Как правильно класть газосиликатные блоки на клей видео: дюбеля, расход клея, расчет количества, армирование кладки, инструменты для монтажа и стоимость работ

Содержание

расход на 1 куб. м, как правильно сделать расчеты, лучший производитель и способ производства строительного материала

При возведении кладки из газобетона следует внимательно подходить к выбору фиксирующего состава. В силу высокой пористости материала обычный цементный раствор здесь не годится, а специальный клей – достойная альтернатива ему.

Особенности

Газосиликатные блоки получили большое распространение, особенно в частном домостроении. Это обусловлено ценовой доступностью материала, высокой скоростью взведения кладки благодаря увеличенным габаритам блоков, а также относительно небольшому весу, что позволяет отказаться от подготовки глубоких и основательных фундаментов.

Однако сам по себе этот материал пористый, что снижает теплоэффективность строения. Через множество мелких отверстий из дома уходит тепло.

По сути, они являются «мистиками холода». Эти особенности следует учитывать при выборе кладочной смеси для газосиликатных блоков.

Все больше пользователей отказываются от традиционных песчано-цементных растворов, поскольку сегодня доступны специальные сухие клеящие смеси для данных материалов. Они обеспечивают высокую адгезию газосиликатных блоков, не впитываются ими и снижают их теплопроводность.

Несмотря на более высокую стоимость такого клея по сравнению с традиционными растворами, в конечном итоге приобрести клей выгоднее, ведь из-за высокой впитывающей способности блока цементного раствора потребуется в 6-7 раз больше. Кроме того, необходимо подобрать оптимальную рецептуру, приобрести и доставить компоненты раствора, замешать его.

Рецептура готового клея тщательно выверена и испытана производителем. Состав представляет собой цемент и мелкозернистый наполнитель, а также пластификаторы, обеспечивающие те или иные технические характеристики клея.

Благодаря пластичности клея удается укладывать его тонким (в 2-5 мм) слоем, не опасаясь, что из-за высокой гигроскопичности блоков швы потеряют прочность. Клей демонстрирует морозостойкость, влагопрочность. При подборе подходящего состава вести монтаж можно в любое время.

Виды

В зависимости от сезона применения выделяют 2 вида клея:

  • Летний. Схож с автоклавным газобетоном, имеет в основе портландцемент. Благодаря этому швы получаются светлыми, а учитывая их небольшую толщину, можно сэкономить на внутренней отделке. Маскировать такие швы не нужно.
  • Зимний. Такой клей еще называют универсальным, в его составе присутствуют компоненты, которые делают возможной работу со смесью при отрицательных температурах. При этом такой клей все же имеет температурные ограничения по применению – его можно наносить только при температуре не ниже -10 градусов. А температура самого клея при работе должна составлять не меньше 0. В противном случае снижается адгезия состава, что влияет на монолитность кладки. Хранить и замешивать зимнюю смесь можно только при комнатных условиях, для замешивания использовать воду t +60 градусов. Жизнеспособность зимнего клея заметно сокращается и в среднем равна 30 минутам.

В зависимости от формы выпуска выделяют сухой состав для разведения водой и появившийся недавно полиуретановый состав. Он имеет консистенцию пены и выпускается в баллонах. Такой состав для газосиликата готов к использованию, не требует затворения.

Обзор популярных марок

Важно приобретать качественную сертифицированную продукцию от известных брендов. Если перед вами слишком дешевый товар или безымянная упаковка, от покупки лучше отказаться. Велик риск нарваться на подделку.

Доверием покупателей пользуется состав «Забудова». Клей не только отличается повышенной морозостойкостью, но также содержит специальные компоненты, делающие возможной его укладку в зимнее время. Покупатели отмечают простоту нанесения и доступную стоимость продукта.

Аналогичными свойствами обладает клей производства «Престиж». Кроме того, он отличается большими прочностными и адгезивными показателями и подходит не только для укладки блоков, но и ячеистых плит.

Дополнительную теплоизоляцию строительным блокам можно дать, используя состав «Юнис Униблок»

. Он подходит для эксплуатации в агрессивных условиях, в первую очередь при непосредственном контакте с водой, а также при влиянии низких температур. В составе продукта отсутствуют токсины, что позволяет говорить о его абсолютной экологической безопасности.

Для тонкослойных швов подойдет состав Aeroc (производитель – петербургский завод), отличающийся повышенными показателями прочности в сочетании с улучшенной пластичностью клея.

Благодаря этому удается класть клей слоем от 1 до 3 мм. Он также является влагопрочным и морозостойким, не дает усадки.

Вариант «ЕК Кемикалс 190», напротив, укладывается толстым слоем, благодаря чему его можно применять при значительных (до 15 мм) перепадах высоты. Подходит для круглогодичного применения.

Универсальностью применения (может использоваться и летом, и зимой) характеризуется клей «Победит 160». Отзывы пользователей позволяют сделать вывод, что это состав с хорошей фиксирующей способностью. Образуемый шов до момента застывания остается пластичным, а после демонстрирует влагостойкость и паропроницаемость. Преимуществом является и то, что клей не прилипает к инструментам.

Вне зависимости от того, какому из авторитетных брендов отдается предпочтение, при покупке следует учитывать:

  • Размер зерен, от чего зависит толщина пласта.
    Чем мельче наполнитель и частицы цемента, тем тоньше будет получаться слой клея.
  • Показатели адгезии. Следует смотреть на такие параметры, как прочность сцепления и прочность на сжатие, и выбирать состав с максимальными показателями.
  • Жизнеспособность, укладка и правка состава. Влияют на скорость выполнения работ – чем меньше опыта кладки, тем дольше должны быть эти значения.
  • Морозостойкость. Средний показатель равен 35-75 циклам, подбираться должен с учетом климатических условий региона.
  • Толщина слоя. Оптимальным считается состав, который при нанесении образует слой толщиной 1-3 мм.

Сколько нужно?

При покупке клея для газосиликатных блоков одним из вопросов, возникающим у потенциального покупателя, касается того, каков расход смеси на 1м3. В первую очередь это зависит от толщины слоя. Для тонких, в 1 мм, слоев достаточно около 8-9 кг на м3. При увеличении толщины кладочного шва до 3 мм увеличивается и требуемое количество состава – около 25-28 кг/м3.

Геометрическая точность блоков также влияет на расход материала. Как известно, клей не может применяться при дефектах кладки более 3 мм на 1 м3. Но даже такая небольшая погрешность влечет увеличение расхода смеси примерно на 20-30%. Многое зависит также от мастерства строителей, поэтому работу лучше доверить профессионалам. В норме расчет ведется исходя из стандарта 1,5-1,6 кг клея на 1 м2.

Интересно, что разные виды смесей имеют почти одинаковый расход. То есть количество требуемого состава не зависит от того, используется ли «зимний» или «летний» вариант, обычный или с повышенной влагостойкостью.

Инструкция по применению

В целом, кладка газосиликатных блоков на специальный клей мало чем отличается от аналогичного процесса кладки из кирпича на цементно-песчаном растворе. Однако определенные тонкости здесь все же существуют.

Вне зависимости от выбранного состава следует подготовить раствор. Важно брать состав и жидкость в тех пропорциях, что указывает производитель.

Для смешивания раствора лучше использовать пластиковое ведро или аналогичную емкость. Лучше добавлять сухие составляющие в воду, так можно добиться более качественного растворения.

Состав тщательно вымешивается миксером до однородной консистенции, после чего оставляется на 5-7 минут. Это время необходимо для разбухания и лучшего смешивания частиц. Работать миксером следует на средних скоростях, взбивание клея недопустимо. Спустя указанное время раствор еще раз перемешивается, после чего он готов к нанесению.

Готовую смесь следует проверить, нанеся зубчатым шпателем на поверхность блока. Если она наносится равномерно, а от шпателя остаются бороздки, которые не расплываются, консистенция клея считается подходящей.

Следует готовить клей порционно, с учетом его жизнеспособности в разведенном состоянии. Не потерявший жизнеспособности, но загустевший состав разрешено еще раз вымешать миксером. Добавлять воду или растворители недопустимо.

Предварительная подготовка необходима и для блоков. Их следует внимательно осмотреть, чтобы убедиться в точности геометрических размеров, прочности граней. Следует отложить неровные изделия со сколами и трещинами. Они не только снизят прочность кладки, но и станут причиной повышения расхода состава.

Поверхность материала должна быть чистой и сухой, в противном случае снижается адгезия клея. Если речь идет о материале с гладкими поверхностями, его рекомендуется немного зашкурить.

Инструменты для укладки

Для работы потребуются емкость для разведения раствора и строительный миксер. С его помощью производится замешивание раствора и придание ему однородной консистенции. Сделать это вручную не удастся из-за высокой плотности состава. Вместо миксера можно использовать дрель, оснастив ее специальной насадкой.

Также потребуется гладкая кельма, которой удобно накладывать клей на поверхность блока. А для разравнивания состава лучше использовать зубчатый шпатель. Кроме того, для нанесения равномерного слоя клея необходимой толщины можно использовать и более усовершенствованный инструмент – каретку для газобетона (иное название – кельма-ковш).

В процессе монтажа потребуется также резиновый молоток, которым удобно простукивать блоки после их укладки. Это позволит избежать пустот, снижающих прочность и надежность сцепления.

Как класть?

Самый первый ряд кладется на цементный раствор поверх фундамента. Это позволяет нивелировать неровности, обеспечивая прочность кладки. Последующие ряды блоков фиксируются посредством клея.

Смесь следует накладывать на нижний ряд, а также боковую сторону каждого блока последующего ряда. Оптимальная толщина шва не должна превышать 3-4 мм. Слишком толстый шов (если этого не предусматривает разновидность клея) будет долго сохнуть и повлечет нерациональное увеличение расхода смеси.

Блок с нанесенным клеем укладывают на нижний ряд, при необходимости корректируют его местоположение, выравнивают (это можно делает еще в течение 10 минут после фиксации). Каждый блок следует слегка пристукать резиновым молотком.

При какой температуре можно работать?

Выбор рабочей температуры зависит от того, какой состав используется. Для «летних» данный показатель – не ниже +5, для «зимних» – не ниже -10 градусов.

Класть газобетонную кладку во время дождя, снега нежелательно, поскольку это негативно влияет на показатели адгезии. При чрезмерной сухой и жаркой погоде возникает риск появления усадочных трещин.

Температура и уровень влажности влияют на скорость схватывания клея. При положительных температурах застывание клея занимает не более 1-2 дней, а окончательное схватывание – на третий. При снижении температуры этот процесс становится более длительным. Однако нельзя чрезмерно повышать температуру для ускорения процесса схватывания, поскольку это чревато появлением усадочных трещин.

При повышении влажности воздуха процесс высыхания клея замедляется. При чрезмерной сухости воздуха застывание произойдет быстрее, однако на поверхности блоков могут возникнуть микротрещины, что негативно сказывается на монолитности кладки.

Полезные советы от профи

Надежность и долговечность кладки из газобетона во многом определяются качеством клея. Многие крупные компании и строительные магазины предлагают закупку пробной партии данного состава по льготной цене. От такого предложения не стоит отказываться, поскольку это возможность определить качество клея.

Для этого можно провести следующие тесты:

  • Необходимо склеить по 2 блока газобетона разными клеевыми составами. Через сутки следует разбить соединение. Оптимально, если при этом деформируются и пострадают сами блоки, но не шовное соединение. В противном случае (когда место разлома приходится на шов хотя бы частично) от покупки следует отказаться.
  • Затворить несколько видов смеси и разлить ее в одинаковые емкости. Через сутки взвесить каждую из них. Той, которая имеет наименьший вес, следует отдавать предпочтение. Небольшой вес говорит о том, что из раствора испарилась большая часть воды, что привело к снижению теплопроводности.

В видео ниже вы увидите, как правильно замешивать клей для кладки газоблока.

как выбрать, расход и цена

В последнее десятилетие все большую популярность набирает строительство домов из блоков. Блоки из ячеистого бетона являются выгодной и разумной альтернативой привычным материалам. Во-первых, строительство из блоков позволяет значительно ускорить сроки выполнения работ по сравнению с традиционной кладкой. Во-вторых, кирпич и камень тяжелые, «холодные» и неудобные в работе, в то время как легкие пористые блоки позволяют построить дом более «теплым», а значит, уменьшить счета за отопление.

