî íà 15% (àíàëîãè÷íûå èçìåíåíèÿ ó ïîêðûòèé àìåðèêàíñêîé ôèðìû PPG – ñíèæåíèå íà 16%).
Èñïûòàíèÿ íà âëàãîñòîéêîñòü îáðàçöîâ ñ ðàçëè÷íûìè ñîñòàâàìè çàùèòíûõ ïîêðûòèé ïðîâîäèëèñü â òå÷åíèå 28 ñóòîê. Ñðåäè ýòèõ îáðàçöîâ îêàçàëèñü íå âëàãîñòîéêèå è âëàãîñòîéêèå ïîêðûòèÿ. Îáðàçöû ñ âëàãîñòîéêèìè ïîêðûòèÿìè èñïûòàíû åùå â òå÷åíèå 28 ñóòîê è îíè âûäåðæàëè 56 ñóòîê èñïûòàíèé.
 ðåçóëüòàòå èñïûòàíèé âíîâü ñîçäàííûõ îáðàçöîâ ðàçëè÷íûõ âèäîâ çàùèòíûõ ïîêðûòèé óñòàíîâëåíû âûñîêîýôôåêòèâíûå ãèäðîôîáíûå ïîêðûòèÿ äëÿ çàùèòû êîíñòðóêöèîííûõ ìàòåðèàëîâ (ñòåêëî, êåðàìèêà, ìðàìîð, ãðàíèò è äð.). Îíè îáëàäàþò âûñîêîé ìåõàíè÷åñêîé ïðî÷íîñòüþ è õèìè÷åñêîé ñòîéêîñòüþ ê âîçäåéñòâèþ àãðåññèâíûõ ñðåä. Ïîêðûòèÿ ïðîçðà÷íû â äèàïàçîíå ñïåêòðà îò 0,25 äî 15,0 ìêì.
 òàáë. 6 ïðèâåäåíû ñàìûå âûñîêîýôôåêòèâíûå ïîêðûòèÿ, ñîäåðæàùèå îïòèìàëüíûå ñîîòíîøåíèÿ êîìïîíåíòîâ ÏÝÑ+ÝÑ-40 + êàòàëèçàòîð. Êàê ïîêàçàëè íàøè ýêñïåðèìåíòû, äàííûé ñîñòàâ ïðèãîäåí äëÿ çàùèòû ñâåòîïðîçðà÷íûõ ìàòåðèàëîâ. Ñîñòàâ èç êîìïîíåíòîâ ÑÊÒÍ+ÝÑ-40 + êàòàëèçàòîð ïðèãîäåí òîëüêî äëÿ çàùèòû ñâåòîíåïðîçðà÷íûõ ìàòåðèàëîâ, ïîòîìó ÷òî ïîêðûòèå ýòîãî ñîñòàâà íåäîñòàòî÷íî ïðîçðà÷íî.
80 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 11, 2008
Òàáëèöà 6. Ðåçóëüòàòû èñïûòàíèé îáðàçöîâ ñ çàùèòíûìè ãèäðîôîáíûìè ïîêðûòèÿìè
Ìàòåðèàë
Ñîñòàâ çàùèòíîãî ïîêðûòèÿ
Âðåìÿ îòâåðæäåíèÿ ïîêðûòèÿ
ïðè 10–20 °Ñ, ÷
Êðàåâîé óãîë ñìà÷èâàíèÿ, ãðàä
äî èñïûòàíèÿ
ïîñëå èñïûòàíèÿ
Îïòè÷åñêîå ñòåêëî Ê-8 áåç ïðîñâåòëÿþùåãî ïîêðûòèÿ Îïòè÷åñêîå ñòåêëî Ê-8 ñ ïðîñâåòëÿþùèì ïîêðûòèåì Òåõíè÷åñêîå ñòåêëî Îðãàíè÷åñêîå ñòåêëî ÏÌÌÀ Êåðàìèêà
Ìðàìîð Ãðàíèò Àëþìèíèé îêñèäèðîâàííûé Ëàòóíü Áðîíçà
ÏÝÑ+ÝÑ-40 áåç êàòàëèçàòîðà ÏÝÑ+ÝÑ-40 ñ êàòàëèçàòîðîì ÏÝÑ+ÝÑ-40 ñ êàòàëèçàòîðîì
