Деякий час назад наша компанія випустила буклет, який ілюструє підвищення експлуатаційних характеристик пористих будівельних матеріалів після їх обробки кремнийорганическими гидрофобизаторами.
Як ми і очікували, цей буклет викликав жвавий інтерес широкого кола споживачів - ілюстрація вийшла дуже простий, наочної і переконливою. Але нове знання призводить до нових питань: «А чому так відбувається? Який механізм дії кремнійорганічних гідрофобізаторів? », - часто стали питати нас. Тут ми розповімо про одне дослідження, яке було зроблено нашими фахівцями і дало відповідь на зазначені питання. Незважаючи на те, що дослідження проводилося з використанням електронної мікроскопії, для розуміння його результатів не потрібні будь-які спеціальні знання, а тільки лише - увага і ... трохи фантазії.
Аналогії з Природознавства, які будуть необхідні далі.
На цих фотографіях - види гір з космосу. На вкритих снігом горах його шар приховує звивистий рельєф гірського хребта, з усіма його вигинами, ущелинами, скельними виступами (Фото 1б). Гори без снігу - суцільно порізані лініями рельєфу, причому при спостереженні з будь-якої висоти изрезанность буде «вірною прикметою» вільних від снігу гірських масивів (Фото 1а).
На Фото 2 - фрагмент поверхні Марса в районі найбільшого в Сонячній системі вулкана Олімп (його висота - понад 20 км). Всі дрібні деталі рельєфу гірського масиву тут також приховані, але в даному випадку звичайно, не снігом, - продуктами вулканічної діяльності. Деякі великі елементи (на фото - розлом і старі кратери від падіння метеоритів) заповнені не доверху, а лише частково - не вистачило у вулкана для них лави і попелу. Втім, він до цього навряд чи прагнув, тому взяв і потух, що не доробивши роботу.
Всі попередні знімки мають загальне. Ми (як і марсіани, звичайно ж) живемо на дні повітряного океану, куди (на поверхню планети) регулярно випадають, наприклад, сніг або вулканічний попіл, що вкривають деталі поверхні шаром різної товщини.
Нагадаємо, що кремнійорганічні гідрофобізатори створюють схожу картину, але в мікросвіті: вони заповнюють порожнину капіляра або тріщини, після чого, при поступовому випаровуванні води (або розчинника), на стінках капілярів або тріщин полимеризуется розчинене в ній речовина. При цьому утворюється полімерна водовідштовхувальна плівка, повністю покриває стінки цих пір. Якби по поверхні капіляра ходили б «мікролюді», то вони б бачили, що спочатку їх «мікросвіт» затопило слабким розчином (майже водою) кремнійорганікі, а потім, у міру випаровування рідини, зверху, почали опускатися частки речовини. **
** Наглядова Читач помітить, що в описуваних умовах не повинно бути ніякого «випадання опадів», тому що в мікросвіті гравітація несуттєва. Це так. Насправді в міру випаровування розчинника збільшується концентрація активної речовини, що, з певного моменту, запускає реакцію його полімеризації. А спеціально підібраний склад полімеру забезпечує його «прив'язку» до стінок капіляра, в результаті чого і утворюється покриває стінки шар.
Ці частинки створюють шар типу шару твані, зв'язуючись між собою і обволікаючи поверхню «мікросвіту». Ось ця речовина і будемо надалі шукати.
І знову - сніг. Тепер в лісі (Фото 3). Снігу мало, і він ще не закрив не тільки підлісок, а й дрібний чагарник на передньому плані: звідси, збоку, кожна стеблина нам видно окремо. Але давайте згадаємо (а кожен з нас бачив це багато разів), як чагарник буде виглядати зверху: гілок і окремих стебел видно практично не буде - вони будуть надійно замасковані сніговими шапками. Тільки деяка рихлість і «піднесеність» рельєфу дозволить нам вгадати, що під снігом - лісова поросль, а не галявина.