Характеристики и преимущества клеев для газосиликатных блоков

Для кладки блоков из ячеистого бетона используются специальные строительные смеси, относительно недавно появившиеся на строительном рынке. В отличие от обычных цементно-песчаных растворов, клей для блоков из ячеистого бетона имеет ряд внушительных преимуществ:

    увеличенная морозостойкость
    высокая адгезия, то есть прочность соединения
    удобство применения. Пластичная консистенция позволяет быстро и легко наносить клей для блоков из ячеистого бетона
    влагостойкость
    пожаробезопасность и огнестойкость;
    значительное сокращение потерь тепла через стену. Ведь тепло способно «уходить» из здания не только через блоки, но и через межблочные швы. Ширина шва цементно-песчаного раствора в среднем составляет 15 мм, а клея для блоков – всего 2-5 мм. Тоньше шов – меньше потери тепла. А использование клея для блоков ilmax thermo Теплый Шов способно и вовсе создать однородную кладку без мостиков холода
    экономичность. Расход специального состава для блоков в среднем в 6 раз ниже, чем у обычного раствора.

Виды клея для блоков

В целом, все клеи для блоков имеют схожий состав. Это песок мелкой фракции в качестве наполнителя и цемент в качестве вяжущего. Например, введение специальных модифицирующих добавок делает раствор еще лучше: даже при перепадах температур в швах не образуются трещины. Можно выделить два вида клея для газосиликатных блоков:

    Летний (например, ilmax 2000). Такой клей содержит незначительное количество полимерных добавок и используется для проведения работ при температурах не ниже +5°С
    Зимний (морозостойкий) (например, ilmax 2000 М). Данный клей для газосиликатных блоков имеет в своем составе максимальное количество полимеров и добавок, благодаря чему используется даже в зимнее время. Оптимальный температурный режим для него: от -5 до +10°С.

Как выбрать клей

Разнообразие клеев для блоков способно привести в замешательство даже опытного строителя. Но лучше выбирать продукцию известного производителя, что гарантирует высокое качество и отличный результат.

Далее следует внимательно изучить упаковку с описанием продукта и его детальными характеристиками:

    Фракция наполнителя
    Оптимальная температура использования
    Толщинаслоя
    Экономичныйрасход сухого клеевого порошка
    Время корректировки
    Время высыхания
    Срок годности

С купленным клеем можно провести такой тест на качество. Склеить им два блока, а после полного высыхания бросить их на землю. Если блоки раскололись по клеевому шву, клей для газосиликатных блоков придется выбрать новый.

Еще один тест касается теплоизоляционных характеристик клея. Можно купить несколько видов клея, приготовить из них растворы, залить в одинаковые емкости и дать высохнуть. А потом взвесить получившиеся заготовки. Какая из них легче – тот клей и лучше. За счет мелких пор воздуха его теплопроводность будет ниже, а значит, и дом получится теплее.

Расход клея для газосиликатных блоков

Хоть традиционный цементно-песчаный раствор и дешевле специального клея в 2 раза, однако расход клея для блоков в 6 раз экономичнее!

Это достигается за счет высокой адгезии даже при очень тонком шве клея. Если обычный раствор наносится слоем 10-20 мм, то специальный клей для блоков – всего 2-5 мм. При ровных блоках стандартный расход составляет 1,6-1,8 кг на 1 кв.м. при толщине слоя 1 мм. На 1 куб.м кладки тратится ориентировочно 1 мешок в 25 кг. Это количество порошка разбавляется водой из расчета4,75…5,25 л водына мешок сухого клея. Таким образом, вес готового клея из 1 мешка – 29,75 – 30,25 кг.

Однако добиться такого тонкого шва и такого низкого расхода клея возможно только при использовании ровных качественных блоков. Если же блоки у нас кривые, то расход клея увеличится, причем существенно. При использовании неровных и кривых блоков на 1 куб.м кладки запросто может уйти и до 40 кг сухой массы вместо расчетных 25 кг.

Перечислим основные причины увеличения расхода клея для блоков:

    Использование неровных, сколотых, дефектных блоков
    Низкие опыт и квалификация строителей, которые выполняют работы
    Нанесениеклея слишком толстым слоем, как обычного цементногораствора.

Еслижевести работы с соблюдением требований инструкции и соблюдать основные правила затворения клеевой смеси, то расход клея для газосиликатных блоковбудет оченьэкономным.

Особенности приготовления и нанесения клея

Строительство стен с использованием клея для блоков включает в себя несколько основных этапов:

    Подготовка поверхности блоков. Перед покупкой блоков следует убедиться в точностиих размеров, плоскостиграней, нет ли трещин и сколов. Перед нанесением клея блоки должны быть чистыми и сухими. Дополнительно поверхность можно обработать грунтом.
    Приготовление клеевого раствора. Сухой порошок засыпают в емкость с водой согласно инструкции на мешке.Вода для затворения смеси должна быть чистой и иметь комнатную температуру. Смесь перемешиваютна малых оборотах миксера, затем дают ей постоять 5-10 мин, чтобы «сработали» все модифицирующие добавки в составе клея, после чего опять перемешать. Очень важно точно соблюдать дозировку воды, указанную производителем на мешке, так как это может ухудшить качество и завысить расход клея для блоков.
    Нанесение клея на поверхность блоков. Для этого лучше использовать кельму-ковш либо зубчатый шпатель. Клеевую смесь наносят на вертикальную или горизонтальную плоскость уже уложенного блока. Затем кладут новый блок, слегка вдавливая его в слой клея. Таким образомдостигается оптимальнаятолщинашвав 2-5 мм. Правильно приготовленный клеевой состав легкопроходитмежду зубьями шпателя, а борозды не расплываются.Корректироваться положение блока можно еще в течение 15 мин. Выработать приготовленный клей следует в течение 4 часов. Вести строительные работы рекомендуется при температуре +5…+25оС.

Правильно подобранный клей надежного производителя и точное соблюдение технологии при выполнении работ позволит сократить расход клея для блоков до минимума и построить надежный теплый дом без лишних трат.

Как класть газосиликатные блоки?


Газосиликат является популярным строительным материалом, поэтому каждый строитель, выбирая данный материал, должен знать – как класть газосиликатные блоки.

Материал является разновидностью ячеистого бетона, легкий, но в то же время обеспечивает надежность дома.

Однако важно правильно произвести кладку блоков, поэтому следует знать технологию укладки.

 

Способы укладки

Газосиликатные блоки могут быть уложены двумя способами: на клей или на цементно-песчаный раствор.

Конечно, цемент и песок обойдутся в несколько раз дешевле клея, но расход раствора превышает расход клея в 6 раз.

При укладке на цементно-песчаный раствор толщина швов составит 1,5-2 см, что имеет неблагоприятные последствия: повышается пропускание холодного воздуха, образуется плесень, грибок, конденсат.

Чтобы приготовить раствор потребуется песок и цемент в соотношении 3:1. Воды нужно добавить такое количество, чтобы раствор был по консистенции как сметана. Цемент должен быть марки не ниже М 500.

Удобнее укладывать материал на специальный клеящий состав, обладающий высокой адгезией. При использовании клея толщина швов 2-3 мм, теплопотери почти отсутствуют.

Если строительство производится зимой, то необходимо выбрать клей с антиморозными компонентами.

Приготовить клей нужно так: вода наливается в емкость, затем насыпается сухая смесь, и все перемешивается. Для перемешивания можно использовать электродрель со специальной насадкой.

Видео:

Количество воды и клея зависит от клеящего состава, поэтому непосредственно перед использованием нужно ознакомиться с инструкцией по применению.

Рекомендуется готовить клей небольшими порциями, так как состав быстро засыхает.

Работая с клеем, следует соблюдать определенные правила безопасности. В связи с тем, что клей содержит цемент, во время работы необходимо надеть защитные перчатки и пластиковые очки.

Также нужно защитить органы дыхания, для чего надевается повязка или респиратор.

Как производится кладка?

Для выполнения кладки газосиликата нужно подготовить следующие материалы:

  • арматурные пруты диаметром 8 мм;
  • гидроизоляционный материал: рубероид, битум, полиуретан и др.;
  • песок и цемент;
  • клей.

Также потребуются инструменты:

  • резиновый молоток;
  • шпатель, кисть;
  • ножовка;
  • шаблон для подгона блоков;
  • бетономешалка или дрель с насадкой для перемешивания клея;
  • рубанок, терка;
  • уровень;
  • щетка с мягкой щетиной.

Когда все расходные материалы и инструменты подготовлены, можно переходить непосредственно к монтажным работам.

Любое строение начинается с фундамента. При устройстве фундамента для дома из газосиликатных блоков необходимо соблюдать определенные условия.

Существует мнение, что для газосиликатных стен не требуется основательный фундамент, но это мнение ошибочно.

В связи с тем, что газосиликатные блоки не устойчивы к изгибу, при движении легкого фундамента стены будут растрескиваться.

Обязательно нужно проверять горизонтальность фундамента, перепады не должны быть более 1-1,5 см. Правильно построенный фундамент облегчит последующие работы.

Когда закладывается фундамент, очень важно создать прямоугольность основания.

Уровень фундамента должен быть таким, чтобы первый ряд кладки не касался почвы, так как блоки являются очень гигроскопичными.

Верхний уровень фундамента выполняется выше уровня земли, или выкладывается цоколь из керамического кирпича высотой 0,5 м.

Когда основание готово, для качественной кладки производится разметка. Для этого нужно отметить четыре угла сооружения. Точность разметки проверяется несколько раз путем измерения диагонали основания.

Блоки должны выступать за край основания на 4,5-5 см. Это нужно для того, чтобы осадки стекали не в стык фундамента, а на отмостки. Между угловыми блоками натягивается разметочная прочная нить.

Для удобства выполнения разметки можно использовать бруски с гвоздями, которые нужно немного углубить в землю.

Видео:

Также эти бруски потребуются для выравнивания угловых заготовок, так как позволяют менять положение блоков.

Следующим этапом является гидроизоляция фундамента. Для этого можно использовать проникающую гидроизоляцию, мастику, рубероид и другие материалы.

Наносится гидроизоляция непосредственно на цоколь в один или несколько слоев.

Например, если используется рубероид, то его укладка осуществляется в несколько слоев с нахлестом 15-20 см, и каждый слой промазывается песчано-цементным раствором слоем в 10 мм.

Укладку гидроизоляции нужно производить с учетом того, что ширина покрытия должна быть больше ширины стены. Для перегородок гидроизоляция не требуется.

Когда основание полностью готово, можно переходить к кладке. Газосиликатные блоки имеют правильную форму, поэтому их кладка является довольно простой.

Ключевым моментом является первый ряд, который должен быть выполнен правильно, ведь он послужит основанием для всей стены.

Монтаж первого ряда всегда осуществляется на цементный раствор, так как цемент позволяет выровнять поверхность по горизонтали. Сначала укладываются угловые блоки.

Кладка начинается с самого высокого угла. Лишний цемент убирается мастерком. После этого укладываются оставшиеся блоки по разметке. Подробно кладка первого ряда представлена на видео.

Монтаж внутренней стены начинается от боковой стены. Заранее на полу и стенах нужно произвести разметку.

Монтаж второго ряда начинается с промазывания клеем или раствором блоков первого ряда. Клей или раствор наносится на поверхность предыдущего ряда и на вертикальные грани слоем не более 0,5-0,7 мм.

Если используются блоки с конструкцией гребень-паз, то клей не нужно наносить на торцы. Клей, выступающий из швов, убирается мастерком.

Кладка рядов выполняется только спустя 2 часа после укладки предыдущего ряда. С использованием киянки блоки нужно выровнять по уровню. Если есть какие-либо неровности, то устранить их можно рубанком.

Кладка всех рядов начинается с углов, но направление угловых блоков должно меняться.

Видео:

Например, если в одном ряду блок был размещен длинной частью в левую сторону, то в другом ряду его нужно разместить длинной частью в правую сторону.

Так, все последующие ряды сдвигаются относительно предыдущего не менее чем на 8 см. Чередование обеспечивает повышенную прочность стен. Кладка производится с перевязкой в половину блока.

Категорически запрещается укладывать газосиликатные блоки в дождь в связи с тем, что блоки имеют ячеистую структуру, которая впитывает влагу.

Если нужен блок меньшего размера, то его можно распилить электропилой, которая позволяет сделать округлую, кривую или скошенную формы.

При выкладке оконных и дверных проемов в верхней части проема сначала нужно уложить стальные уголки, длина которых должна превышать ширину проема не менее чем на 40 см, только после этого продолжается кладка блоков.

Ряд над проемами выполняется в виде термопояса, для этого нужно использовать U-образные полые блоки. К наружной стене внутрь блока крепится пенополистирол.

Важным этапом кладки газосиликатного блока является армирование, которое нужно делать после четвертого ряда.

Армирование выполняется следующим образом: по всей длине ряд нужно проштробить электрическим штроборезом. Длина штробы должна соответствовать длине арматурного прута.

