Химия и технология лакокрасочных покрытий

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПОВРЕЖДАЕМОСТЬ ПОКРЫТИЙ

Биологическая повреждаемость - разрушение покрытий под влиянием биологических агентов - плесневых грибов, актиномице - тов, бактерий. Этот вид разрушения наиболее часто встречается при
эксплуатации покрытий в атмосфере с повышенной влажностью, особенно в тропическом и субтропическом климате.

В теплой морской воде, богатой растительными и животными организмами, наблюдается обрастание покрытий. На поверхности образуется бактериальная слизистая пленка, состоящая из бактерий, простейших микроорганизмов и диатомовых водорослей, которая, увеличиваясь, достигает большой толщины (количество отлагаю­щейся биомассы нередко доходит до 40 кг/м2 в год и более). Обраста­ние вызывает ускоренное разрушение покрытий и преждевременную коррозию металла. Одновременно резко ухудшаются эксплуатаци­онные характеристики объектов, находящихся в воде: скорость дви­жения судов уменьшается на 50-100 %, выходят из строя судовые и океанологические приборы, возрастает волновая нагрузка на гидро­технические сооружения. Все это вызывает необходимость борьбы с неблагоприятным воздействием биологической сферы.

Разрушение под действием микроорганизмов. Этот вид разру­шения обусловлен тем, что многие покрытия служат питательной средой для плесневых грибов и бактерий. В результате их воздейст­вия снижается молекулярная масса полимеров в покрытиях и обра­зуются летучие низкомолекулярные продукты, состав которых спе­цифичен для каждого покрытия.

Практически все органические полимеры могут быть ассимили­рованы плесневыми грибами, однако в наибольшей степени подвер­жены плесневению и загниванию белковые вещества (казеин, каме­ди, декстрин, альбумин, крахмал) и покрытия, содержащие их хотя бы в небольших количествах.

На микробиологическую повреждаемость влияют температура, влажность, pH среды. Оптимальная температура для развития всех видов плесени 24-30 °С; ассимиляции, как правило, не происходит выше 45 °С и ниже 0°С (рис. 6.3). Плесневые грибы в вегетативной стадии более чувствительны к температуре, чем конидии; грибы в вегетативной стадии гибнут выше 80 и ниже -10 °С, конидии же нередко ока - « зываются стойкими даже при 100 и = макс

-20 °С.

Скорость образования плесени за­висит от водопоглощения покрытия и влажности окружающего воздуха.

Рис. 6.3. Температурная зависимость ско­рости образования плесени на лакокра­сочных покрытиях

Внутри помещений, где отсутствует обмен воздуха, степень пораже­ния покрытий бактериями выше, чем в вентилируемых помещениях или вне помещений на открытом воздухе. Оптимальной для разви­тия плесени является среда с pH 4-8. Сильнокислая и сильнощелоч­ная среды губительно действуют на бактерии.

В результате климатических испытаний были определены пленко- образователи с наименьшей биологической повреждаемостью. К ним относятся все полимеры, обладающие низким водопоглощением: по - лиолефины, полифторолефины, виниловые, полиакрилагные, крем - нийорганические, феноло - и мочевиноформальдегидные (отверждае­мые при нагревании), эпоксидные и др. Достаточно стойки к дейст­вию микроорганизмов покрытия на основе природных олигомеров - битумов, канифоли, шеллака, что объясняется их кислотными свой­ствами. В отличие от этих пленкообразующих веществ, большинство воднодисперсионных, нитратцеллюлозных, масляных, алкидных ла­ков и красок образуют недостаточно стойкие к действию микроорга­низмов покрытия. В условиях тропиков такие покрытия быстро по­крываются плесенью, теряют глянец, их защитные функции резко снижаются. Стойкость масляных покрытий заметно возрастает с по­вышением температуры сушки.

