Минеральные краски: история, состав и долговечность.

Введение

Краски с минеральными связующими веществами

Силикатные минеральные краски или минеральные краски – это покрытия с минеральными связующими веществами. В области красок важную роль играют два минеральных связующих: известковый и силикатный. Под воздействием углекислого газа известковые связующие карбонизируются, а связующие на основе жидкого стекла затвердевают. Вместе они образуют гидраты силиката кальция. Известковые краски (за исключением техники фрески) обладают лишь умеренной устойчивостью к атмосферным воздействиям, поэтому их в основном применяют при реставрации памятников. Минеральные краски обычно понимают как силикатные краски. В качестве связующего в них используется калийное жидкое стекло. Их также называют красками на жидком стекле или Keimfarben (по имени изобретателя). Минеральные силикатные покрытия считаются долговечными и устойчивыми к атмосферным воздействиям. Возможен срок службы более ста лет. Здание ратуши в Швице и "Gasthaus Weißer Adler" в Штайн-ам-Райне (оба в Швейцарии) были покрыты минеральной краской в 1891 году, а фасады в Осло – с 1895 года, а в Траунштейне (Германия) – с 1891 года.

История

Алхимики, в своих поисках философского камня (для получения золота), обнаруживали в каминах стеклянные, переливающиеся жемчужины. Песок, смешанный с поташем и нагретый, сплавлялся в жемчужины водяного стекла. Небольшие круглые листы водяного стекла впервые начали промышленно производиться для использования в качестве окон в XIX веке Ван Берле в Герншейме и Иоганном Готфридом Динглером в Аугсбурге. Иоганн Непомук фон Фукс предпринял первые попытки создания красок на основе водяного стекла. Около 1850 года художники Каулбах и Шлоттауэр нанесли фасадную краску на Пинакотеку в Мюнхене. Из-за использования земляных пигментов, которые невозможно силикатировать, краска вымывалась из водяного стекла. В 1878 году ремесленник и исследователь Адольф Вильгельм Кейм запатентовал минеральные краски. С тех пор они производятся компанией-правопреемницей Keimfarben в Дидорфе близ Аугсбурга. Кейм зависел от В. ван Берле как от поставщика водяного стекла. Кейм также пытался самостоятельно производить силикатные краски. Его эксперименты длились годами, но в конечном итоге он достиг хороших результатов. Silinwerk van Baerle в Герншейме у реки Рейн и Keimfarben в Дидорфе близ Аугсбурга – известные производители. Толчком к интенсивным исследованиям Кейма стал король Людвиг I Баварский. Этот монарх, увлекавшийся искусством, был настолько впечатлен красочными фресками из извести в Северной Италии, что пожелал увидеть подобные произведения искусства и в своем королевстве Баварии. Однако погода к северу от Альп, известная своей суровостью, быстро разрушала эти произведения искусства. Поэтому он поручил баварской науке разработать краску, которая выглядела бы как известковая, но была бы более долговечной.

Свойства

Минеральная краска содержит неорганические пигменты и на основе калия, щелочной силикат (водяное стекло), также известный как силикат калия, жидкий силикат калия или LIQVOR SILICIVM. Покрытие минеральными красками не образует плёнку, а вместо этого прочно связывается с материалом основания (силицификация). В результате достигается высокопрочное соединение между слоем краски и основанием. Связующее вещество – водяное стекло – обладает высокой устойчивостью к ультрафиолетовому излучению. В то время как дисперсии на основе акриловых или силиконовых смол со временем становятся хрупкими, меловыми и растрескиваются под воздействием УФ-лучей, неорганическое связующее – водяное стекло – остаётся стабильным. Химическое соединение с основанием и УФ-стабильность связующего являются ключевыми причинами исключительного срока службы силикатных красок. Силикатные краски требуют кремнисодержащего основания для схватывания. Поэтому они идеально подходят для минеральных оснований, таких как минеральные штукатурки и бетон, и имеют ограниченное применение для дерева и металла. Проницаемость силикатных красок для водяного пара соответствует проницаемости основания, поэтому они не препятствуют диффузии водяного пара. Влага, содержащаяся в конструкции или штукатурке, может свободно выходить наружу, что сохраняет стены сухими и предотвращает повреждения. Это помогает избежать конденсации влаги на поверхности строительных материалов и снижает риск заражения водорослями и грибками. Высокая щёлочность связующего водяного стекла усиливает антимикробный эффект и устраняет необходимость в дополнительных консервантах. Поскольку минеральные краски не накапливают статический заряд и не проявляют термопластичности (липкости при нагревании), свойственной покрытиям на основе дисперсий или силиконовых смол, загрязнения происходят реже, меньше частиц грязи прилипают к поверхности и их легче удалять. Силикатные краски негорючи и не содержат органических добавок или растворителей (DIN 18363 Покрытия и покраска, раздел 2.4.1). Силикатные краски отличаются высокой стабильностью цветового тона. Благодаря использованию исключительно минеральных пигментов, не выцветающих под воздействием УФ-излучения, покрытие силикатной краской сохраняет свой цвет на протяжении десятилетий. Силикатные краски производятся из минерального сырья. Они экологически безопасны как в производстве, так и в эксплуатации. Их долговечность способствует сохранению ресурсов, а отсутствие вредных веществ благоприятно для здоровья и окружающей среды. Именно поэтому силикатные краски стали популярны, особенно в экологическом строительстве.