Затем из штробы нужно убрать пыль феном. После чего смочить водой и наполовину заполнить клеящим составом, затем уложить арматуру диаметром 8 мм.

Для предотвращения коррозии арматуры штробу необходимо заполнить, для этого используется специальный раствор.

Видео:

Если блоки толщиной более 400 мм, то арматуру лучше укладывать в два ряда. Углы штроб должны быть закругленными.

Для армирования можно использовать армирующую сетку, которая крепится к блокам дюбелями. Если все условия соблюдены, стены прослужат длительное время.

Подробный процесс того, как класть газосиликатные блоки, можно посмотреть на видео в статье.

Дом из газосиликатных блоков | ГЛАВНАЯ

   Застройщики в последние годы всё чаще начинают строить дом из газосиликатных блоков. И действительно, этот материал обладает целым рядом преимемуществ. Он хорошо подходит людям, строящим дом своими руками, которые в тоже время не являются каменщиками. Построить дом из газосиликатных блоков довольно просто и при наличии желания многим под силу.

    Многие считают, что из-за малого веса газобетона, фундамент можно сделать также более лёгким, не глубоким и тем самым сэкономить. В действительности это не так. Основной недостаток газосиликатных блоков — это низкий предел прочности на изгиб, т.е даже при маленьких не равномерных подвижках фундамента, на стенах могут появиться трещины. Поэтому фундамент всё же должен быть основательным и поддерживать постоянство формы дома.

    Наилучшим вариантом является монолитная железобетонная плита, подходящая практически для всех видов грунтов. Более дешёвый вариант — монолитный ленточный фундамент на песчаной подушке. Также подойдёт столбчатый фундамент, обвязанный монолитным железобетонным поясом.

   Итак приступаем к строительству. Газосиликатные блоки являются гигроскопичным материалом, поэтому советую первый ряд блоков располагать на некотором расстоянии от земли. Здесь есть два варианта:

  1. При возведении фундамента строится опалубка и он заливается выше уровня земли;
  2. Если фундамент залит по уровню грунта, нужно выложить несколько рядов (цоколь) из обычного  (лучше керамического) кирпича. В нашей практике мы кладём первый ряд блоков на высоте примерно 0,5 метров от земли.

    Сначала делаем гидроизоляцию. На фундамент или на кирпичный цоколь (некоторые его называют «ноль») раскатываем два-три слоя рубероида. Первый ряд блоков кладём на обычный цементно-песчаный раствор. Хотелось бы отметить, что первый ряд является пожалуй самым важным и торопиться здесь не стоит. Чем ровнее вы его положите, тем ровнее получится в итоге вся стена и тем легче будет делать последующую кладку.

    В-первую очередь с помощью уровня кладём угловые блоки. После того как они немного встанут, натягиваем шнурку (гвоздики для натяжения шнурки можно забивать непосредственно в блоки) и выкладываем весь ряд до конца. Вертикальные швы в первом ряду заполняются специальным клеем для газобетона. Блоки при кладке подстукиваем большим резиновым молотком. Если по верхней плоскости выложенных блоков получились перепады, сглаживаем их специальным рубанком для газобетона. Это обязательно нужно делать,  иначе последующие блоки могут в местах перепадов треснуть.

   Заканчивая выкладывать ряд практически всегда необходимо изготовить доборный блок. Для этого существуют специальные пилы по газобетону. Мы обычно пользуемся ножовкой с крупными зубьями, на кончиках зубьев напаяны твердосплавные пластинки. Существуют и электрические пилы, но они нужны скорее людям, которые зарабатывают исключительно строительством газобетонных домов. Не пользуйтесь простыми ножовками по дереву, зубья очень быстро снашиваются.

    Последующие ряды блоков кладём на специальный клей, толщина швов при этом 2-3 мм. Клей замешивается в вёдрах с помощью дрели или перфоратора с насадкой-миксером. Наносится клей на блоки простым мастерком и зубчатым шпателем (таким же как при облицовке плиткой) . Перед нанесением клея удаляйте смёткой с блоков пыль, мочить блоки водой не нужно. При кладке доборного блока наносите клей не только на блоки которые уже лежат, но и на сам доборный блок.

    Некоторые используют при кладке цементно-песчаный раствор, считая, что так будет дешевле. Я настоятельно не рекомендую этого делать. Во-первых, используя раствор приходится делать швы толщиной около 10 мм. При этом теряется основное достоинство газобетонных стен — это их низкая теплопроводность, так как швы являются мостиками холода,  и чем они тоньше, тем теплее будет в доме. Во-вторых, хоть клей и дороже примерно в два раза, но расход его в 5-6 раз меньше, то есть в действительности на растворе Вы потратитесь больше. Ну и в-третьих, на клей ложить проще, быстрее, и стены получаются более ровными. Одного мешка клея (25 кг) хватает примерно на 20 блоков размером 600х200х300 мм (или на 0,7-0,8 м³ кладки).

    При кладке последующих рядов блоков перевязка вертикальных швов должна быть не меньше 10 см.

   Теперь поговорим про армирование стен. Вообще, армирование не оказывает никакого влияния на несущую способность кладки. Оно предохраняет стены от появления волосяных трещин, воспринимая изгибающие нагрузки при неравномерных подвижках фундамента. Поэтому армирование целесообразно выполнять только в случае, если стены в последствии будут отштукатуриваться хотя бы с одной стороны. Подробнее о внутренней и наружной штукатурке газосиликатных блоков Вы можете узнать в статье «Штукатурка стен из газобетона«.

    Если, например, Вы намереваетесь обшить дом снаружи сайдингом, а изнутри — гипсокартоном, то необходимость в армировании отпадает, достаточно будет соорудить монолитные армопояса в уровнях перекрытий и под стропильной фермой крыши. При выполнении армирования в верхней грани ряда блоков нарезаются штробы с помощью ручного (см. фото) или электрического штробореза. Достаточно закладывать два прутка арматуры диаметром 8 мм, причём обязательно именно перед закладыванием арматуры, штробы заполнить клеем. Это обеспечивает совместную работу арматуры с кладкой и защищает арматуру от коррозии.

    Обычно арматура закладывается на первый ряд блоков, и затем через каждые четыре ряда. Также арматура кладётся на один ряд ниже оконных проёмов и на ряд, на который опираются перемычки. При этом армирование следует распространять только на 0,9-1 метр в каждую сторону от края проёма.

  Вместо арматуры можно использовать специальные арматурные каркасы для тонких швов. Они представляют собой парные полосы оцинкованной стали сечением 8х1,5 мм соединённые проволокой «змейкой» диаметром 1,5 мм.

  Перекрывание оконных и дверных проёмов можно осуществить несколькими способами:

   1) Проёмы шириной до 1,5 метров проще всего перекрывать двумя металлическими уголками (напр., 90х90 мм) и класть блоки на них. Опирание уголков на простенки минимум 25 см. Под уголки необходимо сделать в блоках пропилы (можно болгаркой с алмазным диском), чтобы не было перепадов по высоте. Сами уголки перед закладкой лучше покрасить. В проёмы нужно на время поставить распорки (напр., из бруса 50х100).

    2) При проёмах более 1,5 метров или даже менее того (например, если мы собираемся делать перекрытия из плит, и у нас получается, что плита кладётся прямо над проёмом и её ширина меньше ширины проёма) следует заливать монолитную железобетонную перемычку высотой не менее 200 мм. Опалубку для неё можно сделать из обрезных досок или фанеры (см. фото), можно использовать специальные блоки U-образной формы имеющиеся в продаже.

      Опирание перемычек на простенки также не менее 25 см. Арматурный каркас для перемычек достаточно будет связать из 4-6 прутков диаметром 12-14 мм. Опалубку и подпорки лучше убирать после полного возведения всех стен, но не ранее чем через 20 дней после заливки бетона.

      Перед монтажём перекрытий и стропильной фермы крыши с целью равномерного распределения нагрузки необходимо сделать монолитный армированный пояс толщиной не менее 10 см. Опалубку также делаем из обрезных досок, либо из фанеры, следим за горизонтальностью верхней кромки. Для армирования достаточно заложить два прутка арматуры диаметром 12 мм. Следите, чтоб арматура находилась в толще бетона, а не просто лежала на блоках.

    Здесь нужно отметить важный момент.Если после строительства стен Вы не собираетесь их утеплять и зальёте пояс на всю толщину стены (напр., 375 мм), то этот участок впоследствии будет промерзать, что приведёт к появлению сырости под перекрытиями и к другим неприятностям, так как у бетона самая высокая теплопроводность. Чтобы этого избежать, можно, например, к наружной стенке опалубки перед заливкой бетона вложить пенопласт толщиной 10 см. При отделке фасада он заштукатурится.

     При возведении стен из газосиликатных блоков необходимо тщательно продумать, как и какими материалами Вы будете в последствии их отделывать и какой «пирог стены» у Вас получится. Подробнее об этом читайте в рубрике «ОБЛИЦОВКА ФАСАДА».

    В качестве дополнения в данной статье можете посмотреть видео-урок по строительству дома из газобетона.

СМОТРИТЕ ДРУГИЕ СТАТЬИ НА ЭТУ ТЕМУ:
  • Утепленный брус (пенобрус) — производство и строительство дома.

  • Облицовка стен дома кирпичом.

  • Дом из клееного бруса. О чем молчат производители?

  • Строим каркасные дома по канадской технологии.

  • Теплоблок (полиблок) — как построить из него дом.

Лучший способ выразить благодарность автору — поделиться ссылкой на статью с друзьями!


Паразиты живут внутри каждого! Совет врача — возьмите 120 мл кипятка и…
Читать далее

Смотрите, так можно «замедлить» Ваш электросчётчик в 2 раза! … Совершенно ЛЕГАЛЬНО! Нужно взять и в ближнюю к счётчику … Читать далее

Строим лучший мир с помощью зеленого цемента | Наука

Novacem планирует протестировать свой экспериментальный цемент (вверху: образцы блоков) сначала в таких конструкциях, как собачьи будки и патио. Алекс Маси

«Вы знаете, цемент повсюду», — говорит Николаос Власопулос, инженер-эколог из Имперского колледжа в Лондоне, сидя в ярко освещенном конференц-зале колледжа в громадном семиэтажном здании, поддерживаемом темой разговора. «Это все вокруг нас.

В прошлом году в мире было произведено 3,6 миллиарда тонн цемента — минеральной смеси, которая затвердевает в бетон при добавлении к воде, песку и другим материалам, — и к 2050 году это количество может увеличиться на миллиард тонн. из бетона в общем объеме составляет вода.

Достоинства цемента, говорит Власопулос, уже давно очевидны: «Он недорогой, текучий и, по некоторым необъяснимым причинам, становится твердым, как камень. Но редко признается еще одна важная деталь: цемент грязный.Не грязный, потому что не стирается с одежды, хотя эта проблема веками преследовала строителей. Ключевым ингредиентом является известняк, в основном карбонат кальция, останки морских существ в панцирях. Рецепт изготовления цемента требует нагревания известняка, для чего требуется ископаемое топливо. А при нагревании известняк выбрасывает углекислый газ в атмосферу, где он удерживает тепло, способствуя глобальному потеплению. На производство цемента приходится 5 процентов мировых выбросов углекислого газа, производимых человеком; в Соединенных Штатах только потребление ископаемого топлива (для транспорта, электричества, химического производства и других целей) и металлургическая промышленность выделяют больше парниковых газов.А с учетом того, что быстро развивающиеся страны, такие как Китай и Индия, используют цемент для строительства своего подъема, загрязнение цемента становится одним из основных недостатков глобализации.

Если широкая общественность в значительной степени игнорирует огромный вклад цемента в загрязнение воздуха, 31-летний Власопулос уже давно знает об этом. Он вырос в Патрах, греческом порту. Его отец был инженером, а мать работала в банке, а летом Власопулос возвращался из колледжа Dimokrition Panepistimion Thrakis, где он изучал экологическую инженерию, вместе с дядей работал на цементном заводе. Это было случайно. Его работа заключалась в сборке оборудования для измерения уровня выбросов углекислого газа. Они были высокими; как правило, завод производит почти тонну углекислого газа на каждую тонну цемента. Власопулос считал работу интересной, но не видел цемента в своем будущем. Это было скучно, это было старо, это было грязно.

Затем один из его профессоров Имперского колледжа, где он работал над получением степени магистра инженерии, получил финансирование на исследование нового типа цемента, производимого австралийской компанией.Профессор Кристофер Чизман убедил Власопулоса принять участие в проекте и получить степень доктора философии. «Это был шанс проделать хорошую работу», — сказал Власопулос в своей типично сдержанной манере.

