Будущее красок для зеркал

1 397

За последние годы в развитии технологии был пройден ряд важных шагов для повышения качества зеркальных покрытий и самих зеркал — не только с точки зрения улучшения качества окрасочных слоев зеркального покрытия, но и также в области химических процессов по производству зеркал (процессы без меди). Эти новые процессы позволили разработать системы окрашивания зеркал, полностью или частично отказавшись от свинца, но при этом улучшив свойства самих зеркал.

Новая технология изготовления зеркал стала более экологичной. Новые разработки в действительности опираются в основном на дальнейшее снижение применения летучих органических соединений (Volatile Organic Compounds, VOC), отказ от опасных материалов (например, от формальдегида) и т.д.… На рынке уже имеются высокотвердые окрасочные системы (на сольвентной основе) наряду с еще дорабатываемыми системами на водной основе, готовыми, однако, появиться на рынке уже в ближайшее время.

ВВЕДЕНИЕ

Еще со времен зеркал в греческой и римской империях не было ничего лучше, чем полированные листы серебра, бронзы или олова. В Средние века появились первые зеркала на основе соединения слоя металла и стекла; Венеция и Нюрнберг были центрами зеркальной продукции. Зеркала были в это время сделаны из жидкого металла (амальгамы из олова и ртути). Не то слово — просто сказать, что эти процессы были вредными для здоровья, но сами свойства зеркал на то время были приемлемыми.
В 19-м веке для производства зеркал был изобретен серебряный процесс с защитным слоем из меди. Свинец содержался в красках, которые защищали слои из Ag/Cu. В конце 20-го века на замену медного слоя стал применяться особый пассивационный слой (Cu-free процесс).

СИСТЕМА ОКРАШИВАНИЯ В СЕРЕБРЯНО-МЕДНЫХ ЗЕРКАЛАХ

Производство Ag/Cu-зеркал началось в конце 19-го века и в начале 20-го века, и практически в неизменном виде дошло до нашего времени.

Процесс состоит в следующем:

Очистка и полирование стекла.
«Активация» стекла.
Нанесение серебра (зильберизация, осаждение металлического Ag из соединения AgNO3).
Омеднение (восстановление CuSO4 до металлической Cu).
Первичная окраска (основное покрытие).
Вторичная окраска (поверхностное покрытие).

Окрасочная система обычно содержит один или два окрасочных слоя.

Классическое Ag/Cu зеркало
с 2-мя окрасочными слоями

Типичные свойства системы с одним окрасочным слоем:

Содержит антикоррозионный пигмент, содержащий свинец (2–8%).
Основа — синтетическая смола.
Содержит нефтеорганический сольвент.
Показывает хорошую коррозионностойкость в тестах влагостойкости, CASS (ускоренные испытания на стойкость к медносоляному туману) и опрыскивания соленой водой.
Хорошие физические свойства: адгезия, твердость и т.д.

Типичные свойства системы с двойным окрасочным слоем:

Содержит антикоррозионный пигмент, содержащий свинец. Свинцовые пигменты могут быть устранены из верхнего слоя.
Основа — синтетическая смола.
Содержит нефтеорганический сольвент.
Показывает хорошую коррозионностойкость в тестах влагостойкости, CASS и опрыскивания соленой водой.
Основное покрытие имеет хорошие коррозионностойкие свойства для зеркала и устраняет черные пятна коррозии по краям зеркала. Наружное (верхнее) покрытие придает механическую и химическую защиту зеркалу.

Развитие медно-серебряных зеркал:

Системы на водной основе можно использовать для однослойного покрытия и верхнего покрытия в двухслойной системе покраски.
Устранение свинцовых антикоррозионных пигментов затруднено и делает зеркало менее коррозионностойким.
Содержащие свинец составы на водной основе существуют, но требуют соответствующего конвейерного производства на специальных линиях.

СИСТЕМЫ ОКРАСКИ ЗЕРКАЛ БЕЗ МЕДИ

В конце 90-х годов прошлого века появилась новая технология, и это стало прорывом на пути производства более экологичных зеркал — без медного слоя.

Процесс состоит в следующем:

Очистка и полирование стекла.
«Активация» стекла.
Нанесение серебра (восстановление из соединения AgNO3 до металлического Ag).
Пассивация.
Подготовка к покрытию.
Первичная окраска (основное покрытие).
Вторичная окраска (поверхностное покрытие).

Окрасочная система может быть из одного или двух окрасочных слоев.

Нанесение Ag на стекло

Типичные свойства системы с одним окрасочным слоем (по сравнению с Ag/Cu-зеркалами):

Возможность устранить свинцовые антикоррозионные пигменты из окрасочного состава (хотя варианты составов со свинцом продолжают существовать).
Основа — синтетическая смола.
Содержит нефтеорганический сольвент.
Показывает хорошую коррозионностойкость в тестах CASS и опрыскивания соленой водой: примерно вдвое более стойкое в сравнении с Ag/Cu-зеркалами.
Хорошие физические свойства: адгезия, твердость и т.д.

