Самоочищающийся японский фиброцементный сайдинг – рекламный трюк или нанотехнологии?

Самоочищающийся японский фиброцементный сайдинг – рекламный трюк или нанотехнологии?

Изобретателем метода производства фиброцементных панелей (цементно-волокнистых) является австрийский промышленник чешского происхождения Людвиг Гатчек (1856 – 1914 гг). 28 марта 1900 года в Вене – столице Австро-Венгерской Империи, он получил патент № 5970 на новый метод производства строительных материалов "Процесс производства плит из искусственного камня с гидравлическими вяжущими веществами с применением волокнистых материалов", в последствии названных «фиброцементом».

Вскоре фиброцемент стал воплощением современной архитектуры, и сегодня сложно представить архитектуру без него. В 1920-х годах проводилось много экспериментов с материалом, но стремительный рост его применения пришелся на 1950-1960 годы.

Сегодня множество фасадов не только в Европе облицованы фасадными панелями из фиброцемента. Выдающимся примером является дом 1957 года постройки в Токио японского архитектора Кензо Танге. В этом доме скомбинированы традиционные японские мотивы и современные материалы на основе цемента. Он создал первую в Японии вентилируемую систему на фасаде деревянного дома, фасадным материалом которого на тот момент служила многослойная рисовая бумага. После этого фиброцементные строительные материалы завоевали в Японии огромную популярность.

Фиброцементные облицовачные материалы изготавливаются из цементного раствора (бетон-матрица) и армирующих его волокон-фибр (асбест, стекловолокно, поливинилацетат или целлюлоза), равномерно распределенных по объему изделия. Чем выше равномерность  распределения фибр, тем более технологичным будет материал.  А благодаря сцеплению по поверхности бетона и фибр образуется огромная площадь их перекрытия (от 10000 до 50000 м2 на 1м3 изделий в зависимости от назначения получаемого материала), формирующая качественно новые свойства материала.

В настоящее время в Японии, Западной Европе, США  производят фиброцементные фасадные панели с использованием марок бетона от М700 и выше, что в совокупности с напрягающими цементами расширяет возможности применения панелей.

Японские фирмы-производители фиброцементных  панелей: KMEW, NICHIHA, ASAHITOSTEM используют самую передовую экструзионную технологию, позволяющую получить продукцию с максимально возможными физико-химическими свойствами за счёт идеального диспергирования фибр и добавок в бетон-матрице.

Цемент, являющийся основным материалом для внешних стеновых конструкций, полностью затвердевает через несколько дней, а с химической точки зрения окончательная стабилизация этого материала происходит через несколько месяцев, а то и лет. Поэтому после завершения работы размеры конструкции могут измениться, могут возникнуть деформации и трещины. Японские производители фиброцементных  панелей решили эти проблемы благодаря обжигу и затвердеванию основного материала для внешних стеновых конструкций при высокой температуре и давлении, используется автоклавирование с рекуперацией. Благодаря этому, сжатие и изменение геометрии изделия, которые обычно возникают при сушке, а так же  разбухание, которое обычно возникает при обжиге, почти не происходят, что позволяет получать фиброцементные панели со стабильной прочностью. Такой материал не страдает от разрушительного воздействия мороза. С помощью автоклавирования с рекуперацией на поверхности изделия формируются кристаллы гидросиликата кальция. Такая игольчатая кристаллическая структура имеет большую прочность, стабильна и не подвержена химическим изменениям при нагреве или воздействии воды.

Кроме этого все  японские производители фиброцементных панелей в своём ассортименте имеют фиброцементные панели с самоочищающимся керамическим покрытием. Создание материалов с такими удивительными свойствами неразрывно связано с использованием  наноразмерных систем. Это стало возможным благодаря разработке целого ряда новых методов, позволяющих синтезировать структуры со свойствами, регулируемыми на атомно-молекулярном уровне.