Люди пытались построить лучший цемент с самого начала истории. Более 2000 лет назад римляне изобрели смесь извести, вулканического пепла и кусков камня для изготовления бетона, который использовался для строительства гаваней, памятников и зданий — клея для ранних городов, включая Пантеон и Колизей. В 1820-х годах в Лидсе, Англия, примерно в 200 милях от Имперского колледжа, каменщик по имени Джозеф Аспдин изобрел современный цемент. Аспдин подогрел смесь из мелкоизмельченного известняка и глины на своей кухне. После добавления воды смесь затвердела. Voilà — родился строительный блок промышленной революции. Поскольку этот материал был похож на популярный строительный камень с острова Портленд, Аспдин назвал свое изобретение портландцементом. Патент, выданный в 1824 году, предназначался для «улучшения способа производства искусственного камня.

Австралийские разработчики опробовали новый рецепт, смешав портландцемент с оксидом магния. Они надеялись сократить выбросы углерода, потому что оксид магния может заменить часть известняка, а оксид магния не нужно нагревать до такой высокой температуры. Известняк должен быть нагрет до 2600 градусов по Фаренгейту, но оксид магния может быть приготовлен для цемента при 1300 градусах, температура, которая может быть достигнута с биомассой и другими видами топлива, которые выделяют меньше углерода, сокращая потребление ископаемого топлива.

Но Власопулос быстро обнаружил, что смесь не снижает общий выброс углекислого газа. В некоторых тестах выбросы почти удвоились, потому что сам оксид магния производится путем нагревания карбонатов магния — процесса, при котором выделяется углекислый газ.

«Помню, я был очень разочарован, потому что, когда вы видите, что проект, над которым вы работаете, на самом деле не такой, каким вы его себе представляли, вы теряете мотивацию», — сказал он. «Но мы чувствовали, что это очень стоящий проект, стоящая идея, поэтому мы попытались найти другой способ решить проблему.

В то время, когда Власопулос поднял этот вопрос в 2004 году, крупные цементные компании по всему миру искали новые способы сделать портландцемент более приемлемым для окружающей среды. Производители добавили побочные продукты стали, такие как шлак; угольные остатки, такие как летучая зола; и другие материалы, такие как оксид магния, для увеличения объема цементной смеси, что требует меньшего количества портландцемента. Они экспериментировали с минеральными добавками, чтобы снизить температуру, необходимую для подготовки материалов.

Но трудно модифицировать продукт, химический состав которого недостаточно изучен.«На самом деле мы никогда не знали точного химического состава того, как этот материал затвердевает», — сказал Хэмлин Дженнингс, эксперт по химии цемента и глава Центра устойчивого развития бетона Массачусетского технологического института, одной из нескольких академических инициатив по созданию «зеленого» цемента. «Я не думаю, что сегодня в мире используется какой-либо строительный материал, который менее изучен, чем портландцемент».

Пока цементные компании возились с оригиналом, Власопулос пошел другим путем. «Вы можете сделать так много с портландцементом, чтобы сделать его лучше», — сказал он.»Что есть, то есть. Это материал, с которого вы начинаете. Мы должны были придумать что-то еще». Власопулосу понравилась идея использовать оксид магния вместо известняка для формирования цемента, но для придания ему твердости требовался другой материал. Смешивание только оксида магния с водой не поможет — смесь станет слякотной. И ему нужно было найти источник оксида магния, который бы не выделял столько углекислого газа. Класс материала, на котором он остановился, — это силикаты магния, не содержащие углерода соединения, полученные из талька, серпентина, оливина или других минералов.Мировые запасы этих полезных ископаемых составляют около 10 миллиардов тонн, что является важным фактором, потому что, если у кого-то закончится мука, больше нельзя будет испечь пирогов.

Власопулос не очень хочет объяснять, как работает его экспериментальный состав. Его секретный соус, возможно, очень прибыльный секрет. Зарегистрировано несколько патентов. Он многое расскажет: несколько лет назад он начал смешивать оксид магния с другими созданными им химическими соединениями и водой. Смесь затвердела в маленький шарик. Он принес его в офис Чизмана.«Можно было почувствовать жар, исходящий от этого маленького шарика, — сказал Чизман. — Что-то явно происходило. Химические реакции шли огнем; энергия высвобождалась. Они не слишком возбуждались. «Я имею в виду, что мы говорим о цементе — это не самая сексуальная вещь в мире», — сказал Чизман. «Я не бегал туда-сюда по коридорам, крутя колеса, но это было интересно».

Химические вещества, которые Власопулос смешивает с оксидом магния и водой для затвердевания цемента, представляют собой карбонаты магния, которые он производит путем добавления углекислого газа к другому сырью.Это означает, что в некоторых сценариях цемент не просто углеродно-нейтрален, он углеродно-отрицательный. На каждую тонну произведенного Власопулосом цемента может быть поглощена одна десятая тонны углекислого газа.

В конце концов Власопулос с помощью Чизмана основал компанию Novacem для разработки нового цемента. Фирма с более чем дюжиной сотрудников и партнерскими отношениями с некоторыми из крупнейших цементных компаний в мире расположена в бизнес-инкубаторе для высокотехнологичных стартапов Имперского колледжа. В то время как некоторые другие компании на объекте являются стартапами в области наук о жизни, с микробиологическими лабораториями, полными машин для секвенирования генов и коллекций пробирок, лаборатория Novacem представляет собой просторный завод, который производит громкие звуки, много пыли и ведра цемента. Это первый цементный завод в центре Лондона со времен римлян.

Рабочие в касках, защитных очках, масках и белых лабораторных халатах работают на миниатюрной версии цементного завода, мало чем отличающегося от того, на котором Власопулос работал во время летних каникул.

Несмотря на то, что Novacem все еще совершенствует свои процедуры, он соревнуется по крайней мере с пятью другими компаниями и университетскими центрами, чтобы придумать более экологичный цемент. «Учитывая все внимание к углероду в наши дни, появилось много предпринимателей», — сказал Дженнингс из Массачусетского технологического института. «Они видят сторону возможностей». Поскольку производство цемента приносит 170 миллиардов долларов в год, инвестиции в него текут рекой.

Калифорнийская компания Calera использует, пожалуй, самый необычный подход: она использует углекислый газ, выбрасываемый электростанцией, и смешивает его с морской водой или рассолом для создания карбонатов, которые используются для производства цемента.Их можно добавлять в портландцемент, чтобы заменить часть или весь известняк. Calera поддерживается инвестициями в размере 50 миллионов долларов от Винода Хосла, компьютерного инженера, который, возможно, является самым уважаемым и богатым инвестором в «зеленые» технологии в Силиконовой долине. «На самом деле мы производим наш цемент из CO2», — сказал основатель компании Брент Констанц. «Мы берем CO2, который попал бы в атмосферу, и превращаем его в цемент». Технология все еще находится в разработке: демонстрационный завод в Мосс-Лендинге, Калифорния, и партнерство с китайской группой по строительству завода рядом с угольной шахтой во Внутренней Монголии, где они планируют использовать выбросы углекислого газа для производства цемента.

Calix, австралийская компания, производит цемент с использованием перегретого пара, который модифицирует частицы цемента и делает их более чистыми и химически активными. Этот процесс также выделяет углекислый газ, что упрощает его улавливание и не допускает попадания в атмосферу.

Технический университет Луизианы, как и Novacem и Calera, полностью отказывается от известняка; он использует пасту под названием геополимер, которая состоит из летучей золы, гидроксида натрия и гидроксида калия.

«В конце концов пыль уляжется, и одна из этих идей сработает», — сказал Дженнингс.

Вначале одним из самых больших скептиков Novacem была крупнейшая частная строительная компания Великобритании Laing O’Rourke. Руководитель, отвечающий за отслеживание многообещающих университетских работ, Дирадж Бхардвадж, узнал о продукте Novacem благодаря своим научным связям. Он посмотрел на химию, подумал, что все проверено, и несколько лет назад представил эту идею председателю, у которого было много сомнений. По его словам, цемент никак не мог быть достаточно прочным для коммерческого использования. Нужен известняк. Когда материал Novacem достигнет 40 мегапаскалей — минимального количества прочности, необходимого для структурной стабильности — тогда он может заинтересоваться.

Семь дней спустя небольшой кусок цемента Novacem, помещенный в инструмент, похожий на тиски, попал в эту отметку. Двадцать восемь дней спустя он достиг 60 мегапаскалей. Затем Бхардвадж передал результаты председателю, который сказал: «Давайте сделаем это». Laing O’Rourke теперь является крупным партнером Novacem.Сегодня, после долгих доработок, цемент приближается к 80 мегапаскалям. Бетон, изготовленный из цемента Novacem, по прочности сравним с некоторыми стандартными бетонами.

Другими партнерами Novacem являются Lafarge в Париже, крупнейший в мире производитель строительных материалов, и Rio Tinto, глобальная горнодобывающая компания со штаб-квартирой в Лондоне, стремящаяся помочь Novacem в добыче силикатов магния.

«Сейчас цементная промышленность набирает обороты в финансовом и научном отношении», — сказал Дженнингс, имея в виду все различные экспериментальные подходы.«Мир меняется. Все, включая все цементные компании, должны быть как можно более экологичными и немного лучше заботиться о мире».

Дженнингс отказался одобрить какой-либо конкретный новый цемент. «Если Novacem работает, — сказал он, — это очень привлекательная идея».

Бхардвадж более предан делу. Он сказал, что недавно ходил к своей команде инженеров. «Честно говоря, не будьте вежливы», — сказал он им. «Отложите любые вопросы об углероде. Как вы думаете, это что-то близкое к портландцементу?» Ответ удивил его: они сказали, что так лучше.Почему? Он был не только сильным, но и чисто белым. Портландцемент имеет слегка серый цвет. «Вы можете добавить красок в этот цемент», — сказал Бхардвадж. «Представьте, что в вашем доме есть цементная стена любого цвета, который вы хотели».

Цемент приятного белого оттенка, как отметил Власопулос, демонстрируя прототип цементного завода своей компании. Говоря о соседних биологических лабораториях, он сказал: «Мы громче», добавив: «Там лечат людей; мы лечим что-то другое». Неповоротливая машина перед ним, в данный момент простаивающая, имеет длинные трубы, которые грохочут и лязгают, срабатывает сигнализация и миксеры, которые взбивают и выплевывают ведра творения Власопулоса.

Власопулос был в приподнятом настроении, накануне сделав предложение своей девушке. (Она сказала «да».) В углу комнаты располагалось то, что он называл «нашим музеем». На маленьком столике лежали первые куски цемента Novacem — они выглядели как детские кубики, только более пыльные. «Это было не так уж хорошо», — сказал он, поднимая хрупкую на вид треснувшую. — Теперь мы знаем, что делаем. Завод может производить около пяти тонн цемента в год. Компания также работает над другим объектом, который будет производить 200 тонн в год.Если все пойдет хорошо, компания намерена предоставить лицензию на свой рецепт производителям цемента по всему миру.

Главным препятствием, которое еще предстоит преодолеть компании, является история. Портландцемент работает . Так было всегда, с того дня в 1824 году на кухне Джозефа Аспдина. «Цемент существует уже очень давно, — сказал Бхардвадж. «Люди этому верят. Они могут окинуть взглядом все постройки, пережившие сотни лет. Так что для Novacem доказательство долговечности потребует времени. Им придется идти медленно.Если мне нужно построить мост или здание с использованием цемента Novacem, как мне убедить людей, что это нормально? Это вызов. Никто не хочет, чтобы мост рухнул».

На вопрос, пойдет ли он по мосту, построенному из цемента Novacem, Бхардвадж ответил: «У меня с этим проблем не будет». Но этот мост еще не построен.

Майкл Розенвальд написал о нанотехнологиях и охотниках за гриппом для Smithsonian . Джон Риттер живет в Пенсильвании.

Николаос Власопулос мечтает разработать новый материал, производство которого, в отличие от традиционного цемента, поглощает углекислого газа. В случае успеха он поможет уменьшить основной фактор изменения климата и претендует на смелый шаг вперед в области строительных технологий.Джон Риттер Пилотный завод Novacem — первый цементный завод в центре Лондона со времен Римской империи. Алекс Маси Власопулос раньше работал на цементном заводе со своим дядей, который теперь дразнит его: «Ты собираешься закрыть мой бизнес.” Алекс Маси Novacem планирует протестировать свой экспериментальный цемент (вверху: образцы блоков) сначала в таких конструкциях, как собачьи будки и патио. Алекс Маси Глобальное потепление

Рекомендуемые видео

Правила кладки газосиликатных блоков

Газосиликат

– популярный строительный материал, поэтому каждый строитель при выборе этого материала должен знать, как класть газосиликатные блоки.