Пигменты и наполнители в большинстве случаев улучшают защитные функции покрытий. Механизм их действия сводится к уменьшению гидрофильности пленок и направленному изменению pH среды. Последнее характерно для пигментов, имеющих основной характер (цинковые и свинцовые белила, карбонат кальция и др.). Ряд пигментов (сульфиды кадмия, соединения меди) оказывают ток­сическое действие на микроорганизмы. Аналогичный эффект про­является при введении в состав красок, служащих верхним покры­тием, 0,1-2,0 % фунгицидов - органических соединений меди, оло­ва, цинка (8-гидроксихинолинат меди, диметилтиокарбамат цинка, бис(трибутил)оксид олова, тетрахлорфенол, о-фенилфенол, пента- хлорфенолят меди и др.). Хорошие результаты, в частности в эпок­сидных покрытиях (грибостойкость 0-1 балл), показали тиурам Д, нистатин, трихоцетин, а также смеси салициланилида с изобутило - вым эфиром я-оксибензойной кислоты в количествах 0,5-10 %.

Из биоцидов, отвечающих более высоким требованиям по ток­сичности, следует указать на карбендиазим, хлорфталонин, октили - зотиазолинон и др.

Для защиты покрытий во время транспортировки и складского хранения применяют фунгицидные смазки (ФП-1, ФП-2), состоящие из воска, парафина, уайт-спирита и 10 % трихлорфенолята меди или пентахлорфенола.

Обрастание покрытий. От обрастания морскими организмами в наибольшей степени страдает морской флот.

Степень обрастания определяется многими факторами: геогра­фическим районом моря, температурой, соленостью и скоростью движения воды, глубиной погружения объекта и др. Наибольшая плотность личинок обрастателей (балянусы, мидии, моллюски, мор­ские уточки и др.) в прибрежных районах тропических морей на глу­бине до 15 м. Именно там и наблюдается самая большая скорость обрастания, доходящая до 100 г/(м2 • сут).

Для защиты морских судов и гидротехнических сооружений от обрастания применяют Необрастающие покрытия. Они состоят из пленкообразующей основы и токсинов (ядов). В качестве пленкооб- разователей используют канифоль и ее эфиры, перхлорвинил, хлор - каучук, сополимеры винилхлорида с винилацетатом, хлорсульфи - рованный полиэтилен, синтетические каучуки. Ядами служат оксид меди(1), бис(три6утил)оксид олова, 10-хлорфеноксиарсин, трифенил - ацетат свинца, метаборат бария, анилид салициловой кислоты, фе­нолы и их производные, соединения карбаминовой, тио - и дитио - карбаминовой кислот и др. В отдельных случаях функции пленкооб- разователя и токсина может выполнять одно соединение, например оловосодержащие полимеры и сополимеры акриловой, малеиновой и других кислот.

Некоторые из перечисленных соединений, в первую очередь олово - и мышьяксодержащие, будучи эффективными биоцидами, не отвечают требованиям по экологии водных бассейнов, поэтому ог­раниченно применяются в судостроении. В ОАО НПФ "Пигмент” разработана серия новых противообрастающих составов (КФ-5225, ХВ-5286, система покрытий ”Шансм и др.) со сроком защитного дей­ствия 1,5 года и более.

Необрастающие покрытия служат своеобразным защитным барь­ером в системах противокоррозионных подводных покрытий. Важ­ное требование к ним - обеспечение такой степени извлечения ток­синов, которая бы губительно действовала на обрастателей.

Выделение токсинов может происходить: 1) в результате дозиро­ванной диффузии из пленки, 2) посредством частичного растворе­ния пленкообразующего вещества (самополирующиеся составы).

Для достижения нужного эффекта содержание ядовитых веществ в пленке должно быть большим [например, 50-70 % Си20; скорость растворения этого токсина не менее 0,1 г/(м2 • сут)].

Принцип биологического воздействия на микроорганизмы мо­жет быть использован не только для борьбы с обрастанием, но и для обеспечения бактерицидного и бактериостатического эффекта. Так,

При введении в различные эмали препарата алкацида (смесь этанол - меркурхлорида с алкамоном ОС-2) получены самодезинфицирую - щиеся покрытия с радиусом бактериостатического действия до 20 мм. Бактерицидные эмали (МЛ-268 и НЦ-269) используют для окраши­вания помещений диспансеров, боксов, медицинских инструментов и приборов.