Уявіть, в землю вертикально вкопана пряма порожня труба (ну, нехай діаметром 1см) дуже великої довжини (багато метрів), так що її верхній торець трохи підноситься над поверхнею. Що там, всередині труби, побачимо ми, якщо будемо дивитися на неї з достатньої висоти? Інтуїція правильно підказує - нічого не побачимо, тому що туди не проникає світло. Точніше - побачимо темряву. Темна пляма. І якби ми не знали, що тут вкопана труба, то важко було б здогадатися, що темне - це труба.
Переходимо в Мікросвіт: розповідь про наше дослідження
Для проведення досліджень наші фахівці виготовили зразки у вигляді цементно-піщаних брусків розмірами 5смХ2смХ1см, обробили їх з одного боку гидрофобизатором «ТІПРОМ К» і розламали попе- річок довгої осі. Таким чином, ми отримали скол, на якому в безпосередній близькості від поверхні обробки (зона А) очікуємо побачити сліди дії гідрофобізатора, а до протилежної сторони (зона Б) склад не добрався. Для порівняння цих двох областей провели Зйомки цих зон відколу на растровому електронному мікроскопі ***.
Растровий електронний мікроскоп (РЕМ) - прилад, заснований на принципі взаємодії електронного пучка з речовиною, призначений для отримання зображення поверхні об'єкта з високим просторовим дозволом. Сучасний РЕМ дозволяє отримати збільшення до 1 000 000 крат, що приблизно в 500 разів перевищує межа збільшення кращих оптичних мікроскопів.
При збільшенні Х100 (Фото 4а, 4б) між зонами А і Б зразка не видно ніяких відмінностей. Ми навіть не пишемо тут, яка фотографія якій зоні відколу відповідає. Видно багато великих пір, зазначених стрілками 1. А чорні плями (по стрілках 2) - ті самі «труби», що йдуть приблизно перпендикулярно поверхні в тіло зразка. Це - капіляри бетону.
Крім добре видимих капілярів з розмірами від декількох сотих до приблизно двох десятих міліметра, вгадуються численні значно менші капіляри, що додають поверхні своєрідну брижі.
Зона А. Відзначено ділянки, на яких не видно «брижі», характерна для всіх ділянок зони Б (фото 5).
Для цього розглянемо Фото 7 і 8.
На Фото 7 - зацікавив нас фрагмент фотографії Фото 6б (саме він на цій фотографії вказано стрілкою), в масштабі Х5000. Для порівняння на Фото 8 дана фотографія із зони Б в тому ж масштабі. У зоні Б зберігається «рябизна» через дрібних капілярів, хоча, в силу масштабу, розмір цих капілярів набагато менше, ніж на Фото 5: але ми раніше вже говорили про нескінченність звивистості рельєфу та інших деталей гір, пам'ятаєте?
Подивіться, наприклад, на що стали видимими кристали по стрілці 1 (фото 8), що витягнулися своєрідним «лісом» (!) Всередину порового простору. Або - на гущавину ниткоподібних кристалів по стрілці 2 (фото 8), присутніх в порожнечі великого капіляра, який відкрився при розломі зразка.
Але що ж зона А (Фото 7)? Тут картина, в порівнянні з попередніми фотографіями, змінилася принципово. Значна частина поверхні (вид по стрілках 1), зображеної на знімку, як ніби чимось залита: абсолютно відсутній «брижі», майже немає капілярів. А чим можуть бути пухкі ділянки по стрілці 2 в середині знімка? Звичайно ж, це - ті самі ниткоподібні кристали стрілки 2 (Фото 8), але залиті зверху (пам'ятаєте «стебла» на Фото 3?).
Це - дія гідрофобізатора. Нагадаємо, що скол проходить в першу чергу по мікротріщин і капілярах, тому його поверхня - це в основному стінки тріщин і капілярів (про це ми вже писали вище в примітці). Гідрофобізатор проник в ці порожнечі і в повній відповідності з його призначенням залишився на їх поверхні водовідштовхувальним плівкою, яку ми і бачимо на прикладі. А оскільки під час обробки напрямок капілярів і мікротріщин не впливало на результат, то, таким чином, оброблені всі відкриті порожнини в зоні А, куди може проникнути розчин гідрофобізатора, і куди до обробки могла б проникнути вода.
В експерименті використовувався гидрофобизатор «Типром К». Гідрофобізатор «Типром К» - склад для додання водовідштовхувальних властивостей пористим будівельним матеріалам. Після обробки «Тіпромом К» матеріали не вбирають воду атмосферних опадів, крапельних течі та т.п. Він має також потужний протигрибковий ефект. При цьому стіни будівлі зберігають рівень повітрообміну, що важливо для житлових приміщень.
З описаного експерименту можна зробити кілька досить цікавих висновків:
Підтверджується механізм дії кремнійорганічних гідрофобізаторів як складів, що створюють на внутрішніх поверхнях пір і капілярів будівельних матеріалів водовідштовхувальний ефект до певної глибини від поверхні обробки. Оскільки водний розчин гідрофобізатора має таку ж плинність, як і вода (а гідрофобізатори на органічних розчинниках в цьому відношенні перевершують воду), то він зробить водовідштовхувальними все порожнини, до яких вода «могла б дістатися». Таким чином, вода без зовнішнього тиску не зможе проникнути в гідрофобізований матеріал, що зазвичай достатньо для гідроізоляції будівельних конструкцій вище рівня землі.
На фото наведені порівняльні розміри товщини людської волосини (зліва) і мінімальної товщини капіляра, по якому гидрофобизатор здатний проникнути всередину оброблюваної поверхні (біла лінія праворуч).
Мінімальний розмір порожнини, в яку не проникає гидрофобизатор, дуже малий. В даному випадку склад «ТІПРОМ К» «не пішов» в капіляри менш приблизно 0,5 мкм, що видно на Фото 7 по стрілках 1 - на цій ділянці капілярів менших розмірів не видно (а на Фото 8 - видно), отже, вони перекриті плівкою поверху. Даний факт доводить збереження повітро-і паропроникності після гідрофобізації, так як капіляри такого і менших розмірів істотно не впливають на ці показники.
Нехай шановний Читач пробачить нас, але ми дозволимо собі, для розуміння масштабів картини, нагадати, що товщина людської волосини дорівнює приблизно 50 мкм. Таким чином, перекриваються капіляри, розміри яких в сто разів менше товщини волосся. При цьому, оскільки в зразку, наприклад, багато капілярів з розмірами в сотні разів більшими (див.фото 4), то перекриття «мікрокапілярів» не впливає на потік пари або повітря.
Попередній висновок також вказує на причину тривалого терміну служби гидрофобизаторов в пористих будівельних матеріалах: гидрофобизатор проникає у вузькі порожнини і на досить велику глибину, тому плівка надійно захищена від сонячного світла - основного агресивного фактора, що руйнує кремнійорганікі в цих умовах.
За Фото 7 ми можемо спробувати отримати уявлення про товщину утворюється плівки. На ділянці 2 ниткоподібні кристали «зверху» частково ще видно окремо, а їх товщину, судячи по ділянці 2 (фото 8), можна оцінити в 0,1-0,5мкм. Тому можна очікувати, що товщина плівки, що лежить на них, мабуть, не перевищує 0,1-0,25мкм (і тут цікаво порівняння з розміром людської волосини в 50 мкм.). Це також свідчить про збереження газопроницаемости зразка з причин, вказаних в пункті 2).
Таким чином, проведений експеримент продемонстрував механізм дії і пояснив причини появи основних споживчих властивостей кремнійорганічних гідрофобізаторів.
В наявності кілька кольорів плашок плитняка сорти "М", тобто "Дрібний". Ціни на який набагато нижче, ніж на плитняк іншого сорту.