Материал представляет собой разновидность ячеистого бетона, легкий, но в то же время обеспечивающий надежность дома.

Однако важно правильно укладывать блоки, поэтому следует знать технологию укладки.

Способы укладки

Газосиликатные блоки можно укладывать двумя способами: на клей или на цементно-песчаный раствор.

Конечно, цемент и песок будут стоить в разы дешевле клея, но расход раствора превышает расход клея в 6 раз.

При кладке на цементно-песчаный раствор толщина швов будет составлять 1,5-2 см, что имеет неблагоприятные последствия: увеличивается пропускание холодного воздуха, образуется плесень, грибок и конденсат.

Для приготовления раствора необходим песок и цемент в соотношении 3:1. Воду необходимо добавлять так, чтобы раствор был по консистенции как сметана. Цемент должен быть не менее М 500.

Укладывать материал удобнее на специальный клеевой состав с высокой адгезией.При использовании клея толщина швов составляет 2-3 мм, потери тепла практически отсутствуют.

Если строительство производится зимой, то необходимо выбирать клей с антифризными компонентами.

Клей готовят так: в емкость наливают воду, затем всыпают сухую смесь и все перемешивают. Для размешивания можно использовать электродрель со специальной насадкой.

Видео:

Количество воды и клея зависит от клея, поэтому следует ознакомиться с инструкцией по применению непосредственно перед применением.

Клей рекомендуется готовить небольшими порциями, так как состав быстро сохнет.

При работе с клеем необходимо соблюдать определенные правила безопасности. В связи с тем, что клей содержит цемент, во время работы необходимо надевать защитные перчатки и пластиковые очки.

Также необходимо защитить органы дыхания, для чего надевается повязка или респиратор.

Как делается кладка?

Для строительства из газосиликата необходимо подготовить следующие материалы:

  • прутки арматурные диаметром 8 мм;
  • гидроизоляционный материал: рубероид, битум, полиуретан и др.;
  • песок и цемент;
  • клей.

Также необходимые инструменты:

  • резиновый молоток;
  • шпатель, кисть;
  • ножовка по металлу;
  • шаблон
  • для подгонки блоков;
  • бетономешалка или дрель с насадкой для замешивания клея;
  • рубанок, терка;
  • уровень;
  • щетка с мягкой щетиной.

Когда все расходные материалы и инструменты подготовлены, можно переходить непосредственно к монтажным работам.

Любое строение начинается с фундамента. При устройстве фундамента под дом из газосиликатных блоков необходимо соблюдать определенные условия.

Считается, что для газосиликатных стен не требуется прочный фундамент, но это мнение ошибочно.

Из-за того, что газосиликатные блоки не устойчивы к изгибу, при движении легкого фундамента стены будут трескаться.

Необходимо проверить уровень фундамента, перепады не должны быть более 1-1.5 см. Правильно построенный фундамент облегчит последующую работу.

При закладке фундамента очень важно создать прямоугольное основание.

Уровень фундамента должен быть таким, чтобы первый ряд кладки не касался грунта, так как блоки очень гигроскопичны.

Верхний уровень фундамента выполняют выше уровня земли, либо закладывают цоколь из керамического кирпича высотой 0,5 м.

Когда основание готово, делается разметка для качественной кладки.Для этого отметьте четыре угла конструкции. Точность разметки несколько раз проверяют путем измерения диагонали основания.

Блоки должны выступать от края основания на 4,5-5 см. Это необходимо для того, чтобы осадки стекали не в стык фундамента, а на отмостку. Между угловыми блоками натянута высокоточная нить.

Для удобства разметки можно использовать бруски с гвоздями, которые нужно немного углубить в землю.

Видео:

Также эти планки необходимы для выравнивания угловых деталей, так как они позволяют менять положение блоков.

Следующий этап – гидроизоляция фундамента. Для этого можно использовать проникающую гидроизоляцию, мастику, рубероид и другие материалы.

Гидроизоляция непосредственно на цоколе в один или несколько слоев.

Например, если используется рубероид, его укладку производят в несколько слоев с нахлестом 15-20 см, и каждый слой промазывают песчано-цементным раствором слоем 10 мм.

Монтаж гидроизоляции следует производить с учетом того, что ширина покрытия должна быть больше ширины стены. Для перегородок гидроизоляция не требуется.

Когда основание полностью готово, можно переходить к кладке. Газосиликатные блоки имеют правильную форму, поэтому их укладка достаточно проста.

Ключевым моментом является первый ряд, который необходимо правильно выполнить, ведь он будет служить основой для всей стены.

Монтаж первого ряда всегда производится на цементный раствор, так как цемент позволяет выровнять поверхность по горизонтали. Первыми укладываются угловые блоки.

Кладка начинается с самого высокого угла. Излишки цемента удаляются кельмой. После этого остальные блоки размещаются по разметке. Подробная кладка первого ряда представлена ​​на видео.

Монтаж внутренней стенки начинается с боковой стенки. Заранее на полу и стенах нужно сделать разметку.

Монтаж второго ряда начинается с глазури или раствора блоков первого ряда. Клей или раствор наносят на поверхность предыдущего ряда и на вертикальные грани слоем не более 0,5-0,7 мм.

Если используются блоки с конструкцией паз-паз, клей на торцы наносить не нужно. Клей, выступающий из швов, втягивается кельмой.

Укладка рядов производится только через 2 часа после укладки предыдущего ряда.С помощью кьянки блоки необходимо выравнивать. Если есть какие-то неровности, то их можно устранить рубанком.

Кладка всех рядов начинается с углов, но направление угловых блоков должно измениться.

Видео:

Например, если в одном ряду блок ставился длинной частью влево, то в другом ряду он должен ставиться длинной частью в правую сторону.

Итак, все последующие ряды смещаются относительно предыдущего не менее чем на 8 см.Чередование обеспечивает повышенную прочность стен. Кладка производится с перевязкой в ​​половину блока.

Категорически запрещается укладывать газосиликатные блоки в дождь в связи с тем, что блоки имеют ячеистую структуру, впитывающую влагу.

Если вам нужен блок меньшего размера, вы можете разрезать его электропилой, которая позволяет сделать закругленную, изогнутую или наклонную форму.

При кладке оконных и дверных проемов в верхней части проема сначала необходимо заложить стальные уголки, длина которых должна превышать ширину проема не менее чем на 40 см, только после этого кладку блоков продолжается.

Ряд над проемами выполнен в виде термопояса, для этого необходимо использовать П-образные пустотелые блоки. К внешней стене блока крепится пенополистирол.

Важным этапом кладки газосиликатного блока является армирование, которое необходимо делать после четвертого ряда.

Армирование осуществляется следующим образом: по всей длине ряда необходимо просверлить электроштроборезом.Длина штробы должна соответствовать длине арматурного прута.

Затем со штробы нужно удалить пыль феном. После этого смочить водой и наполовину заполнить клеем, после чего поставить арматуру диаметром 8 мм.

Для предотвращения коррозии ствол арматуры необходимо заливать, для этого используется специальный раствор.

Видео:

Если блоки толще 400 мм, то арматуру следует укладывать в два ряда.Углы стержня должны быть закруглены.

Для армирования может использоваться армирующая сетка, которая крепится к блокам дюбелями. При соблюдении всех условий стены прослужат долго.

Подробный процесс как класть газосиликатные блоки, вы можете посмотреть на видео в статье.

Силикон для прививки при комнатной температуре — прозрачный, Стойкое к царапинам антипригарное молекулярное покрытие

Абстрактный

Силиконы обычно считаются инертными и, следовательно, не реакционноспособными с поверхностями.Здесь мы показываем, что наиболее распространенный силикон с метильным окончанием полидиметилсилоксан спонтанно и прочно связывается со стеклом — и любой другой материал с химическим составом поверхности оксида кремния — даже при комнатной температуре. В результате получается прозрачная пленка толщиной 2–5 нм. покрытие, которое демонстрирует исключительные антипригарные свойства по отношению к полярным и неполярных жидкостей образуется лед и даже суперклей. Десять микролитров капли различных жидкостей соскальзывают со стекла с покрытием, когда образец наклонена менее чем на 10°. Адгезионная прочность на льду на покрытом стекло только 2.7 ± 0,6 кПа, то есть более чем на 98 % меньше, чем прилипание льда к непокрытому стеклу. Механически стабильное покрытие легко наносится краской, распылением или валиком. Примечательно, реакция не требует ни избыточной энергии, ни растворителей, ни он вызывает опасные побочные продукты, что делает его идеальным вариантом для экологически устойчивая модификация поверхности во множестве технологических Приложения.

Введение

Силиконы бесцветные, нетоксичен и обычно считается быть биосовместимыми материалами.Силиконы часто используются в промышленности. и широкий спектр потребительских товаров по всему миру. 1−3 Мировой рынок для силиконов быстро растет и, как ожидается, достигнет 20 млрд. долларов США в 2021 году. 4 Уникальная недвижимость силиконов включают превосходную термическую стабильность, тепловую и электрическую изоляция и водоотталкивающие свойства. Важные области применения силиконов охватывают медицинскую технику, строительство, автомобилестроение и бумажная промышленность. Типичными примерами являются верхние покрытия для медицинских устройств, электроника, солнечные элементы, оптические линзы, оконные стекла, разделительные слои для клейких этикеток, контейнеров и пищевых упаковок. 1,2,5 Уникальные свойства силиконов из неорганически-органической композитной структуры силоксана молекулы.

Наиболее распространен силикон с концевыми триметилсилоксигруппами линейный поли(диметилсилоксан) (ПДМС). Он имеет неорганическую кремний-(Si)-кислородную (O) основу. с двумя присоединенными органическими метильными боковыми группами (-CH 3 ) каждому атому кремния (вспомогательная информация, рис. С1). 1 Органические/неорганические молекулярные структура придает ПДМС его уникальные свойства.Например, низкая электроотрицательность Si приводит к сильно поляризованным связям Si-O в основной цепи PDMS (Дополнительная информация, таблица S1). То большая энергия связи 452 кДж моль –1 дает PDMS его высокая термическая стабильность. 1 Гидрофобный метильные боковые группы обеспечивают низкую поверхностную энергию и защищают неорганические Основная цепь Si–O, тем самым снижая межмолекулярные взаимодействия. внутри ПДМС. Из-за низкого поверхностного натяжения γ ≈ 20 мН м –1 ПДМС легко смачивает большинство материалов. 1 Широкий валентный угол ~150° между Атомы Si–O–Si дают практически исчезающие торсионные барьеры. 6 В качестве поучительного примера энергия вращения вокруг связи (CH 3 ) 2 Si–O в ПДМС только 3,3 кДж моль –1 , тогда как вокруг связи СН 2 –СН 2 в полиэтилене она составляет 13,8 кДж моль –1 . 1 Низкая температура стеклования T г при −127 °C 1 обеспечивает отличные смазывающие свойства в широком диапазоне температур.

Общеизвестно, что силиконы склонны прилипать к поверхностям.Было показано, что обработка ПДМС на оксидных поверхностях нагреванием 7,8 дает прочно связанный полимерный щеткоподобный 9,10 ПДМС. фильмы. Такие пленки демонстрируют замечательную водоотталкивающую способность и проявляют гистерезис низкого контактного угла меньше или равен 10° для различных полярные и неполярные жидкости. Для сравнения, другие гидрофобные покрытия такие как фторсиланы 11 и тефлон 12 (поли(тетрафторэтилен), ПТФЭ) обычно показывают гистерезис краевого угла смачивания водой ~20–30°.В дополнение к тому, что PDMS связывается с поверхностями с помощью тепла, он может связываться с фотокатализаторами на основе оксидов металлов при освещении УФ-светом. 13 Например, Eifert et al. 14 нанесенный ПДМС на различные подложки, включая стекло и запекали образцы в течение 1–3 мин при 300 ° C для прикрепления PDMS. к поверхностям. После этого они пропитали образцы PDMS. для получения водоотталкивающих поверхностей, пропитанных маслом. Сюэ и др. 15 изготовлен супергидрофобный ПДМС/октадециламин покрытие на тканях, которые показали способность к самовосстановлению как после механических и химические повреждения.Ян и др. 16 применяется капельное покрытие, отверждение и истирание для изготовления супергидрофобного Покрытие ZnO/PDMS с ледоотталкивающими свойствами. Помимо нанесения покрытий, взаимодействия между ПДМС и твердыми телами 17 являются принципиальное и практическое значение, например, при связывании частицы неорганического наполнителя, используемые для армирования силиконового каучука. 18 Другие сложные применения на основе кремнезема Архитектура включает датчики окружающей среды 19 и фильтрацию наночастиц. 20

Несмотря на обильное использование ПДМС, его реакции с оксидами не ясно. Первая статья, указывающая на реакцию, активируемую нагреванием. PDMS со стеклом был опубликован еще в 1947 г. Hunter et al. 21 В 1969 г. Уиллис 22 писал: «Мы наблюдали значительно усиленную реакцию на металлические поверхности. Разложение полидиметилсилоксанов может происходить при температурах до 90-100°С, что приводит к образованию чрезвычайно тонких полимерных пленок». Он указал, что реакция происходит только на поверхностях оксидов металлов, а не на благородных металлах, и что реакция не наблюдалась в атмосфере инертного газа азота и аргона. Эти ранние работы, однако, не получили широкого распространения. внимание, поскольку считалось, что ПДМС не вступает в реакцию с оксидами, то есть не способный к образованию каких-либо ковалентных связей с субстратом, поскольку он не содержит реакционноспособных групп, таких как хлор (-Cl) или гидроксильные (-ОН) группы. Адсорбция PDMS была объяснена водородной связью с подложкой. 23 Возможность химической поверхностной реакции не рассматривалась до 2010 года, когда Крампфер и Маккарти 7,8 и, четыре года позже Граффиус и соавт. 24 предложил, чтобы ПДМС может адсорбироваться на оксиде кремния посредством поверхностной реакции, катализируемой кислотой. который включает расщепление силоксановой основы ПДМС и конденсацию с поверхностными силанолами (≡Si–OH) при повышенных температурах при 100–300 °С.