Типичные свойства системы с двойным окрасочным слоем (по сравнению с Ag/Cu-зеркалами):

Возможность устранить свинцовые антикоррозионные пигменты из первичного окрасочного состава. Бессвинцовые пигменты в наружном окрасочном слое.
Основа — синтетическая смола.
Содержит нефтеорганический сольвент.
Показывает хорошую коррозионностойкость в тестах CASS и опрыскивания соленой водой: примерно вдвое более стойкое в сравнении с Ag/Cu-зеркалами.
Основной слой спроектирован так, чтобы придать хорошие коррозионностойкие свойства для зеркала и устраняет черные пятна коррозии по краям зеркала. Наружное (верхнее) покрытие придает механическую и химическую защиту зеркалу.

Развитие зеркал без меди:

Системы на водной основе — в основном для однослойного покрытия или верхнего покрытия в двухслойной системе покраски.
Полностью бессвинцовые (0% Pb) или малосвинцовые (< 0,5% Pb) составы существуют и показывают примерно одинаковые физические свойства и стойкость со свинцовыми системами окраски.

ВЫЗОВЫ БУДУЩЕГО

Вскоре в мире большинство систем на сольвентной основе будут полностью заменены составами на водной основе (т.е. декоративные краски, бытовые краски для ремонта, автомобильные краски…), в то же время пока большинство производителей зеркал продолжают использовать сольвентные окрасочные составы (на ароматических углеводородах, полиэфирные и т.д.). Есть некоторые разработки с использованием окрасочных составов с высоким содержанием твердых веществ, в которых содержание сольвента не превышает 10–15% по весу. Дальнейшее снижение количества сольвента возможно лишь с использованием низкомолекулярных смол, имеющих особо малую вязкость при нанесении. Как уже указывалось, системы на водной основе существуют, но также требуют изменений в технологии производства и других производственных линий, поскольку существующие в основном выполнены из черной стали, и для перехода на водные окрасочные составы нужны линии из нержавеющей стали. Другие системы окрашивания, например, краски, твердеющие под воздействием УФ света, также находятся в стадии разработки, но в обозримом будущем не смогут широко применяться из-за очевидной их дороговизны.
Сейчас для безмедных процессов стало возможным использовать бессвинцовые составы, которые дают хорошие результаты. В некоторых видах бизнеса, например, в автомобильном производстве или электронике, уже требуется применение полностью свободных от свинца красок для зеркал, чтобы соответствовать требованиям RoHS (< 0,1%)¹. В целом, использование опасных материалов, таких как свинцовые пигменты, будет снижаться по соображениям экологии, но пока в большинстве стран мира это не стало законом.

¹Примечание редакции.
RoHS, Restriction of Hazardous Substances (англ.) — правила ограничения содержания вредных веществ. На территории ЕС, начиная с 1 июля 2006 года, введены экологические требования RoHS, которые лимитируют содержание в электронных устройствах и автомобилях наличие вредных веществ. Продажа комплектующих с недопустимым содержанием таких материалов на территории Европы будет запрещена. Для каждого вещества указывается максимально допустимое весовое содержание в процентах веса целого изделия. Ограничения RoHS с каждым годом охватывают все больший круг изделий, в т.ч. и для строительной отрасли.

В производстве зеркал в основном используют меламиновые смолы. В большинстве случаев меламиновые соединения содержат также формальдегид, несмотря на то, что в большинстве стран его применение запрещено.

СИСТЕМЫ ОКРАСКИ ДЛЯ ЗЕРКАЛ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В СОЛНЕЧНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ

Большинство производимых ныне в мире зеркал предназначены для применения на открытом воздухе.
Требования к зеркалам, применяемым в солнечных энергетических установках, все более возрастают, причем эти зеркала используются в условиях прямого агрессивного воздействия атмосферы (высокий уровень УФ-облучения, очень сухая или очень влажная среда, песчаные бури…), то есть некоторые характеристики зеркал должны быть увеличены или дополнительно специфицированы.

Испытательное оборудование для тестов CASS и SST (опрыскивания соленой водой)

Стандартные испытания зеркал включают (по стандарту EN 1036):

Тест CASS (ускоренные испытания на стойкость к медносоляному туману) по EN-9227 (120 часов):
< 2,5 мм коррозии по кромке.
Тест опрыскиванием соленой водой по EN-9227 (480 часов):
< 1,5 мм коррозии по кромке.
Сопротивление влажности (при 40°C и 100% относительной влажности):
< 0,2 мм коррозии по кромке, никаких вздутий.

