25575923 

  

glass2018 480x120  

 lisec SS FastLAne

 

20180817doe12 baner-480-100

 

 

 

Degradacja powierzchni szkła jest możliwa do zahamowania
Data dodania: 30.05.11

Wszystkie powierzchnie użytkowe podlegają procesowi starzenia się, który obniża ich właściwości użytkowe, wpływa negatywnie na estetykę oraz coraz bardziej utrudnia konserwację.

Powszechne jest zabezpieczanie większości materiałów, takich jak metale, a sposoby ich ochrony są ogólnie znane. Jednakże w większości przypadków jeden materiał jest zazwyczaj pozbawiony zabezpieczeń: szkło.

 

Powierzchnia nowego szkła jest czysta, błyszcząca, zapewnia doskonałą widoczność oraz jest łatwa do utrzymania w czystości. Wbrew powszechnemu przekonaniu powierzchnia szkła nie jest całkowicie gładka. Struktura szkła jest przez fachowców nazywana strukturą krystaliczną, lub strukturą plastra miodu.

 

Obraz mikroskopowy, przedstawiony na rys. 1, przedstawia nierówności powierzchni pokrytej „wzgórzami” i zagłębieniami. Zanieczyszczenia, zarówno pochodzenia organicznego, jak i nieorganicznego, stopniowo wypełniają te zagłębienia wiążąc się z powierzchnią szkła. W wyniku tego procesu szkło coraz łatwiej ulega zabrudzeniom i odbarwieniom obniżając zakres widoczności i utrudniając czyszczenie powierzchni i utrzymanie jej w czystości.

 

  

Rys. 1.

 

Powierzchnia szkła ma właściwości hydrofilowe i wraz z upływem czasu podlega procesowi trawienia, który stopniowo prowadzi do powstawania coraz większych nierówności i, w niektórych przypadkach, do nieodwracalnych uszkodzeń.

 

Proces ten ma kluczowe znaczenie dla właścicieli budynków oraz użytkowników szkła, prowadząc do eskalacji kosztów utrzymania i pracochłonności konserwacji czy też renowacji. Czasami prowadzi do konieczności wymiany szyb, a we wszystkich przypadkach do obniżenia oczekiwanych parametrów użytkowych.

 

  

a)

 

 

  

 

 

 

b)

 

 

 

 

    

 

c)

 

  

 

  

 

 

d)

 

 

 

 

 

  

Rys. 2. Odparowywanie kropli wody na powierzchni nowego szkła

a) kropla wody na szkle

b) węglan sodowy rozpuszczony na wyróżnionym obszarze

c) kropla nasycona. Postępujące parowanie prowadzi do odkładania osadu węglanu sodu

d) efekt działania na powierzchni bogatej w krzem; w centrum osad materiału bogatego w węglan sodu.

 

Przyczyny niszczenia powierzchni szkła
Szkło podlega procesowi trawienia spowodowanemu reakcjami zachodzącymi pomiędzy powierzchnią szkła i gazami atmosferycznymi, w sposób analogiczny do procesu korozji metali. Proces ten ma głównie związek z kondensacją wilgoci, oparów, lub reakcją z roztworem o odczynie zasadowym.

 

Szkło jest substancją hydrofilową, co oznacza, że przyciąga i zatrzymuje wilgoć. Na każdej powierzchni szklanej znajduje się molekularna warstwa wilgoci.

 

Gdy warstwa ta ulegnie powiększeniu na skutek opadów deszczu, lub wilgoci absorbowanej z powietrza może ona prowadzić do ograniczenia widoczności a w efekcie do obniżenia komfortu użytkowania i poziomu bezpieczeństwa, jednakże przede wszystkim przyczynia się w znaczący sposób do niszczenia powierzchni szkła.

 

W procesie trawienia szkła wyodrębnić można dwa odrębne stadia, które występują jednocześnie lub osobno. Pierwszym stadium jest trawienie wodne powodowane działaniem wilgoci.

 

Proces ten definiowany jest jako wymiana jonowa, lub ekstrakcja zasadowa czyli wypłukiwanie. Wymiana jonowa zachodzi pomiędzy jonami sodu tworzącymi strukturę szkła i jonami wodoru roztworu trawiącego.