Mineral paint contains inorganic colorants, and potassium based, alkali silicate (water glass), also known as potassium silicate, liquid potassium silicate, or LIQVOR SILICIVM. A coat with mineral colors does not form a layer but instead permanently bonds to the substrate material (silicification). The result is a highly durable connection between paint coat and substrate. The water glass binding agent is highly resistant to UV light. While dispersions based on acrylate or silicone resin over the years tend to grow brittle, chalky, and crack under UV, the inorganic binder water glass remains stable. The chemical fusion with the substrate and the UV stability of the binder are the fundamental reasons for the extraordinarily high lifetime of silicate paints. Silicate paints require siliceous substrate for setting. For this reason they are highly suitable for mineral substrates such as mineral plasters and concrete, thus they are of only limited use for application on wood and metal. The permeability to water vapor of silicate paints is equivalent to that of the substrate, so silicate paints do not inhibit the diffusion of water vapor. Moisture contained in parts of a structure or in the plaster may diffuse outward without resistance: this keeps walls dry and prevents structural damage. This addition helps avoid condensation of water on the surface of building materials, reducing the risk of infestation by algae and fungi. The high alkalinity of the water glass binding agent adds to the inhibitory effect against infestation by microorganisms and eliminates the need for additional preservatives. As mineral paint coats are not prone to static charging and thermo plasticity (stickiness developing under heat), which is common for surfaces coated with dispersion or silicone resin, soiling happens less, so fewer dirt particles cling to the surface and are easier to wash off. Silicate paints are incombustible and free of organic additives or solvents (DIN 18363 Painting and coating work Section 2.4.1). Silicate paints are highly color tone stable. As they are solely colored with mineral pigments that do not fade with exposure to UV radiation, the silicate paint coats remain constant in color for decades. Silicate paints are based upon mineral raw materials. They are environmentally compatible in manufacture and effect. Their high durability helps to preserve resources, and their contaminant free composition preserves health and environment. For this reason, silicate paints have gained popularity, especially in sustainable construction.

Типы

Обычно выделяют три типа силикатных красок: чистая силикатная краска, состоящая из двух компонентов – цветного порошка в сухом или водном виде и жидкого связующего – водяного стекла (DIN 18363 Работы по покраске и покрытию, раздел 2.4.1). Нанесение чистых силикатных красок требует значительного опыта и специальных знаний. Они особенно часто используются при реставрации исторических зданий. Около середины 20-го века была разработана первая однокомпонентная силикатная краска. Добавление до 5 мас. % органических добавок (например, акриловой дисперсии, гидрофобизаторов, загустителей и т.п.) позволяет выпускать готовую к применению краску в заводской упаковке. Такие краски также называют "дисперсионными силикатными красками" (DIN 18363 Работы по покраске и покрытию, раздел 2.4.1). Область применения таких силикатных красок значительно шире, чем у чистых силикатных красок, поскольку дисперсия позволяет наносить покрытия на менее прочные основания и/или органические поверхности. Кроме того, нанесение и обработка дисперсионных силикатных красок проще, чем чистых силикатных красок. С 2002 года известна третья категория силикатных красок: соль-силикатная краска. Связующее вещество в ней – комбинация коллоидного кремнезёма и водяного стекла. Содержание органических компонентов ограничено 5 мас. %, как и в дисперсионных силикатных красках, что обеспечивает химическое отверждение и сохранение характерных преимуществ силикатных покрытий. Соль-силикатная краска позволяет использовать её на неминеральных штукатурках, где адгезия происходит как химическим, так и физическим путём. Соль-силикатная краска совершила революцию в области применения силикатных красок. Эти краски легко и безопасно наносятся практически на любые распространенные основания.