Через четверть века — что еще потребуется для защиты поверхности архитектурного стекла?

Стекло — восхитительное вещество, однако, в отличие от других конструкционных материалов, не имеет «иммунной системы», придающей ему способность сопротивляться своим «врагам». Подобно коррозии металла и «рака» бетона незащищенное стекло открыто для прямых атак влаги, щелочи и других врагов. Невидимые враги или «скрытые угрозы» делают свое грязное дело путем проникновения и удержания во влаге атмосферы.
Общее представление о коррозии поверхности стекла было получено в начале 80-х годов прошлого столетия, когда новые пионерные технологии нанесения поверхностных покрытий на стекло показали существенно б?льшую атмосферостойкость и химическую стойкость — обоим из двух факторов возникновения коррозии поверхности стекла.
Эта технология на основе полимерных смол защищала поверхность стекла и делала ее стойкой к пригару, облегчала обслуживание и мытье стекла.
С середины и до конца 80-х на рынке архитектурного стекла утвердился еще ряд различных технологий, нацеленных на несмачиваемость и гидрофобность. Но большинство из них имели ограниченное применение или не получили рыночного успеха.
Затем, в 2001 г., появилась разработанная сначала в Японии титанодиоксидная (TiO2) или фотокаталитическая технология, представленная сразу несколькими производителями, с описанием «самоочищающееся стекло». Однако эта технология не продвигалась в качестве пригодного способа для защиты поверхности стекла от коррозии.
Эти 25 лет продемонстрировали необходимость продвижения технологии защитных покрытий поверх­ности для любого стекла строго в соответствии с требованиями и для приложений конкретного сегмента рынка. Четкое соответствие целям можно достичь лабораторными и полевыми испытаниями и эксплуатацией в действительных условиях достаточно долгое время, чтобы охватить все возможные причины возникновения рекламаций по качеству или недостаточной надежности.
Эта статья содержит описание десяти врагов стекла, которые по отдельности или в сочетании вызывают коррозию стекла до начала, во время и после окончания строительства. Описываются «скрытые угрозы», которые инициируют корозионный процесс и затем преследуют стекло весь его жизненный цикл, из-за чего коррозия поверхности стекла может быть невидимой на ранних стадиях, но без эффективного защитного барьера может легко и достаточно быстро стать видимой, превратиться в «рак стеклянной кожи».
Чтобы помочь архитектурному стеклу во всеоружии встретить требования промышленных стандартов и достичь высоких характеристик стойкости не только на время поставки, но и практически перед началом строительства, должна быть проведена «оценка рисков». Процедура оценки поможет определить тип стекла и тип требуемой защиты поверхности — временной или долгосрочной. Затем, подобно другим конструкционным материалам, производители и обработчики стекла должны обеспечить корозионностойкость стекла на разумный срок от даты поставки.

Что ожидают от остекления?
Архитектурное стекло существует для того, чтобы видеть сквозь него! Эта замечательная субстанция имеет ряд преимуществ по сравнению с конкурирующими конструкционными материалами, но основной резон использования стекла — способность пропускания естественного и искусственного света. Однако, у стекла имеются видимые и невидимые враги, которые усиленно препятствуют этой цели до тех пор, пока не задействовано защитное покрытие поверхности против химических и физических атак.
Следующее преимущество архитектурного стекла — возможность оказывать влияние или управлять, причем постоянно, тремя видами света или радиации от Солнца: видимой световой радиацией, инфракрасной (ИК) и ультрафиолетовой (УФ). Огромное количество усилий, времени и денег было потрачено на определение необходимых характеристик и выработку стандартных требований относительно этих трех видов света или энергии излучения, таких как светопропускание видимого света (параметр t), степень затенения (величина g) и энергоэффективности или степени получения либо потери тепла (показатель U).
Стекло при поставке отвечает своим характеристикам, но очень часто теряет их в процессе эксплуатации в реальных атмосферных условиях. Несмотря на защиту от врагов, стекло может потерять свои свойства еще в процессе строительства.
Новое стекло, прозрачное и искрящееся, через которое все легко просматривается и которое легко чистить, обещает сохранять свою однородную ясность, прозрачность и очищаемость. Однако, как и у большинства конструкционных материалов, у стекла нет собственной «имунной системы» от неприятеля. В результате, коррозия приводит к деградации поверхности и несоответствию требованиям на практике.
Для архитектурного стекла способность к очищению особенно важна, поскольку прямо воздействует на два других показателя — ясность и прозрачность. Очищаемость определяется способностью к очищению, которая зависит от сопротивления поверхности к адгезии контаминантов, они же в свою очередь вызывают коррозию.
В таблице приведено большинство врагов стекла, большая часть из них неорганического щелочного происхождения — одного из самых мощных врагов стекла. Грязь и щелочные отложения — самые серьезные враги стекла, которые вместе или по отдельности вызывают растворение или разрушение поверхностного слоя стекла.
Таким образом, все, что может притянуть грязь или повысить щелочность, способствует коррозии. Невидимые контаминанты или «скрытые угрозы» действуют так, поскольку они имеют щелочную основу и вступают в реакцию с кислотными радикалами поверхностно реагирующих солей (surface-reactive salts, SRS), которые гигроскопичны, т.е. притягивают к себе и удерживают воду из атмосферы.
Коррозия поверхности стекла могла развиваться какое-то время до, развивалась во время и продолжала развитие после начала строительства. Если стекло незащищено, показатели долговечности должны быть снижены, поскольку стекло очень быстро достигает состояния «рака стеклянной оболочки» здания, когда невидимые контаминанты не только плотно налипли, но и стали видимыми. Подобно «раку бетона», это начало разрушения поверхности. На этой стадии коррозии защита больше не работает. Свойства «целителя» у защитного покрытия на этой стадии или несущественны, или уже не действуют, более того, очень скоро достигается некая «точка невозвращения», когда усилия по уходу становятся сопоставимыми со стоимостью замены остекления.
Имеются проверенные временем технологии и для защиты, и для «лечения» коррозии поверхности стекла, превращающие стекло из крайне восприимчивого материала к химическим и физическим атакам, который нужно часто и грамотно обслуживать, в листовой материал, от которого все «отскакивает», сопротивляющийся деградации поверхности и не нуждающийся в особом уходе.