 

Pozostałe składniki szkła pozostają nienaruszone, lecz w efekcie procesu zwiększa się obszar mający kontakt z roztworem trawiącym. Zwiększenie powierzchni prowadzi do ekstrakcji, lub wypłukiwania jonów zasadowych ze szkła pozostawiając na powierzchni powłokę bogatą w krzem.

 

Wraz ze spadkiem stężenia krzemu (SiO2) w szkle zwiększa się rozpuszczana powierzchnia szkła. Współczynnik pH roztworu wchodzącego w kontakt ze szkłem ma kluczowe znaczenie dla przebiegu procesu trawienia.

Gwałtowny wzrost współczynnika pH powoduje szybki rozpad powierzchni szkła.

 

Wyróżniamy dwa rodzaje trawienia wodnego: trawienie statyczne i trawienie dynamiczne. Trawienie wodne statyczne spowodowane jest wychwytywaniem wilgoci na powierzchni szkła. W trawieniu dynamicznym, roztwór trawiący uzupełniany jest poprzez przepływ cieczy kondensacyjnej. Nawet pojedyncza kropla wilgoci na powierzchni niezabezpieczonego szkła może doprowadzić do uszkodzenia widocznego gołym okiem w dobrym oświetleniu, co pokazano na rys. 2.

 

Drugim stadium trawienia jest proces niszczenia wypłukanej powierzchni szkła. Szkło, choć odporne na działanie większości kwasów, jest podatne na działanie materiałów zasadowych, a w szczególności jonów (OH)- w stężeniu przewyższającym współczynnik pH 9.0. W rezultacie dochodzi do osłabienia wiązań krzemowo-tlenowych (Si-O), co prowadzi do rozpuszczenia powierzchni szkła.

 

Produkty czyszczące o odczynie zasadowym są łatwo dostępne i powszechnie stosowane w czyszczeniu powierzchni szklanych, czasami bez względu na wskazania. Szkło ulega również uszkodzeniu poprzez stosowanie niewłaściwych metod konserwacji i środków o własnościach ścierających.

 

Nawet pojedyncza kropla czystej wody odparowująca na powierzchni nowego szkła w sposób opisany powyżej może prowadzić do powstania skazy widocznej gołym okiem w dobrym oświetleniu. Powstałe w ten sposób uszkodzenie może potencjalnie ulegać dalszemu pogłębieniu w procesie trawienia powierzchni.

 

Inne źródła czynników zasadowych wchodzące w reakcje chemiczne ze szkłem w obecności wilgoci zostały opisane w tabeli 1. Wiążą się one ściśle z powierzchnią szkła i stanowią przyczynę ogólnej jej degradacji. Początkowo uszkodzenia widoczne są jako smugi lub zaplamienia, lecz z czasem mogą przechodzić w uszkodzenia fizyczne lub wytrawienie powierzchni.

 

Renowacja, zabezpieczenie i konserwacja szkła
System ClearShield to unikalny system ochrony przeznaczony dla wszystkich typów szkła, zarówno w produkcji fabrycznej, jak i na miejscu instalacji. Wiedza specjalistyczna umożliwia jego zastosowanie zarówno do renowacji szkła, którego właściwości użytkowe uległy znacznej degradacji poprzez zabrudzenia i przebarwienia, jak i zabezpieczania i konserwacji nowego lub wcześniej odnowionego szkła w celu zatrzymania dalszego spadku właściwości użytkowych.

 

Renowacja powierzchni
W 1982 roku firma RITEC International zapoczątkowała prace nad powłokami zabezpieczającymi dla szkła płaskiego, wprowadzając technologię powłok „nieprzywierających”. Prowadzone na szeroką skalę badania oraz doświadczenia umożliwiły dogłębne zrozumienie procesów i specjalizację w dziedzinie renowacji szkła. Współczesny system ClearShield pozwala usunąć już wszystkie zanieczyszczenia powstałe pod wpływem opisanego powyżej procesu trawienia bez ścierania powierzchni.