ÏÝÑ+ÝÑ-40 ñ êàòàëèçàòîðîì ÏÝÑ+ÝÑ-40 ñ êàòàëèçàòîðîì ÑÊÒÍ+ÝÑ-40 áåç êàòàëèçàòîðà ÑÊÒÍ+ÝÑ-40 ñ êàòàëèçàòîðîì ÑÊÒÍ+ÝÑ-40 ñ êàòàëèçàòîðîì ÑÊÒÍ+ÝÑ-40 ñ êàòàëèçàòîðîì ÑÊÒÍ+ÝÑ-40 ñ êàòàëèçàòîðîì ÑÊÒÍ+ÝÑ-40 ñ êàòàëèçàòîðîì ÑÊÒÍ+ÝÑ-40 ñ êàòàëèçàòîðîì
10–15 ñóòîê 0,5–1,0 0,5–1,0
0,5–1,0 3,0–5,0 íå îòâåðæäàåòñÿ 2,0–3,0 2,0–3,0 2,0–3,0 0,5–1,0 0,5–1,0 0,5–1,0
93–95 96–98 98–100
96–98 98–100
— 96–98 95–97 95–97 96–98 96–98 96–98
90–92 96–98 96–98
95–97 96–98
— 96–98 95–97 95–97 96–98 96–98 96–98
Ï ð è ì å÷ à í è å: ÏÝÑ – ïîëèýòèëãèäðèäñèëîêñàí, ÝÑ-40 – ýòèëñèëèêàò, êàòàëèçàòîð – óñëîâíî ÀÃÌ, ÑÊÒÍ – æèäêèé ñèëèêîí êàó÷óê.
Âûâîäû
 ðåçóëüòàòå ïðîâåäåííûõ èññëåäîâàíèé àâòîðàìè îïðåäåëåíû ïóòè ñîçäàíèÿ çàùèòíûõ ãèäðîôîáíûõ ïîêðûòèé ïóòåì õèìè÷åñêîé ìîäèôèêàöèè ïîâåðõíîñòè ñ èñïîëüçîâàíèåì îòå÷åñòâåííîãî ñûðüÿ, ñèíòåçèðîâàíû ãèäðîôîáèçèðóþùèå êîìïîçèöèè äëÿ çàùèòû ïîâåðõíîñòè ñòåêîë, êåðàìèêè è äðóãèõ ìàòåðèàëîâ. Óñòàíîâëåíî, ÷òî ìîäèôèöèðîâàííûå ñîñòàâû, ñîñòîÿùèå èç ïîëèìåòèë- èëè ïîëèýòèëãèäðèäñèëîêñàíîâ èëè èç æèäêîãî ñèëèêîíîâîãî êàó÷óêà òèïà ÑÊÒÍ, îáðàçóþò íà ïîâåðõíîñòè ñòåêëà è êåðàìèêè âûñîêîýôôåêòèâíûå âîäî- è ãðÿçåîòòàëêèâàþøèå ïîêðûòèÿ. Óñòàíîâëåíû íåêîòîðûå êàòàëèçàòîðû, êîòîðûå ïîâûøàþò àäãåçèþ ãèäðîôîáèçàòîðîâ è ìåõàíè÷åñêóþ ïðî÷íîñòü çàùèòíûõ ïîêðûòèé. Ðàçðàáîòàíà òåõíîëîãèÿ ñîçäàíèÿ ïîêðûòèé äëÿ çàùèòû îò âëàãè èçäåëèé èç ñòåêëà è äðóãèõ êîíñòðóêöèîííûõ ìàòåðèàëîâ. Ñðàâíèòåëüíûé àíàëèç óðîâíÿ çàðóáåæíûõ è îòå÷åñòâåííûõ èññëåäîâàíèé â ýòîé îáëàñòè, ïîêàçûâàåò, ÷òî ðàçðàáîòàííûå íàìè ãèäðîôîáíûå ïîêðûòèÿ íå óñòóïàþò çàðóáåæíûì àíàëîãàì.
 çàêëþ÷åíèè àâòîðû õîòåëè áû îòìåòèòü áîëüøîé âêëàä, êîòîðûé âíåñëè â ïîñòàíîâêó è ïðîâåäåíèå äàííîé ðàáîòû àêàäåìèê ÐÀÍ Ã.Ò. Ïåòðîâñêèé è äîêòîð õèìè÷åñêèõ íàóê À.À. Áàéãîæèí.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Çèìîí À.Ä. Àäãåçèÿ æèäêîñòåé è ñìà÷èâàíèå. Ì., 1974. 400 ñ.
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