NICHIHA и ASAHITOSTEM для систем самоочистки используют систему силикагель-фторуглеродные соединения. Силикагель – твёрдый гидрофильный сорбент, получаемый из пересыщенных растворов кремниевых кислот и содержащий от 10 до 70 % свободного аморфного диоксида кремния. Силикагель обладает огромной площадью поверхности – 500 м2/1 г и благодаря этому поглощает влагу из воздуха. Гранулы силикагеля размером до 0,01 мм, с добавлением фторидных соединений, наносят на лицевую поверхность фиброцементных панелей, прошедших автоклавирование. Силикагель заполняет мельчайшие поры на поверхности панели и поглощает влагу из воздуха, образуется тончайшая плёнка воды, благодаря которой грязь, попавшая на поверхность панели не оседает на ней, а смывается дождём. Фторуглеродные соединения торговой марки LUMIFLON (разработка ASAHITOSTEM) используются в виде PVDF– поливинилидена или FEVE– фторэтиленвинилэфира сополимера. Покрытие LUMIFLON обеспечивает стойкость панелей к негативному воздействию внешней среды; стойкость к загрязнению: благодаря высокому содержанию фтора поверхность долгое время остаётся чистой и хорошо выглядит; стойкость к грибковым загрязнениям.

Как уже было отмечено выше, свойства твёрдых тел определяются не только химическим составом, но и особенностями их структуры. В последнее время ведутся интенсивные исследования по созданию таких твердофазных материалов, которые характеризуются широким спектром физико-химических свойств, благодаря чему находят применение во многих технологических процессах.  Для активирования исходных реагентов и достижения требуемых характеристик (плотности, прочности, термостойкости и др.) при синтезе таких материалов широко используется введение в них микродобавок. В качестве таковых наиболее широко используется диоксид титана, обладающий целым рядом уникальных свойств. Это ценное сырьё в производстве пигментов для лакокрасочной промышленности и отрасли переработки полимерных материалов, диэлектрической керамики и керамических плёнок. В настоящее время диоксид титана широко используется в области фотокатализа. Фотокаталитические процессы используются и для очистки воздуха. Нанесённый на оксидную матрицу TiO2 под действием энергии света (ультрафиолетовой области), кислорода воздуха и воды, образует свободные радикалы, которые способны разрушить органические и неорганические (в меньшей степени) загрязнители атмосферы. Основными загрязнителями окружающей среды являются SO2, NOx, CO, бензол, полициклические ароматические углеводороды.

H2O + h+ → H+ + OH- 

O2 + e- → O2- 

OH- + OH- → H2O2 

2NO + O2 → 2 NO2

2NO2 + O2 → 2NO3

Эти процессы лежат в основе действия титаноксидных катализаторов, которые добавляются для производства цементов, разработанных группой Italcementi. Изделия из такого цемента обладают свойствами самоочищения и удаления загрязнений из атмосферы. Исследования показали, что использование цемента с содержанием диоксида титана уменьшает содержание NOx в среднем на 80% .

Существует целый ряд методов по нанесению диоксида титана на инертные носители, таких как молекулярное наслаивание, пропитка, осаждение из газовой фазы, гидролиз.

Методом молекулярного наслаивания можно создавать на поверхности равномерные слои вещества заданной толщины с точностью до монослоя, наносить в заданной последовательности монослои разной природы, то есть задавать строго состав и строение синтезируемого твёрдого вещества. При этом структурные единицы размещаются с плотностью и в положениях, предусмотренных условиями синтеза.

Диоксид титана существует в виде трех полиморфных форм: анатаза, рутила и брукита. Наибольшую активность в фотостимулированных каталитических и фотоэлектрических реакциях проявляет диоксид титан, находящийся в анатазной модификации. Усиление фотоактивности объясняется более высоким положением уровня Ферми у анатаза (3,3 – 3,4 эВ) по сравнению с рутилом (3.1 – 3.2 эВ).

Титаноксидные наносистемы находят очень широкое применение в современном материаловедении, в частности, это получение высокоэффективных каталитических систем, огнеупорных материалов, мембранных катализаторов, современных керамических и оптических материалов.

Фирма KMEW в производстве своих фотокерамических панелей использует титаноксидные катализаторы.

Внуков А.В.