В начале исследований
Из-за имеющейся коррозии поверхности за стеклом нужно много и тщательно ухаживать. Даже частая и интенсивная мойка не гарантирует результат, с каждым разом стекло становится отмыть все труднее, загрязнения не удается удалить обычными методами. Время между мойками все сокращается, а контаминанты остаются все заметнее.
Когда компания Ritec в 1982 г. представила концепцию защиты поверхности стекла, фокус усилий был направлен в основном на коммерческие пассажирские суда — паромы и круизные лайнеры. Было установлено, что под воздействием агрессивной морской среды стекло очень скоро мутнело. Видимость через стекло и безопасность плавания связаны между собой, а поддерживать прозрачность стекла становилось все труднее.
Наступало состояние, когда уже невозможно было восстановить первоначальную прозрачность и ясность стекла. Однако, из-за очень высокой стоимости замены корабельных окон и иллюминаторов, крайне нежелательно было производить их частую замену.
В результате общего мнения пассажиров и персонала, что больше, чем на проблемы в каютах, сервис и питание, жалуются именно на плохую видимость через стекла.
Это ситуация была вызвана контаминантами, прочно приставшими к стеклу и вызвавшими коррозию стекла вплоть до его помутнения.
Через несколько лет Ritec представила концепцию защиты поверхности стекла для жилых, офисных и промышленных зданий. Были определены основные источники загрязнений физического и химического, органического и неорганического характера.
Следующее поколение технологии, появившееся на рынке в начале 80-х годов прошлого века, основывалось на технологии кремнийорганических распыляемых несмачиваемых покрытий, первоначально разработанных в 40-х годах для авиации. В середине 90-х за ними последовали еще более разбавленные гидрофобные репелленты, известные как «эффект лотоса». Большинство из этих водоотталкивающих покрытий имели незначительный успех на рынке, преимущественно из-за того, что они не были «многоцелевыми» или надежными настолько, чтобы отвечать требованиям реальной эксплуатации.
В конце 90-х годов в Германии появились «ограно-неорганические» гибридные покрытия (двухслойные композиты) с «непритязательным» названием «нанотехнология».
Позже, в 2001 г., производители начали выпуск титанодиоксидных (TiO2) покрытий и стали применять местные технологические защитные средства для защиты от повреждений и загрязнений в процессе обработки, транспортировки и монтажа стеклоизделий.

Почему стекло без защитного покрытия не отвечает запросам при эксплуатации?
Только стекло одновременно может контролировать светопропускание, блокировать УФ и пропускать, отражать и поглощать тепловые ИК-лучи, т.е заботься об энергосбережении в здании.
Если стекло не имеет защитного покрытия, то его энергоэффективные и светозащитные свойства со временем пропадут, в том числе и из-за частой мойки. В результате усилия, время и деньги, потраченные на поддержание первоначальных характеристик остекления, будут потеряны зря.
Очевидно, что стекло, подобно другим конструкционным материалам должно иметь гарантированный срок службы после монтажа, гарантированный эксплуатационный период, когда оптические свойства стекла остаются неизменными. Это тоже достигается благодаря антикоррозийным покрытиям.
Для стекла, металла и бетона общими и самыми сильными врагами были и есть влага и щелочи. Как и металл, стекло очень чувствительно к этим субстанциям. Цемент же, по большому счету, тоже щелочь, поэтому в строениях всегда присутствует цементная пыль от эродированного бетона, воздействующая на металлы и стекло.
Влага, особенно в фазе пара и тумана, и щелочь быстро портят поверхность стекла, поскольку действуют как химически, так и физически, протравливая микроуглубления на поверхности стекла.
Влага атакует стекло путем растворения соды, а затем удаляет продукты реакции соды с поверхности стекла. Щелочи, например, цементная пыль, частицы бетона и каустические чистящие вещества, могут протравить поверхность стекла, как и плавиковая кислота (фтороводородная кислота, HF) — водный раствор фтороводорода (H2F2).

Физические абразивы могут оцарапать поверхность стекла в любой момент (еще на производстве, при транспортировке, при монтаже и эксплуатации). В местах царапин прогрессируют химическая коррозия и ветровая эрозия, создающие микрократеры, где грязь снова задерживается.

Скрытые угрозы
Хорошо известное специалистам по коррозии металлов понятие «скрытые угрозы» отмечено в третьей строке таблицы. Первоначально такие контаминанты могут быть невидимыми, но разрушения они создают вполне реальные. Они находятся на поверхности здания и внутри его повсюду и губительны не только металлам, но другим конструкционным материалам, включая стекло.
Щелочи реагируют с кислотами, образуя соли: