Акрил в архитектуре

Из акрилового стекла создаются красивейшие архитектурные сооружения - прозрачная кровля, фасады, дорожные ограждения , навесы, козырьки, беседки. Все эти конструкции эксплуатируются на открытом воздухе под постоянным воздействием солнечного излучения. Возникает резонный вопрос: смогут ли акриловые сооружения выдержать «натиск» лучей палящего солнца, сохранив при этом отличные эксплуатационные характеристики, блеск, прозрачность? Спешим вас порадовать: поводов для беспокойства нет. Акриловые конструкции могут безопасно эксплуатироваться на улице под постоянным воздействием ультрафиолетового излучения даже в жарких странах.

Сравнение акрила с другими пластиками по устойчивости к УФ-излучению

Попробуем сравнить акрил с другими пластиками. Сегодня для изготовления фасадного, кровельного остекления и оградительных конструкций используется большое количество различных прозрачных пластиков. На первый взгляд, они ничем не отличаются от акрила. Но синтетические материалы, похожие на акрил по своим визуальным характеристикам, теряют свою внешнюю привлекательность уже через несколько лет эксплуатации под прямыми солнечными лучами. Никакие дополнительные покрытия и пленки не способны защитить некачественный пластик от ультрафиолета на долгий срок. Материал остается чувствительным к УФ-лучам, а о надежности всевозможных поверхностных покрытий говорить, увы, не приходится. Защита в виде пленок и лаков со временем трескается, отслаивается. Не удивительно, что гарантия от пожелтения таких материалов не превышает нескольких лет. Акриловое стекло марки Plexiglas проявляет себя совершенно иначе. Материал обладает естественными защитными свойствами, поэтому не теряет своих отличных характеристик на протяжении, как минимум, трех десятков лет.

Как работает технология защиты акрила от солнечных лучей?

Устойчивость Plexiglas к УФ-излучению обеспечивается уникальной технологией комплексной защиты Naturally UV Stable. Защита формируется не только на поверхности, но и по всей структуре материала на молекулярном уровне. Производитель оргстекла Plexiglas предоставляет 30-летнюю гарантию на отсутствие пожелтения и помутнения поверхности при постоянной эксплуатации на улице. Такая гарантия распространяется на прозрачные бесцветные листы, трубы, блоки, стержни, гофрированные и ребристые плиты из акрилового стекла марки Plexiglas. Навесы, кровельные покрытия, прозрачные акриловые фасады, беседки, ограждения и другие изделия из оргстекла не приобретают неприятного желтого оттенка.

На схеме показаны изменения индекса светопропускания акрила в течение гарантийного срока эксплуатации в различных климатических зонах. Мы видим, что светопропускание материала незначительно снижается, но это минимальные, незаметные невооруженным глазом изменения. Снижение индекса светопропускания на несколько процентов можно определить лишь с помощью специального оборудования. Визуально акрил остается первозданно прозрачным и блестящим.

На графике можно проследить динамику изменения светопроницаемости акрила в сравнении с обычным стеклом и другими пластиками. Во-первых, светопроницаемость акрила в исходном состоянии выше. Это самый прозрачный материал из известных на сегодняшний день пластиков. Со временем разница становится более заметной: некачественные материалы начинают темнеть, тускнеть, а светопроницаемость акрила остается на прежнем уровне. Ни один из известных пластиков, кроме акрила, не может пропускать 90% света через тридцать лет эксплуатации под солнцем. Именно поэтому акрилу отдают предпочтение современные дизайнеры и архитекторы при создании своих лучших проектов.

Упоминая о светопропускании, мы говорим о безопасном спектре ультрафиолетовых лучей. Опасную часть спектра солнечного излучения акриловое стекло задерживает. Например, в доме под акриловой крышей или в самолете с акриловыми иллюминаторами люди находятся под надежной зашитой остекления. Для пояснения разберемся в природе ультрафиолетового излучения. Спектр делится на коротковолновое, средневолновое и длинноволновое излучение. Каждый тип излучения оказывает различное воздействие на окружающий мир. Наиболее высокоэнергетическое излучение с короткой длиной волны, поглощаемое озоновым слоем планеты, способно повредить молекулы ДНК. Средневолновое - при длительном воздействии вызывает ожоги кожи и угнетает основные функции организма. Самое безопасное и даже полезное - длинноволновое излучение. До нашей планеты добирается лишь часть опасного средневолнового излучения и весь длинноволновой спектр. Акрил пропускает полезный спектр УФ-излучения, задерживая опасные лучи. В этом заключается очень важное преимущество материала. Остекление дома позволяет сохранить максимум света в помещении, оберегая людей от негативного воздействия ультрафиолета.

Жесткий (непластифицированный) поливинилхлорид появился на российском рекламном рынке первым, и, несмотря на увеличивающийся с каждым годом ассортимент предлагаемых полимерных материалов, в некоторых областях рекламного производства продолжает устойчиво сохранять лидирующие позиции. Это объясняется наличием у ПВХ комплекса свойств, необходимых для решения разнообразных задач и удовлетворяющих самые строгие требования, предъявляемые к конструкционным материалам этого типа.

ПВХ характеризуется природной устойчивостью к ультрафиолетовому излучению, химическому воздействию, механической коррозии и контактным повреждениям. На протяжении длительного времени эксплуатации на улице не теряет первоначальных свойств. Не впитывает атмосферной влаги и, соответственно, не склонен к образованию конденсата на поверхности. Среди всех прочих пластиков обладает уникальной огнестойкостью. В нормальных эксплуатационных условиях не представляет опасности ни для человека, ни для окружающей среды. Легко обрабатывается механически, формуется (компактный материал), сваривается и склеивается. При пленочной аппликации нет необходимости задумываться о «подводных камнях» - ПВХ без участия человека не преподнесет «сюрпризов».

К условным недостаткам поливинилхлорида можно отнести:

• непродолжительную устойчивость цветных модификаций к солнечным лучам (это не касается материалов с дополнительной УФ-стабилизацией);
• возможное наличие у материалов неизвестного происхождения поверхностных разделительных смазок, требующих удаления;
• ограниченная морозостойкость (до -20 °С), далеко не всегда подтверждаемая на практике (при соблюдении всех технологических правил изготовления конструкций и их монтажа, при отсутствии значительных механических нагрузок ПВХ стабильно ведет себя и при более низких температурах);
• более высокий по сравнению со многими другими полимерными материалами коэффициент линейного теплового расширения, т. е. более широкий диапазон размерных искажений;
• недостаточно высокая степень светопропускания прозрачного материала (ок. 88 %);
• повышенные требования к утилизации: продукты дымления и горения опасны для человека и окружающей среды.

Жесткий поливинилхлорид производится в различных модификациях только методом экструзии. Широкий ассортимент ПВХ, включающий листы:

• компактные и вспененные;
• с глянцевой и матовой поверхностью;
• белые, цветные, прозрачные и транслюцентные;
• плоские и рельефные;
• стандартного исполнения и повышенной прочности на изгиб,

позволяет использовать этот материал практически в любых областях рекламного производства.

Татьяна Дементьева
инженер-технолог

Устойчивость эмалей к выцветанию

Условную светостойкость определяли на образцах эмали темно-серого цвета RAL 7016 на ПВХ–профиле REHAU BLITZ.

Условную светостойкость лакокрасочного покрытия определяли в испытаниях в соответствии со стандартами:

ГОСТ 30973-2002 "Профили поливинилхлоридные для оконных и дверных блоков. Метод определения сопротивления климатическим воздействиям и оценки долговечности" . п. 7.2, таб.1, прим. 3.

Определение условной светостойкости при интенсивности излучения 80±5 Вт/м 2 контролировали по изменению блеска покрытий и цветовых характеристик. Цветовые характеристики покрытий определяли на приборе «Спектротон» после протирки образцов сухой ветошью для удаления образовавшегося налета.

Об изменении цвета образцов в процессе испытания судили по изменению цветовых координат в системе CIE Lab, рассчитывая ΔE. Результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Изменение блеска и цветовых характеристик покрытий

	Время выдержки, ч			Потеря блеска, %	Координата цвета - L	Координата цвета - a	Координата цвета -b	Изменение цвета Δ E к эталону
		До испытаний	После испытаний

Считаются прошедшими испытания образцы с 1 по 4.

Данные приводятся для образца №4 - 144 часа УФ облучения, что соответствует по ГОСТ 30973-2002 (40 условных лет):

L = 4,25 норма 5,5; a = 0,48 норма 0,80; b = 1,54 норма 3,5.

Заключение:

Мощность светового потока до 80±5 Вт/м 2 приводит к резкому падению блеска покрытий на 98 % через 36 ч испытаний в результате образования налета. При продолжении испытаний дальнейшая потеря блеска не происходит. Светостойкость можно охарактеризовать в соответствии с ГОСТ 30973-2002 - 40 условных лет.

Цветовые характеристики покрытия лежат в допустимых пределах и соответствуют ГОСТ 30973-2002 на образцах №1, №2, №3, №4.

В последнее время в обществе (в том числе, в научном сообществе) стала доминировать мысль об универсальности пластиков и композитов, от которых ожидают решения большинства проблем традиционных материалов. Считается, что новые виды пластиков и композитов вскоре заменят не только металлы, но и стекло, термостойкие неорганические вяжущие, стройматериалы. Довольно распространенным является взгляд, что путем химического или физико-химического модифицирования пластмасс (например, их наполнения) можно добиться впечатляющих результатов.

Во многом это верно. Однако у полимеров есть несколько «ахиллесовых пят», исправить которые не позволяют химия и физика углерода и его соединений. Одна из таких проблем – термостойкость и химстойкость под воздействием солнца и других излучений. Решают данную проблему УФ-стабилизаторы (УФС).

В присутствии вездесущего кислорода лучи солнца обладают мощным разлагающим полимеры действием. Оно хорошо видно по лежащим на открытом воздухе под солнцем пластиковым изделиям – сперва тускнеющим и белеющим, затем трескающимся и рассыпающимся. Не лучше они ведут себя и в море: по данным экологов, морская вода и солнце превращают пластиковые изделия в пыль, которую затем рыбы путают с планктоном и едят (а мы потом едим такую рыбу). В общем, без УФС и антирадиационных добавок (АРД) полимер не годится для многих нам привычных сфер применения.

Полимеры чувствительны к воздействию УФ-излучения, поэтому срок службы изделий сокращается под воздействием атмосферных факторов вследствие светодеструкции полимера. Применение концентрата светостабилизатора позволяет получить изделия с высокой стойкостью к УФ-излучению и значительно увеличить срок их эксплуатации. Кроме того, применение УФС предотвращает потерю цвета, помутнение, потерю механических свойств и образование трещин в готовой продукции.

Светостабилизаторы особенно важны в изделиях большой площади, подвергаемых солнечному или другому облучению, – пленок, листов. Понятие «УФ-стабилизация» означает, что пленка на протяжении определенного срока теряет под действием солнечных лучей не больше половины своей изначальной механической прочности. УФС, как правило, содержит 20% «пространственно затрудненных» аминов НАLS (т.е. аминов с пространственным строением, затрудняющим конформационные движения молекул – это позволяет стабилизировать радикалы и др.) и антиокислитель.

Характеристики УФ-стабилизаторов

Механизм действия светостабилизаторов (кроме УФС есть ИК-стабилизаторы и др.) сложен. Они могут просто вбирать в себя (абсорбировать) свет, выделяя поглощенную энергию затем в виде тепла; могут вступать в химреакции с продуктами первичного разложения; могут замедлять (ингибировать) нежелательные процессы. Различают два способа введения УФС: поверхностное покрытие и введение в блок полимера. Считается, что в блок вводить дороже, зато действие УФС долговечнее и надежнее. Правда, основная масса изделий (например, все китайские) стабилизируется нанесением полимерного поверхностного слоя – как правило, 40-50 мкм. Кстати, для долгого срока службы (3–5 лет или до 6–10 сезонов) недостаточно добавить много УФС, нужны еще достаточная толщина и запас прочности. Так, для срока службы 3 года пленка должна быть толщиной не менее 120 мк, для 6–10 сезонов необходим трехслойный материал толщиной до 150 мк, с упрочненным средним слоем.

УФС можно подразделить на абсорберы и стабилизаторы. Абсорберы вбирают излучение и преобразуют его в тепло (и их эффективность зависит от толщины слоя полимера, они малоэффективны в очень тонких пленках). Стабилизаторы стабилизируют уже появившиеся радикалы.

В СНГ продаются формы полимеров как стабилизированные (дороже) так и нестабилизированные (дешевле). Во многом это объясняет более низкое качество дешевых изделий-аналогов из Китая или других стран. Понятно, что полимеры (пленки) с удешевленной стабилизацией будут служить меньше установленного срока. Например, часто декларируется стабильность в течение 10 сезонов, но не указывается степень снижения стабильности при усиленных нагрузках. В итоге срок службы нередко составляет половину заявленного (т.е. 1–2 года).

Хорошим примером эффекта стабилизации полимера можно считать поликарбонат, полиэтилен и пленки. Срок действия поликарбоната в виде сотового листа колеблется от 2 до 20 лет, в зависимости от степени стабилизации. Из-за экономии на стабилизаторах, 90% производителей не могут подтвердить заявленный срок действия ПК-листов (обычно – 10 лет). То же с пленками. Например, агропленки вместо 5–10 сезонов выдерживают лишь 2–3, что приводит к существенным потерям в агросекторе. Полиэтилен без УФС не работает долго, поскольку быстро разлагается УФ-излучением (обратите внимание на вид и состояние ПЭ-изделий 10–15-летней давности). Из-за этого, например, полиэтиленовые газовые или водные трубы запрещают прокладывать по поверхности земли и даже внутри помещения. Без УФС и АРД не рекомендуется перерабатывать такие крупнотоннажные полимеры, как полипропилен, полиформальдегид, каучуки.

Качественные УФС, к сожалению, стоят дорого (большинство из них продуцируется брендовыми западными фирмами), и из-за этого многие местные производители на них экономят (их надо добавлять в количестве 0,1–2, а то и 5%). Вместо новых ГОСТов в производстве используются ТУ, и ГОСТы 20-летней давности. Для сравнения, в ЕС обновление стандартов по стабилизаторам проходит раз в 10 лет. Каждый из видов УФС имеет особенности, которые следует учитывать при использовании. К примеру, аминные УФС приводят к потемнению материала, и для светлых изделий их использовать не рекомендуется. Для них используются фенольные УФС.

Заметим, что присутствие УФС в полимерах, особенно пленках, пока не является само собой разумеющимся, о чем надо помнить потребителям. Солидные производители акцентируют внимание на присутствии УФС в какой-либо продукции. Так, Mitsubishi-Engineering Plastics заявляют о том, что гранулы их поликарбоната NOVAREX содержат УФ-стабилизирующую добавку, «чтобы сотовый поликарбонат мог использоваться в течение 10 лет под усиленным воздействием солнечных лучей». Пример «поближе» – последний апрельский релиз белорусского предприятия «Светлогорск-Химволокно» относительно внедрения новой продукции – ПЭ-пленки с УФС. Помимо объяснений, зачем нужны УФС, пресс-служба предприятия отмечает: пленка с УФС «может иметь срок службы до трех сезонов». Информация от одного из старейших и уважаемых в отрасли предприятий (основано в 1964 году, выпускает химволокна, полиэфирные текстильных нитей, быттовары) показывает: за наличием УФС в полимере потребитель должен следить сам.

Пару слов о рынке

Глобальный рынок свето- и термостабилизаторов приближается к отметке в 5 миллиардов долларов – точнее, к 2018 году ожидается достижение планки в 4,8 миллиардов. Крупнейшим потребителем стабилизаторов является строительная отрасль (в 2010 году 85% стабилизаторов использовалось для производства профилей, труб и кабельной изоляции). С учетом растущей моды на сайдинг (устойчивость которого к светооблучению является важнейшим условием), доля УФС в строительстве может лишь возрастать. Неудивительно, что на рынке светостабилизаторов и сейчас отмечается высокий спрос – крупнейшим потребителем стабилизаторов оказался Азиатско-Тихоокеанский регион, на который приходится до половины глобального спроса. Далее следуют Западная Европа и США. Затем идут рынки в Южной Америке, СНГ и Восточной Европе, на Среднем Востоке – там рост спроса на УФС опережает средние значения, достигая 3,5–4,7% в год.

Мировой рынок еще с 70-х годов стал пополняться предложениями от ведущих еврокомпаний. Так, почти полвека успешно используется УФС марки Tinuvin, для расширения производства которых в 2001 году компанией Ciba был построен новый завод (в 2009 году Ciba вошла в состав BASF). Компания IPG (International Plastic Guide) испытала и вывела на рынок концентрат УФС марки LightformPP для пленок и спанбондов (это нетканый полипропиленовый микропористый паропроницаемый изоляционный материал). Новые УФС, помимо светозащиты, уберегают от разрушающего действия пестицидов (в том числе, сернистых), что особенно важно в агропроме. Новые УФС уже начали поставляться в СНГ (как правило, поставки идут из Западной Европы, США и Южной Кореи). Разработки УФС проводят японская Novarex, западные Clariant, Ampacet, Chemtura, BASF. В последнее время все большее влияние приобретают азиатские продуценты – не только южнокорейские, но и китайские.

Дмитрий Северин