Было предложено, чтобы поверхность силанолы являются благоприятными сайтами для химического связывания ПДМС с оксидом кремния. 7,8,24 Поверхность полностью гидроксилированного диоксида кремния имеет значительное количество поверхностных силанолов, ∼5 OH нм –2 . 24−26 Несмотря на эти силанольные группы, самопроизвольное формирование качественной пленки покрытия из ПДМС без добавления реагенты или катализаторы кажутся удивительными на первый взгляд, как это делает PDMS не содержат реакционноспособных групп. Реакция имеет особое промышленное значение. интерес, потому что производство молекулярных покрытий PDMS обычно высвобождает токсичные химикаты 1,27 или потребляет энергию. 8,14 На более толстых покрытиях из сшитого ПДМС капли жидкости прилипают к поверхности. Эта проблема была решена путем пропитки ПДМС силиконом. масла, что приводит к образованию пропитанных смазкой поверхностей. 14,28−30 Недостатком такого подхода является то, что скользящая капли уносят смазку с собой, портя свойства в процессе времени (вспомогательная информация, видео S1). 31,32

Здесь мы преодолеваем проблемы, связанные с для производства поверхностей из ПДМС и прилипание капель путем введения легкого, но неизученного, стратегия. Мы показываем, что ПДМС спонтанно реагирует с оксидом кремния. поверхности в широком диапазоне температур, даже при комнатной температуре и ниже.Мы предполагаем, что реакция прививки PDMS к кремнию оксид при комнатной температуре индуцируется присоединением линейного ПДМС цепей на поверхность в результате реакций гидролиза и конденсации. Примечательно, в результате реакции образуется высококачественное покрытие толщиной 2–5 нм, которое показывает гистерезис контактного угла ниже 10° для воды и различных органических жидкостей как на стеклянных, так и на кремниевых пластинах (). Таким образом, пленка PDMS позволяет легкое скольжение по его поверхности различных полярных и неполярных жидкостей. Сила тяжести или легкий удар легко удаляют капли, тем самым помогая поверхность, чтобы оставаться чистой (а и вспомогательная информация, видео S2).Примечательно, что этот экологически чистый одностадийный синтез дает водоотталкивающий, прозрачный, механически стабильный и антипригарный покрытие, способное отталкивать лед, аэрозольные краски и клеи, включая супер клей. Твердые и пористые поверхности любой формы легко иметь покрытие, включая бумагу и текстиль (поддержка Информация, Видео S3).

Пленки ПДМС, привитые к стеклу при комнатной температуре. (а) (слева) Фотографии показывает скользящую каплю воды, окрашенную метиленовым синим (радиус ≈ 2 мм) вниз на пленке PDMS.Капля оставляет после себя чистую поверхность. То молекулярная масса ПДМС 6000 г моль –1 и прививка время было 24 часа. (справа) Капля прикреплена к химическим парам, осажденным фторсилановое покрытие на стекле. Капля испаряется и оставляет после себя пятно (вставка). Обе поверхности были наклонены на 15°. (б) Продвижение θ a (красные точки) и удаляющийся θ r (синие точки). треугольники) краевые углы смачивания водой (вставка: молекулярная формула ПДМС) и (c) гистерезис краевого угла на пленках PDMS после различных периоды прививки.(d) Контактный угол в зависимости от объема капли воды на привитый ПДМС (красные точки) и сшитый ПДМС (синие треугольники) на стекло при надувании и сдувании капли. Продвижение и отступление краевые углы последовательно определяются на протяжении всей работы путем увеличения и уменьшение объема капли от 10 до 25 мкл при постоянном скорость 1 мкл с –1 при использовании стандартного контакта угловой угломер. (д) Гистерезис краевого угла воды на привитых пленках с различной молекулярной массой PDMS. (f) Углы скольжения для 10 мкл капель различных полярных и неполярных жидкостей на PDMS фильм.Поверхностное натяжение γ жидкостей соответствует Fluorinert FC-70. 17,1 мН·м –1 ; н -гексан 18,4 мН м –1 ; этанол 22,1 мН·м –1 ; н -гексадекан 27,5 мН м –1 ; толуол 28,4 мН·м –1 ; оливковое масло 32 мН м –1 ; этилен гликоль 47,7 мН м –1 ; дийодметан 50,8 мН·м –1 ; глицерин 64 мН м –1 ; вода 72,8 мН·м –1 . В (а – г) и (е) молекулярная масса ПДМС 6000 г моль –1 .В (а) и (г – е) прививка время было 24 часа.

Материалы и методы

Материалы

Материалы подложки 170 мкм толстые покровные стекла из боросиликата (Menzel-Gläser, Thermo Scientific) и кремниевых пластин с зеркальной полировкой (Si-Mat). Кроме того, Известково-натриевое лабораторное стекло толщиной 1 мм (Menzel-Gläser, Thermo Scientific) использовали в качестве субстрата для демонстрации стабильности и легко очищаемые свойства покрытия. Линейный ПДМС с молекулярным массы (ММ) 770 и 49350 г моль –1 было приобретено у Gelest, Inc.и ПДМС МВт 2000, 6000, 14000, 28 000, 63 000 и 117 000 г моль –1 были получены от Alfa Aesar. Циклический ПДМС, декаметилциклопентасилоксан (D5), молекулярная масса 371 г моль –1 , был приобретен у Sigma-Aldrich. Для экспериментов использовалась вода Milli-Q. Все технические зондовые жидкости были приобретены у Sigma-Aldrich и использовались в том виде, в каком они были получены.

Подготовка проб

Подложки из стекла и кремниевых пластин промывали этанолом и водой, сушили в токе азота и если не указано иное, кислородно-плазменная чистка мощностью 300 Вт в течение 10 мин. (Фемтоплазменная система низкого давления, Diener electronic).несколько капель ПДМС (т. е. силиконовое масло с определенной молекулярной массой), ~30–50 мкл наносили на поверхность подложки, после чего капли распределяли другим предметным стеклом, чтобы образовалось менее Пленка ПДМС толщиной 1 мм. Мы использовали ПДМС с молекулярной массой 6000. г моль –1 (вязкость = 95 мПа·с) во всех экспериментах, если не указано иное. После того, как пленки PDMS были нанесены на подложки, образцы помещали в пластиковые контейнеры из полистирола при температуре 22–23 °C и относительной влажности 30–60 % для 24 ч, чтобы он прореагировал с поверхностью образца, если не указано иное.Контейнеры не были запечатаны газонепроницаемыми. Некоторые образцы были привиты при различных температурах. Поэтому пленки PDMS были распространены на образцы, как описано выше, после чего образцы были помещены в духовке, холодильнике или морозильной камере в течение 24 ч. Прививка PDMS при различных увлажнение при комнатной температуре проводили в специально изготовленной камере, где относительная влажность (RH) контролировалась циркулирующим сухим или влажный газообразный азот. После того, как ПДМС прореагировал со стеклом (или кремнием пластины) избыток PDMS сначала смывали ополаскиванием толуоле, а затем обработкой образца ультразвуком в толуоле, этаноле, и вода по 10 мин в каждую жидкость.

Метилирование поверхности и Фторсиланизацию проводили методом химического осаждения из паровой фазы. (ССЗ). Очищенные плазмой стеклянные подложки помещали в эксикатор. вместе со 100 мкл силана, триметилхлорсилана или 1 H , 1 H , 2 H , 2 H — перфтороктилтрихлорсилан (чистота 97 %, Sigma-Aldrich). Давление в эксикаторе снижали до ~100–200 мбар в течение 2 часов. После этого образцы помещали в вакуумную печь. при 60°С в течение 2 ч для удаления непрореагировавшего силана.Чтобы сравнить привитые пленки ПДМС с сшитым ПДМС, мы подготовили сшитые Поверхности PDMS с использованием эластомера Sylgard 184 (Dow Corning). База компонент и сшиватель смешивали в соотношении 10:1 по массе. при ручном перемешивании в течение 2 мин. Раствор дегазировали в вакууме. при 200 мбар в течение 15 мин. После этого ~30 мкл PDMS раствор наносили на стеклянные подложки размером 24 мм × 30 мм в размер. Образцы были покрыты центрифугированием при 2500 об/мин в течение 5 минут, чтобы сформировать Пленка PDMS толщиной ~ 10 мкм, после чего поверхности отверждение в печи при 60°С в течение 20 часов.Для сравнения со смазкой поверхности, мы наполнили сшитую пленку ПДМС жидкостью ПДМС (молекулярная масса 6000 г моль –1 ). Поэтому мы внесли несколько капель PDMS на образце и дайте им спонтанно распространиться по поверхность. После того, как пленке дали пропитаться в течение 2 ч в горизонтальном плоскости образец помещали вертикально на 5 ч, чтобы избыток ПДМС удаляется с поверхности под действием силы тяжести. Поверхность показала скольжение угол менее 1° для 10 мкл капель воды.

Для демонстрации Прививка ПДМС к другим материалам, не имеющим химия поверхности оксида кремния, мы покрыли алюминий, нержавеющую сталь, полиэфирная ткань и бумага с PDMS. Металлические пластины, 50 мм × Размер 50 мм × 1 мм, были куплены в Modulor и промыты. этанолом и водой перед использованием. Ткани были куплены в г. Karstadt и бумажные салфетки (прецизионные салфетки Kimtech Professional, Kimberly-Clark) были получены от Thermo Fisher Scientific. До подачи заявки пленок ПДМС мы покрывали подложки тонким слоем толщиной ∼3 нм. толстый слой диоксида кремния. Таким образом, субстраты были первыми. кислородно-плазменная очистка (алюминий и нержавеющая сталь мощностью 300 Вт в течение 10 мин и полиэфирной ткани и бумаги при 180 Вт в течение 2 мин).После этого субстраты помещали в эксикатор вместе с аммиаком (3 мл, 25% раствор, VWR Chemicals) и ТЭОС (3 мл, чистота 98%, Sigma-Aldrich) при атмосферном давлении и комнатной температуре в течение 4 ч нанести газофазный Реакция Штёбера 33 для роста слой кремнезема. Затем образцы снова подвергали кислородно-плазменной очистке с использованием те же параметры, которые использовались до выращивания кремнеземной оболочки, после чего к образцам прививали ПДМС в течение 24 ч при комнатной температуре. Для удаления непрореагировавшего ПДМС металлические пластины обрабатывали ультразвуком в растворителях. используя стандартную процедуру, описанную выше.Полиэфирная ткань а образцы бумаги просто промывались в течение ∼30 с в каждом растворителе. (бумагу ополаскивали только в толуоле и этаноле, а не в воде, чтобы предотвратить повреждение субстрата).

Характеристика

Угол контакта

Смачивание поверхности исследовали с помощью гониометр DataPhysics OCA 35 (DataPhysics Instruments). Статический краевые углы θ и углы скольжения α определялись с объемом капли 10 мкл. Данные были собраны как минимум три разных положения на каждом образце.Определены краевые углы продвижения θ a и отступления θ r . путем увеличения и уменьшения объема капли от 10 до 25 мкл из расчета 1 мкл с –1 .