 

Zanieczyszczenia organiczne i nieorganiczne, opisane w tabeli 1, odkładają się na szkle i wiążą ściśle z powierzchnią. Firma RITEC opracowała pełną gamę rozwiązań służących skutecznemu usuwaniu takich właśnie zanieczyszczeń.

 

Tabela 1. Rodzaje zanieczyszczeń tworzących wiązania chemiczne ze szkłem

 

Dzięki pracom prowadzonym w szeregu warunków środowiskowych, od floty morskiej począwszy a na placach budowy w różnych strefach klimatycznych skończywszy, możliwa stała się renowacja szkła poprzez przerywanie wiązań między powierzchnią szkła i warstwą zanieczyszczeń bez konieczności uciekania się do stosowania czynników i metod ścierających.

 

Proces renowacji umożliwia przywrócenie szkła do stanu nowego a jego właściwości użytkowe, zakres widoczności, przejrzystość i stopień czystości zostają przywrócone jak widać na zamieszczonych fot. 1-3.

 

Fot. 1. Renowacja szkła elewacyjnego

 

 

Fot. 2. Renowacja powierzchni poziomej

 

Fot. 3. Renowacja powierzchni pionowej

 

Zabezpieczenie powierzchni szkła
Powłoka ClearShield zabezpieczająca powierzchnię szkła to żywica polimerowa o specjalnie opracowanym składzie. Powłoka wchodzi w reakcję chemiczną ze szkłem na poziomie cząsteczkowym, modyfikując je powierzchniowo, co uwidoczniono na rys. 3.

 

Powłoki ClearShield mają szczególne własności sieciujące, które zapewniają trwałość tworzonej warstwy zabezpieczającej. Polimer rozprowadzony po powierzchni szkła tworzy silne wiązania ze szkłem, jak i ze sobą, prowadząc do powstania nowej powierzchni wielocząsteczkowej, która równocześnie staje się częścią szkła. Istnienie powierzchni wielocząsteczkowej potwierdzone zostało analizami przeprowadzonymi przez ISST (Instytut Badań i Technologii Powierzchni) przy zastosowaniu spektrometru elektronowego Augera. Urządzenie pozwala na przeprowadzenie analizy pierwiastkowej i mierzy skład w rozdzielczości na poziomie powłoki atomowej na bardzo małym obszarze powierzchni szkła.

 

 

Rys. 3. Powierzchnia szkła „nieprzywierającego” ClearShield

 

Powłoka ClearShield odwzorowuje kontur powierzchni szkła przy zachowaniu grubości poniżej jednego mikrona. Należy również zauważyć, że powłoki ClearShield wiążą się wyłącznie z powierzchniami szklistymi. Z innych powierzchni zmywają się przy użyciu tradycyjnych metod, takich jak roztwór wody z mydłem.

 

Szkło niezabezpieczone o wysokich wymogach konserwacyjnych zostaje przekształcone w szkło „nieprzywierające” ClearShield. Zakonserwowana powierzchnia szkła ClearShield jest całkowicie obojętna chemicznie. Powłoka ClearShield jest barierą ochronną zabezpieczającą przed wiązaniem z zanieczyszczeniami i jest bardziej odporna na działanie czynników zasadowych i wilgoci niż zwykłe szkło.

 

W rezultacie otrzymujemy powierzchnię łatwiejszą w utrzymaniu i odporną na zabrudzenia. Szkło z powłokami ClearShield zapobiega również przywieraniu mikroorganizmów a przez to wpływa korzystnie na higienę otoczenia.

 

Tabela 2. Próby eksploatacyjne powłok ClearShield  przeprowadzone przez niezależne laboratoria badawcze

 

Znaczenie praktyczne
Jak widać, niszczenie powierzchni szkła nie jest procesem nieuchronnym. Można ją zabezpieczyć i odnowić. Sposób, w jaki może zostać to wykonane, ma kluczowe znaczenie dla doboru systemu zabezpieczenia powierzchni szkła. Równie duże znaczenie mają czynniki praktyczne.

 

Do pierwszorzędnych należą bezpieczeństwo i higiena użycia, jak również związane z nimi bezpośrednio, wszechstronność i bezpieczeństwo stosowania.

