Кочеткова М.В., Гусев Н.И.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства,

Россия

НАНОТЕХНОЛОГИИ В БОРЬБЕ С СОСУЛЬКАМИ НА КРЫШАХ

Использование гидрофобных композиций в качестве средств для борьбы с обледенением крыш все больше привлекает к себе внимание хозяйственников. Гидрофобная обработка обеспечивает быстрый сход вновь образуемого водного льда при повторяющихся циклах замерзания-оттаивания, не давая ему формироваться в большие ледяные сосульки и натеки. Такие гидрофобные композиции наносятся на металл, бетон и иные основания вручную, кистью, валиком или с помощью распылителей на чистые, сухие поверхности, свободные от ржавчины, масел, жира и т.п. Отверждение композиций происходит при температурах выше +5°С.

При испытаниях на отрыв разрушается внутренняя структура льда, а его остатки сохраняются на поверхности кровельных материалов. В то же время, адгезионная прочность льда с покрытием из гидрофобной композиции антиобледенения практически полностью отсутствует и составляет менее 0,02 МПа.

Производство антиобледенительных композиций на сегодняшний день хорошо налажено. Покрытия из растворов синтетического каучука, кремнийорганические и фторопластовые растворы, работают по принципу тефлоновой сковородки: на поверхностях, покрытых составом, практически отсутствует сцепление льда с кровельным материалом. Это упрощает "сход" вновь образующегося снега и льда, облегчают работы по очистке крыш. Фторопластовые покрытия можно создавать методом горячего отверждения на изготовленных в заводских условиях элементах. Кремнийорганические составы на крышах практически не применяются из-за низких эксплуатационных характеристик - растрескивание, слабая гидрофобность и стойкость к ультрафиолетовому облучению. Антиобледенительные композиции из синтетического каучука, позволяющие производить их нанесение на существующие и новые объекты в естественных условиях природной среды, получены впервые. Антиадгезионные, для водного льда, полимерные пленки прочны, стойки к ультрафиолетовому облучению, к коррозии и кислотным дождям, обладают высокими гидрофобными свойствами.

Главное достоинство этого вида защитных систем в том, что они направлены именно на профилактику льдообразования, а также они не требуют дополнительного вмешательства после устройства покрытия. К тому же стоимость обработки 1 м² кровли составляет порядка 300 руб. при цене 1 кг состава в пределах 1 тыс. руб.(цены 2013г).

В последнее время в борьбу с обледенением крыш вступили серьезные организации мира. Так ученые Гарвардского университета вместе с учеными университета Висконсина работают над созданием структурной поверхности, препятствующей образованию на ней слоя водяного льда. Такие наноструктурированные поверхности не дают возможности формироваться на них ледовым пленкам, наделяя их супергидрофобными свойствами. При нанесении капель воды на такие поверхности, в условиях отрицательных температур, вода отталкивается поверхностью и не успевает замерзнуть. Супергидрофобные поверхности способны отражать и воду, падающую на них с большой скоростью. Лед не может образоваться даже при сильном морозе, доходящем до -30^оС. При еще более низкой температуре вода может замерзать, превращаясь в лед, который легко удаляется, не примерзая к основанию.

Ученым удалось разработать материал с супергидрофобными свойствами на основе кремния. При обработке такого материала водой ии обдува влажным воздухом при низких температурах, на его поверхности лед не образуется, так как влага в жидком или замерзшем состоянии на такие поверхности не намерзает и к ним не прилипает.

Наноструктурированный материал приобретает водоотталкивающие свойства не вследствие его поверхности каким-либо химическим веществом, а благодаря созданию особой структуры на его поверхности. Эта структура не гладкая и ровная, а рельефная, состоящая из выпуклостей и впадин, напоминая плохо затертую поверхность штукатурки или бетона. На первый взгляд, такая поверхность должна способствовать легкому намораживанию льда и надежно его удерживать. Однако в нашем случае это не происходит. Секрет кроется в размерах неровностей, которые очень малы. Молекулы воды, попадая на такую поверхность, растекаются по ее микроскопическим выступам, а затем, под действием сил межмолекулярного взаимодействия, молекулы воды формируются в круглые капли, которые не могут удержаться на поверхности и скатываются с нее, не превращаясь в лед. При низкой же температуре капли могут замерзнуть, но они не способны создать прочное, примороженное к основанию, покрытие, которое трудно от него отодрать. В результате такой намороженный лед из разобщенных шариков легко удаляется не слипаясь.

Как видно из описания, идеи использования наноструктурированных поверхностей, предварительно обработанных кремнием с добавлением атомов фтора весьма плодотворно и по сути, проблема вредного намораживания льда на них может быть решена. Однако, по сути широкого применения идеи наноструктуризации поверхностей лежит такое препятствие, как ее высокая стоимость., которая в перспективе может быть снижена.

Мы продолжаем полагать, что массово доступным способом борьбы за крыши без сосулек является проверенный веками способ «холодных чердаков».

Подводя итог сказанному, следует считать, что применение гидрофобизирующих средств, как и нанотехнологий, весьма перспективно.