Эллипсометрия

Толщина привитых пленок ПДМС определяли методом эллипсометрии (Nanofilm EP3, лазер 658 нм, 50 мВт) на кремниевых пластинах. Толщина естественного оксидного слоя на пластин был измерен, чтобы быть 3,8 ± 1,5 нм. Толщина слой естественного оксида входит в расчет толщины пленка ПДМС.Поскольку значения показателя преломления ПДМС ( n = 1,42, λ = 500 нм) 34 и нативного оксид ( n = 1,46, λ = 500 нм) 35 очень близки, свет в основном отражается на граница раздела между слоем собственного оксида и кремнием ( n = 4,3, λ = 500 нм). 35

AFM

Толщина пленки ПДМС и сила адгезии между поверхностью пленки PDMS и атомно-силовой микроскопией (АСМ) были исследованы с помощью АСМ (MFP3D Standalone от Asylum Research).Консоли из кремния без покрытия (OMCL-AC240 от Olympus) с силовой постоянной от 2,6 до 3,1 Н·м –1 . Для каждого субстрата мы использовали новый кантилевер, который мы откалибровали, анализируя тепловые шумовой спектр («метод Сейдера»). Сила–Расстояние кривые были записаны с использованием подхода картирования силы: кончик многократно приближение и отвод по сетке 64 на 64 точки (32 на 32 точки на эталоне стекла) на площади 1 мкм × 1 мкм. Таким образом, наконечник всегда измерял нетронутую поверхность.

XPS

Влияние разного времени прививки и предварительной обработки на атомный состав на кремниевых пластинах исследовал Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС). Анализы XPS были выполнены с инструментом Kratos Axis Ultra DLD (Kratos Ltd.) с использованием монохроматического Источник рентгеновского излучения Al Kα (1486,6 эВ, ток эмиссии: 10 мА, анод напряжение: 15 кВ). Базовое давление прибора оставалось ниже 3,0 × 10 –10 торр. Работа выхода была откалибрована на энергия связи 84.0 эВ для металлического золота (Au 4f 7/2 ). Система нейтрализации заряда использовалась для всех анализов. Заряд нейтрализацию контролировали с помощью пика C 1s для случайных углерод. Обзорные спектры и детальные сканы были записаны при энергии пропускания. 80 эВ с 10 развертками и шагом по энергии 1 эВ. Высокое разрешение получены спектры переходов C 1s, O 1s, Si 2p и Si 2s при энергии прохода 20 эВ и пяти развертках с шагом по энергии 0,1 эВ. Площадь анализа составляла ∼300 × 700 мкм 2 .Все спектры записаны в режиме спектроскопии с использованием режим гибридного объектива. Для каждой выборки не менее трех независимых измерения были выполнены. Расчет атомного процента были выполнены из обзорных спектров, скорректированных на пропускание с с помощью коммерческого программного обеспечения CasaXPS (версия 2.3.16, Casa ООО «Программное обеспечение»). Энергии связи были откалиброваны с использованием C 1s пик примесного углерода при энергии связи 284,8 эВ, с связанная ошибка ∼0,1–0,2 эВ. 36

FTIR

Инфракрасное преобразование Фурье спектроскопия (FTIR, Tensor II с Platinum ATR, Bruker) применялся для исследования химических изменения в ПДМС, то есть реакции гидролиза и конденсации во время процесс прививки ПДМС при комнатной температуре.Чтобы максимизировать кремний площадь поверхности оксида для FTIR-измерений мы взяли коллоидный кремнезем (Аэросил 200, Эвоник, площадь поверхности = 200 м 2 г –1 ) и плотно сжать на предметном стекле. Спрессованный порошок кислородно-плазменная очистка при 300 Вт в течение 10 мин. Во-первых, чистый порошок был исследован с помощью FTIR. После этого порошок удаляли и кристалл ослабленного полного отражения (ATR) был очищен. Второй, на кристалл и исследовали без порошка.После этого порошок наносили на PDMS и плотно сжимали под предметным стеклом. Химические изменения контролировали с помощью FTIR со временем до 24 часов. Эксперимент повторили дважды, чтобы убедиться, что результаты повторяемый. Каждый спектр был записан с разрешением 1,4 см –1 путем выполнения 200 сканирований. Запись каждого отдельного спектра таким образом, потребовалось ∼3 мин. Глубина проникновения в образец составляет ∼1–2 мкм на 1000 см –1 . Глубина проникновения увеличивается на порядок между 4000 и 400 см –1 .Программное обеспечение для сбора данных Bruker использовалось для коррекции спектров. для поглощения окружающей среды H 2 O и CO 2 во время измерения.

UV–Vis

Коэффициент пропускания света пленки ПДМС для длин волн от 300 до 1500 нм измеряли с помощью ультрафиолетового-видимого световой (УФ-видимый) спектрометр (Lambda 900, PerkinElmer).

Ультрафиолетовый свет Экспозиция

УФ-стойкость пленки PDMS исследовали, освещая образец УФ-А светом (интенсивность на поверхности образца = 2.3 ± 0,3 мВт см –2 ) с расстояния 8 см (источник света: LQ-400, Dr. Gröbel UV-Elektronik ГмбХ). Интенсивность освещения измеряли с помощью УФ-радиометра. RM-12 с датчиком УФ-А для спектрального диапазона 315–400 нм (Dr. Грёбель УФ-Электроник ГмбХ).

Устойчивость к кислоте/основе Решения

Стабильность пленки ПДМС в растворах кислот и оснований исследовали путем погружения образцы в 0,1 М водном растворе соляной кислоты (HCl, pH = 1) или хлорид натрия (NaOH, pH = 13) соответственно для 1 или 24 час

Адгезия к ленте

Мы провели тест на адгезию к ленте после стандарт ASTM D903. В качестве скотча мы использовали ткань Tesa. скотч (Gewebeband синий 2,75 м × 19 мм). Лента была приклеена к подложку с помощью металлического валика диаметром 12,5 см и вес 2,5 кг. Через 5 мин ленту сняли. оттягиванием назад под углом отслаивания 180° со скоростью 15 см мин. –1 . Регистрировали среднюю силу сцепления. с помощью манометра PCE-DFG N20.Определяли среднюю силу сцепления. из пяти независимых измерений.

Адгезия для льда

Лед Адгезию измеряли с помощью самодельного прибор для испытания сцепления на льду. Вкратце, датчик силы (PCE-DFG N20, максимальное измеряемое усилие 20 Н с точностью ±0,1% от диапазон измерения) и ручной линейный столик (XR50P/M 50 мм, Thorlabs) для перемещения образец крепился на алюминиевой макетной плате (Thorlabs). Вся установка была построена в морозильной камере (компрессор Mobicool FR40). система охлаждения).Сначала образец крепился к линейному столику. и дали остыть 5 мин. После этого мы аккуратно отложили 50 мкл воды капают на поверхность образца. После того, как капли были давали остыть в течение 5 мин, их замораживание начиналось прикосновением к их с крошечным кристаллом льда на кончике пинцета. Капли были дать заморозиться в камере при температуре −8 °C в течение различных периодов времени времени от 10 мин до 16 ч. После этого камера была открыта из вверху, а образец с каплями льда двигался навстречу силе наконечник датчика со скоростью ~50 мкм с –1 .Температура на поверхности образца оставалась на уровне -8 ± 1°C во время измерений. Требуемая сила F фиксировали отрыв капель льда от поверхности образца. То была установлена ​​точка контакта между каплей льда и наконечником силомера как можно ближе к подложке, чтобы можно было определить силы сдвига надежно. Диаметр контакта капель воды объемом 50 мкл на разных материалах образцов определяли с контактным углом угломер. Таким образом, зная площадь контакта A капель на разных образцах прочность поперечного сцепления τ льда рассчитывали по .Средняя адгезионная прочность льда составила определяют по пяти индивидуальным измерениям каждого образца. Когда при расчете прочности льда на сдвиг мы принимали круговую геометрию для линии соприкосновения и что площадь соприкосновения осталась неизменной во время заморозки. Нельзя исключать, что площадь контакта расширилась слегка при заморозке; однако он включен в данную ошибку поля.

Результаты и обсуждение

Влияние времени полоскания на Угол контакта

Привитой Пленка PDMS должна содержать только молекулы, прочно связанные с подложкой.При исследовании привитых пленок PDMS важно правильно смыть избыточные молекулы PDMS, которые не связаны с поверхностью. Примечательно, что тщательная промывка растворителями, например, толуолом, который является хорошим растворителем для PDMS, не удаляет все излишки, несвязанные молекулы ПДМС с поверхности. Через 10 с промывки образец в стеклянном стакане, наполненном толуолом, этанолом и водой, соответственно, пленка ПДМС, хорошо заметная невооруженным глазом, осталась на поверхности стекла (рис. S2).После 10–30 с промывки в растворителях, гистерезис краевого угла и угол скольжения увеличивались с увеличением времени полоскания и находились в пределах 1–6° (табл. 1). После 20 с промывки слой ПДМС толщина кремниевой пластины, измеренная с помощью эллипсометрии, составляла 8 нм. За сравнения, на соответствующем образце, который был обработан ультразвуком в растворители и, таким образом, несвязанный ПДМС удаляли; толщина ПДМС покрытие составляло всего ~3 нм. После 30 с промывки контактный угол гистерезис и угол скольжения были примерно на 5° ниже по сравнению с соответствующим образцам, обработанным ультразвуком в растворителях (табл. 2а).Гистерезис контактного угла и соответственно угол скольжения начал насыщаться при ~10° после 1–2 мин промывки в каждом из растворителей. Это демонстрирует что избыток ПДМС нельзя легко смыть ополаскиванием. Вероятно некоторое количество несвязанного ПДМС остается на поверхности после ополаскивания, и, таким образом, покрытие остается в пропитанном смазкой состоянии. 14,28−30 Свободные молекулы удерживаются в пленке за счет привитые цепи PDMS и действуют как смазка. Поверхностные свойства, таким образом, зависит от количества свободного PDMS в пленке и зависит от функции интенсивности и продолжительности полоскания. Чтобы удалить все несвязанные PDMS максимально эффективно, как стандартная процедура через работу мы сначала промыли образцы в толуоле, а затем обработали их ультразвуком в толуола, этанола и воды по 10 мин в каждом растворителе.

Таблица 1

Водоотталкивающие свойства привитых пленок ПДМС к стеклу после смывания избытка ПДМС промывкой в ​​растворителях a

9 θ
время промывки θ [deg] θ θ a θ θ R θ θ a R [DEG] α [deg]
10 10 9 107 ± 1 107 ± 2 105 ± 2 2 <1
20 109 ± 1 108 ± 1 103 ± 2 5 5 ± 1
30
30 107 ± 1 109 ± 1 103 ± 4 103 ± 4 6 6 ± 5 6 ± 5
60550 108 ± 1 110 ± 1 98 9 12 12 10 ± 2 10 ± 2
120 107 ± 1 107 ± 1 111 ± 1 98 ± 2 98 ± 2 13 11 ± 1

Таблица 2

Водозагревательство привитых пленок PDMS к стеклу a

90 545
(a) время прививки θ [dog] θ [deg] θ R θ R θ θ a R α α [deg]
0 Мин 0
1 мин 58 ± 5 60 ± 5 29 ± 6 39
5 мин 71 ± 3 73 ± 3 41 ± 1
15 мин 95 ± 1 97 ± 1 97 ± 1 65 ± 1 32
2 H 2 H 103 ± 1 106 ± 1 106 ± 1 80 ± 1 80 ± 1 26
24 H 106 ± 1 109 ± 1 97 ± 1 12 12 ± 2
5 d 107 ± 1 107 ± 1 109 ± 1 99 ± 1 99 ± 1 99 ± 1 10 7 ± 2 7 ± 2 9 ± 2
10 D 108 ± 1 109 ± 2 97 ± 2 12 11 ± 2 11 ± 2
30 D 307 ± 1 107 ± 1 110 ± 1 92 ± 2 18 18 ± 4
905 49
(b) Температура [° C] θ [deg] θ a θ θ R θ θ A R [DEG] α [deg]
-18 -18 104 ± 1 104 ± 1 108 ± 1 108 ± 4 83 ± 4 25
10 106 ± 1 109 ± 1 109 ± 1 109 ± 1 1 93 ± 1 16 22 ± 4
22-23 (RT) 106 ± 1 109 ± 1 97 ± 1 97 ± 1 12 12 ± 2 12 ± 2
100 105 ± 1 108 ± 1 95 ± 1 13 13 13 ± 2
(c) Rh [%] θ [deg] θ A θ θ R [град] θ a –θ r [град] α [град]
  0. 1 106 ± 1 109 ± 1 109 ± 1 100 ± 1 100 ± 1 9 11 ± 1
30-60 306-60 106 ± 1 109 ± 1 97 ± 1 12 12 ± 2
106 ± 1 108 ± 1 94 ± 1 94 ± 1 94 11 ± 1 11 ± 1
97-99 95 ± 3 98 ± 3 64 ± 4 34  

Реакция ПДМС с оксидом Поверхности

PDMS начинает связываться с поверхностью стекла сразу после контакта с подложкой при комнатной температуре. Уже через 1 мин времени контакта исходное идеально гидрофильная поверхность стекла (краевой угол θ ≈ 0° для воды) становится слегка водоотталкивающим, проявляя контактный угол опережения θ a = 60 ± 5° и гистерезис контактного угла 31 ± 2°. Через 24 часа контакта время гидрофобная пленка ПДМС с θ a = 109 ± 1° и гистерезис контактного угла 12 ± 2°. (а–г, табл. 2а). Толщина пленки 2,8–3,1 нм; толщина измерялась методом эллипсометрии на кремниевых пластинах (табл. 3) и методом АСМ на стекле от упругой деформации фильм.