 

Toksyczność i łatwopalność rozpuszczalników stosowanych w procesie mają kluczowe znaczenia dla bezpieczeństwa użytkownika i środowiska naturalnego. System powłok ClearShield jest nietoksyczny i bezpieczny w stosowaniu a klasyfikacja umiejscawia go jedynie jako substancję drażniącą dla skóry i oczu.

 

Ręczna aplikacja, jak i rozpylanie produktów o niskiej temperaturze zapłonu może być bardzo niebezpieczne.

 

Źródła elektryczności statycznej oraz inne źródła iskrzenia stanowią poważne zagrożenie a przy odpowiednio wysokich stężeniach oparów w powietrzu zwiększa się ryzyko eksplozji. Otoczenie musi spełniać określone wymogi bezpieczeństwa, jako wolne od źródeł iskrzenia i elektryczności statycznej.

 

W niektórych przypadkach użycie telefonów komórkowych może być zabronione ze względów bezpieczeństwa.

 

Powłoki ClearShield nie mają punktu  samozapłonu, co zostało uwidocznione w tabeli 2, a więc mogą być bezpiecznie stosowane zarówno przy aplikacji ręcznej, jak i rozpylaniu bez konieczności stosowania wyposażenia beziskrowego i zabezpieczania otoczenia w tym zakresie.

 

Szkło z powłokami ClearShield nie wymaga stosowania żadnych szczególnych środków bezpieczeństwa. Nawet, jeśli nadmierna powłoka polimerowa pozostanie na powierzchni szkła, zapewnia ona jedynie dodatkową ochronę podczas montażu. Powłoki ClearShield mają nieograniczony okres magazynowania, znacznie obniżając potencjalne straty wynikające z nieprzydatności produktu do użycia, lub z tytułu reklamacji.

 

Przed użyciem należy jedynie sprawdzić, czy uszczelniacze w szkleniu architektonicznym, oknach, szklarniach i kabinach prysznicowych są odpowiednie do stosowania na powłokach ClearShield. Szereg wiodących producentów uszczelniaczy, takich jak DOW CORNING, EGO, SIKA, WACKER CHEMIE, OTTO CHEMIE i SIMSON zatwierdziło zgodność niektórych ze swoich produktów z powłokami ClearShield.

 

Sprawdzona technologia
Niszczenie powierzchni szklanych oraz przebarwianie i utrudniona konserwacja opisane wcześniej jasno wskazują na konieczność stosowania środków zabezpieczających powierzchniowo. Głównymi zadaniami każdego systemu ochrony powierzchni szklanych są trwałość i funkcjonalność w perspektywie długoterminowej, jednakże ich sprawdzenie w warunkach próby przyspieszonej jest znacznie utrudnione.

 

W ciągu ostatnich 16 lat wiele niezależnych  laboratoriów badawczych i firm branży szklarskiej przeprowadziło szereg testów na powłokach ClearShield Glass.

 

Najczęściej przytaczanym testem jest próba kąta zwilżania, stosowana jako miara hydrofobowości. Konfederacja producentów szkła British Glass (wcześniej Komisja Badawcza Brytyjskiego Przemysłu Szklarskiego – The British Glass Industry Research Association) przeprowadziła próby kąta zwilżania na szkle zabezpieczonym powłokami ClearShield. Kąt zwilżania w próbach wahał się od 95 do 105°, przy średnim odczycie 98°, co oznacza wysoki poziom hydrofobowości.

 

Chropowatość powierzchni szkła i niejednorodność chemiczna mają wpływ na dokładność pomiaru kąta zwilżania i chociaż wyniki testu mogą być ogólnym wskaźnikiem efektywności działania po nałożeniu powłok, to jednak ich związek z trwałością i żywotnością ochrony jest trudny do stwierdzenia.

 

Naturalny proces starzenia się pod wpływem czynników atmosferycznych, który ma rzeczywisty wpływ na trwałość systemów ochrony powierzchni, stanowi wypadkową współdziałania szeregu składowych, takich jak słońce, deszcz, mróz i zanieczyszczenia atmosferyczne (trawienie powierzchni), promieniowanie UV, ciepło wynikające z działania promieniowania podczerwonego, proces utlenienia i zanieczyszczenia unoszące się w powietrzu.