Оборудование для испытаний стойкости к УФ-облучению (тест QUV)

Специальные испытания зеркал для солнечных систем при установке их на открытом воздухе:

Цикл климатических испытаний по EN-1279-2.
Тест QUV (стойкость к УФ-облучению).
Везерометр (Weatherometer, WOM).
Стойкость к износу от обдува песком по ASTM D968.

Специальные тесты проводятся для определения атмосферостойкости покрытий зеркал. Конечно, очень трудно предугадать реальный срок службы, особенно при использовании ускоренного тестирования. Мы надеемся, тем не менее, что данные испытания на пригодность использования зеркал на открытом воздухе обеспечат им срок службы не менее 15–20 лет с утратой отражательной способности не более 1%.

Системы окрашивания для зеркал солнечных установок:

1) трехслойная система:

1-й слой: базовый слой без/со свинцом для химической защиты слоев металла;
2-й слой: промежуточное покрытие без свинца;
3-й слой: наружное покрытие с УФ поглотителем и высокой механической стойкостью.

Средняя рекомендуемая толщина каждого наносимого слоя должна быть не менее 25 мкм.

2) двухслойная система:

1-й слой: базовый слой без/со свинцом для химической защиты слоев металла;
2-й слой: наружное покрытие с УФ поглотителем и высокой механической стойкостью.

Средняя рекомендуемая толщина каждого наносимого слоя основы должна быть не менее 25 мкм и 35 мкм — для наружного слоя.

В итоге должны быть достигнуты следующие результаты:

1) трехслойная система:

тест CASS (по EN-9227):
коррозия < 200 мкм (120 часов) или < 500 мкм (480 часов), потеря отражательной способности < 1%;
тест опрыскиванием соленой водой по EN-9227:
коррозия < 50 мкм (480 часов), потеря отражательной способности < 1%;
тест влагостойкости (40°C при 100% относительной влажности ):
коррозия < 50 мкм, незначительные вздутия, потеря отражательной способности < 1%;
циклический климатический тест (по EN-1279-2):
коррозия < 100 мкм, потеря отражательной способности < 1%;
тест QUV (стойкость к УФ-облучению, 3000 часов):
коррозия < 50 мкм, без отслоений, потеря отражательной способности < 1%;
везерометр (WOM, 3000 часов):
коррозия < 50 мкм, без отслоений, потеря отражательной способности < 1%;
абразивная обработка песком (по ASTM D968):
300–400 г/мкм

2) двухслойная система:

тест CASS (по EN-9227):
коррозия < 200 мкм (120 часов) или < 500 мкм (480 часов), потеря отражательной способности < 1%;
тест опрыскиванием соленой водой по EN-9227:
коррозия < 50 мкм (480 часов), потеря отражательной способности < 1%;
тест влагостойкости (40°C при 100% относительной влажности ):
коррозия < 50 мкм, незначительные вздутия, потеря отражательной способности < 1%;
циклический климатический тест (по EN-1279-2):
коррозия < 100 мкм, потеря отражательной способности < 1%;
тест QUV (стойкость к УФ-облучению, 3000 часов):
коррозия < 50 мкм, без отслоений, потеря отражательной способности зависит от толщины окрасочного слоя, > 60 мкм должно давать < 1% потери рефлективности;
везерометр (WOM, 3000 часов):
коррозия < 50 мкм, без отслоений, потеря отражательной способности < 1%, потеря отражательной способности зависит от толщины окрасочного слоя, слой > 60 мкм должен давать < 1% потери рефлективности;
абразивная обработка песком (по ASTM D968): 250–300 г/мкм.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Уже сделан ряд важных шагов для производства зеркал с более высокой стойкостью, но при этом обладающих большей дружественностью к окружающей среде при их производстве и эксплуатации путем снижения (или полного отказа) от применения соединений свинца или высокотоксичных органических реагентов…

Солнечные зеркала в пустыне

Некоторые технологии, например, применение составов на водной основе, скоро можно будет широко использовать — их вывод на рынок ожидается незадолго.
Сейчас развитие зеркальной промышленности движется в строну развития технологии производства особо стойких зеркал для солнечных установок, устанавливаемых на открытом воздухе.
Безусловно, окончательные свойства зеркал зависят не только от системы окрашивания, но и от других значимых факторов, таких как наличие слоев серебра и меди, тщательности технологических процессов и условий установки зеркал.

Пит Де Вос (Piet De Vos),
Fenzi Belgium NV, Бельгия.
По материалам доклада на Glass Performance Days, июнь 2009 г.,
Тампере, Финляндия

Найдите все свои архитектурные решения через OKNA.ua: Нажмите здесь чтобы зарегистрироваться. Вы производитель и хотите наладить контакт с клиентами? Кликните сюда.

Автор

Журнал ОКНА. ДВЕРИ. ВИТРАЖИ

+380 44 501 XX XX +380 44 501 8736

+380 44 501 XX XX +380 67 467 1426

Издатель

Журнал ОКНА. ДВЕРИ. ВИТРАЖИ