 

Z tego też powodu – choć ClearShield nie jest powłoką w stricte technicznym znaczeniu, lecz systemem modyfikującym powierzchnię szkła – w celu określenia odporności na działanie czynników atmosferycznych przeprowadzono wszystkie standardowe testy laboratoryjne badające odporność powłok.

 

System ClearShield przeszedł wszystkie próby pomyślnie, co uwidoczniono w tabeli 2.

 

Zarówno firma RITEC jak i szereg organizacji technicznych z dziedziny technologii szkła i powłok są zgodne co do tego, że testy laboratoryjne przedstawiają jedynie wartość merytoryczną w zakresie analizy jakościowej systemów i nie mogą służyć przewidywaniu funkcjonowania w rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych; co więcej, nawet wyniki badań w warunkach rzeczywistych i klasyfikacje prowadzone na ich podstawie są nierzadko niespójne. Próby eksploatacyjne nie mogą zastąpić doświadczenia w warunkach rzeczywistych.

 

Zastosowanie


Wieża kontroli lotów lotniska Schipol, Amsterdam
Panele ze szkła ClearShield zostały tu zainstalowane w 1991 roku. Drogie panele z wysoce wyspecjalizowanego szkła wyprodukowane przez hutę szkła SAINT-GOBAIN zostały, przed montażem, poddane obróbce fabrycznej Systemem ClearShield.

 

Zanieczyszczenia, takie jak niespalone węglowodory, stwarzają bardzo agresywne środowisko dla powierzchni szklanych na terenie portów lotniczych.

Trawienie szkła pod wpływem tego typu zanieczyszczeń oraz czynników atmosferycznych prowadzi do znacznego ograniczenia widoczności obniżając poziom bezpieczeństwa i utrudniając czyszczenie.

 

Konwersja szkła została przeprowadzona przez RITEC Benelux a okres serwisowania określono na 5 lat. Trwałość powłok zabezpieczających jest zróżnicowana, w zależności od ekspozycji szkła na działanie czynników zewnętrznych. Od montażu panele czyszczone są średnio raz w miesiącu.

Po upływie dziesięciu lat od montażu zarząd lotniska zwrócił się z prośbą o przeprowadzenie inspekcji paneli pod kątem właściwości użytkowych szkła i w razie konieczności ponownej aplikacji powłok ClearShield na powierzchniach zużytych w procesie ścierania.

 

Przeprowadzone testy wykazały, że ponowna aplikacja powłok ClearShield nie była konieczna a z wyników jasno wynikało, że 10 lat od montażu system nadal spełniał wszystkie pierwotne wymagania.

 

Budynek Lloyds of London
Podczas przeprowadzania rutynowej inspekcji na początku lat 90. ub. w. właściciele budynku Lloyds of London stwierdzili, że farba pokrywająca obramowanie wokół przedsionka odchodzi od podłoża a odrywające się płaty powłoki malarskiej opadały na szkło przywierając do niego, co w znacznym stopniu utrudniało proces czyszczenia konstrukcji.

 

Powierzchnia szkła została więc przekształcona przy użyciu systemu ClearShield. Dziś farba nadal odpada od obramowania, lecz dzięki zastosowaniu powłok nieprzywierających usuwanie jej z powierzchni szkła jest znacznie łatwiejsze, nie występują przebarwienia szkła a konwencjonalne metody czyszczące są w zupełności wystarczające do utrzymania powierzchni w czystości.

 

 

Serge Perkoff, Stephen Byers
RITEC International Ltd 

 

Źródło

Corning Museum of Glass, Education, Properties of Glass: Chemical www.cmog.org/index.asp?pageld=716


EMPA Rozdział 136 Corrosion and Surface Protection, Artificial weathering and ageing. www.empa.ch/englisch/fachber/abt136/index.htm

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym

inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne

więcej informacj: Świat Szkła 5/2011

 

 

 

01 chik
01 chik