Таблица 3

Водоотталкивающие свойства привитых пленок ПДМС в стекло при комнатной температуре в течение 24 часов с использованием различных молекулярных масс Для PDMS A

Время прививки [H] МВт [G ML -1 ] Толщина эллипсометрии [NM] θ [DEG] θ A [DEG] θ R [DEG] θ θ a R α R α α [deg]
24 770 770 1. 1 ± 0,3 92 ± 1 95 ± 3 70-2 70 ± 2 25
24 6000 6000 3,1 ± 0,2 106 ± 1 109 ± 1 97 ± 1 97 ± 1 97 ± 1 97 ± 1 97 ± 1 97 ± 1 97 1 12 12 12 ± 2
24 117 000 117 000 57 000 5,6 ± 0,2 113 ± 1 115 ± 1 75 ± 4 75 ± 4 40

Продление продления время реакции ПДМС на стекле от с 1 по 5 д и 10 d дополнительно увеличили толщину пленки с 2. 8 ± 1,1 нм до 4,3 ± 0,7 и 5,1 ± 0,7 нм соответственно, измеренные АСМ. Появляется толщина пленки PDMS ~ 4 нм (время реакции 5 дней). для получения наилучшей водоотталкивающей способности с гистерезисом контактного угла 10 ± 1° и угол скольжения 7 ± 2° для 10 мкл капли (б, в, табл. 2а). Более высокая толщина пленки дает повышенное закрепление капель воды.

Молекулярная масса ПДМС в зависимости от толщины пленки

Дополнительно к прививке линейного ПДМС с молекулярной массой 6000 г моль –1 мы привили значительно более низко- и высокомолекулярные масса линейного ПДМС варьируется от MW 770 до 117000 г моль –1 .Оптимальная молекулярная масса для 24 ч комнатной температуры Прививка ПДМС имеет молекулярную массу порядка 10000 г моль –1 (д). С участием ниже или выше MW гистерезис краевого угла воды начинает увеличение, е и табл. 3. В в случае низкой молекулярной массы, скорее всего, присоединенные цепи ПДМС слишком короткие, чтобы быть достаточно гибкими, и влияние нижележащая стеклянная подложка все еще заметна; контактный угол гистерезис составлял 25–30° после того, как подложка прореагировала с короткоцепочечным линейным ПДМС (молекулярная масса = 770 г моль –1 ). В случае высокой ММ длина цепи выше порога где начинается запутывание молекул, ∼MW 6000–7000 г моль –1 . 37 Запутывание снижает подвижность цепей ПДМС на поверхности. Следовательно, увеличивает гистерезис краевого угла и изменяет смачивающие свойства пленки по сравнению с поперечно-сшитым ПДМС, где подвижность цепи ограничен. Действительно, сшитый силикон обычно проявляет контакт угловой гистерезис достигает 35–50° для воды (г). 38,39

ПДМС с молекулярной массой 6000 г моль –1 содержит ~80 звеньев Si–O на одну полимерную цепь (номер D ). Таким образом, теоретическая длина цепи для ПДМС MW 6000 г моль –1 составляет ∼26 нм, когда Si–O длина связи = 0,163 нм, валентный угол Si–O–Si = 150°, и вес мономера диметилсилоксана ((CH 3 ) 2 SiO) = 1,23 × 10 –22 г. Этот упрощенный расчет основан исключительно на геометрии связей кремний-кислород 6 в теоретическом случае, когда полимерная цепь полностью растянут. На самом деле цепи гибкие и довольно кудрявый. Кроме того, они могут быть ориентированы параллельно поверхности, а не перпендикуляр. Для ПДМС с молекулярной массой 770 и 117000 г·моль –1 теоретическая длина цепи составляет ~3 и 500 нм соответственно. Прививка пленки PDMS включает разрыв полимерных цепей путем атаки молекулы воды. Таким образом, длина привитых цепей ПДМС короче. чем исходная длина цепи жидкости PDMS. Кроме того, поскольку разрыва цепи, распределение длины отдельных цепей привиты к субстрату случайным образом.Ожидаются привитые цепи PDMS лежать на поверхности и не стоять в полный рост. Следовательно, толщина привитых пленок ПДМС (табл. 3) намного меньше расчетной теоретической длины цепи на основе молекулярной массы используемого ПДМС.

Скользящие уголки различных жидкостей

Степень закрепления капли к поверхности, то есть боковая сила сцепления F adh , зависит от гистерезиса краевого угла, то есть разница между опережающим θ a и отступ θ r углов контакта. Например, для 10 мкл капли воды (сравнимые с объемом дождевой капли среднего размера 40 ) с шириной контакта w = 3,2 мм и поверхностным натяжением γ = 0,073 Н·м –1 , гистерезис контактного угла 20° дает F adh (cos θ r – cos θ a ) ≈ 80 мкН. 38,41 Удаление капель с поверхности под действием силы тяжести, F G = мг sin α > F adh , где m — масса11 г3 900 гравитационное ускорение, а α – угол наклона подложки, будет означать наклон подложки более чем на 50°.Здесь начинает двигаться капля воды объемом 10 мкл. вниз по поверхности стекла, покрытой PDMS, как только подложка будет наклонена на ∼10° (табл. 2а), что указывает на низкий уровень F adh < 20 мкН. Капли движутся медленно, ~10 мкм с –1 при наклоне менее 15°. Однако при более высоких склонностях капли достигают скорости порядка нескольких миллиметров в секунду (Дополнительная информация, рисунок S3, таблица S2). Помимо воды, множество других жидкостей, в том числе алканы, масла, растворители и фторсодержащие жидкости легко соскальзывают с Стекло с PDMS-покрытием при наклоне менее 10° (f).

Стабильность и применимость покрытия

PDMS пленки прочно связаны. Вода не может заменить адсорбированный ПДМС, несмотря на его высокая полярность и сродство к оксиду кремния. И фильмы не могут удалять ультразвуком в органических растворителях. Это было проверено ультразвуком образцов в течение 10 мин в воде, этаноле, изопропиловом спирте, ацетоне, и толуол, после чего гистерезис краевого угла воды остался не меняется в пределах экспериментальной точности ±2°. Фильмы на 100 % прозрачны, что подтверждается ультрафиолетовым и видимым светом. (УФ-видимая) спектроскопия (вспомогательная информация, Рисунок S4).Причиной отличной прозрачности является небольшое несоответствие показателя преломления ~ 3% между PDMS и кремнием оксид и малая толщина пленки. В отличие от пористого водоотталкивающего материалы, 29 пленки PDMS не содержат любые светоотражающие конструкции. Кроме того, пленки выдерживают УФ-подсветка. После 5-дневного воздействия УФ-А света (интенсивность поверхность образца = 2,3 ± 0,3 мВт см –2 ), вода репеллентность стекла, покрытого ПДМС, осталась неизменной (табл. 4).

Таблица 4

Старение Водоотталкивающие пленки PDMS Привитый к стеклу при комнатной температуре для 24 ч A

[deg]
Образец θ [deg] θ A θ θ R θ θ A — θ R [deg] α [deg]
Чистый PDMS Film 106 ± 1 109 ± 1 97 ± 1 97 ± 1 12 12 ± 2
шесть месяцев в темноте 105 ± 1 108 ± 1 98 ± 1 10 11 ± 1
до 5 лет УФ освещенность 107 ± 1 109 ± 1 97 ± 1 12 12 ± 1

Пленки ПДМС стойкие к высоким температурам из-за сильного ионный характер силоксанового остова. После отжига в печь при 100 °C в течение 5 ч, любые изменения смачиваемости поверхности невозможно было наблюдать в пределах точности эксперимента. После того, как после отжига при 400 °C в течение 5 часов пленка PDMS все еще сохраняла свои свойства. гидрофобный характер, а гистерезис краевого угла оставался ниже 30° (табл. 5). Повышенный гистерезис при термообработке связан с частичным окислением гидрофобных метильных боковых групп ПДМС. 42 После отжига при 500 °C стекло поверхность стала полностью гидрофильной из-за термического разложения покрытие ПДМС.

Таблица 5

Термостойкость водоотталкивающего материала Пленки PDMS привитые к стакану при комнатной температуре для 24 ч A

3

θ [deg] θ A θ θ R [ θ A R [DEG] α [deg]
Чистый PDMS PDMS 106 ± 1 109 ± 1 97 ± 1 97 ± 1 12 12 ± 2
отжигается при 100 ° C 106 ± 1 106 ± 1 109 ± 1 98 ± 1 98 ± 1 98 ± 1 12 ± 1 12 ± 1
Откиненные при 200 ° C 105 ± 1 108 ± 1 88 ± 1 20 15 ± 2 15 ± 2
отжигается при 300 ° C 104 ± 1 104 ± 1 107 ± 1 81 ± 6 81 ± 6 46 45 ± 15
°C 99 ± 1 102 ± 1 74 ± 1 28 47 ± 4
отжигают при 500 ° C 0

Погружение образцов в кислоты или базовые решения постепенно деградирует покрытие PDMS (таблица 6), что ожидается, учитывая цепь, катализируемую кислотой и основанием. реакции раскрытия и полимеризации, применяемые в промышленном производстве ПДМС.После того, как стекло, покрытое PDMS, хранилось в течение шести месяцев в лабораторной атмосфере, смачивающие свойства не изменились от свежеприготовленного образца.

Таблица 6

Стабильность пленок PDMS против кислоты/основы Растворы a

9 O / 24 H0
иммерсионная жидкость/время погружения θ [DEG] θ [DEG] θ R θ R θ a R α α [deg] α [deg]
PDMS 106 ± 1 109 ± 1 109 ± 1 97 ± 1 97 ± 1 12 12 ± 2 12 ± 2
H 2 O / 1 H 107 ± 1 109 ± 1 99 ± 2 10 10 11 ± 1
H 2 O / 24 H 105 ± 1 109 ± 1 97 ± 1 97 ± 1 12 12 ± 1
HCl / 1 h 101 ± 2 104 ± 1 88 ± 3 88 ± 3 16 9 40 ± 2 40 ± 2
HCl / 24 H 51 ± 6 55 ± 7 26 ± 5 29
NaOH/1 ч 47 ± 9 54 ± 10 33 ± 5 5 5
NaOH/24 ч 40 ± 5 44 ± 2 0 44 пленки без применения каких-либо растворителей даже на этапе стирки. Поэтому после нанесения ПДМС на плазму очищенное стекло в течение 24 ч, поверхность образца полировали бумагой ткани, так что весь видимый PDMS был удален (видео С4). Покрытие показало еще более низкий гистерезис угла контакта с водой, 7 ± 1°, чем образцы, обработанные ультразвуком. Вполне вероятно, что небольшое количество несвязанного ПДМС осталось на поверхности образца после полируется, что желательно во многих случаях, так как жидкость отталкивающая способность покрытия дополнительно улучшается.

Потому что 6000 г моль –1 Используемый здесь ПДМС имеет низкая вязкость (0.1 Па·с), тонкие пленки ПДМС можно легко наносить с помощью множество стандартных методов, подходящих для покрытия больших поверхностей областей, включая покраску, распыление или нанесение покрытия валиком (Видео S4). Сложные объективы и термочувствительные компоненты может быть покрыт, так как низкое поверхностное натяжение γ ≈ 20 мН·м –1 позволяет ПДМС легко смачивать практически все материалы, 1 и для покрытия не требуется тепловая энергия формирование. Следовательно, ПДМС может спонтанно реагировать и связываться с субстратом. даже при хранении или транспортировке с места производства к заказчику.Чтобы продемонстрировать широкомасштабную применимость нашего подхода в потенциальных приложений, мы покрыли различные типы стекла. В добавок к боросиликатное стекло, используемое в опытах, мы покрыли натриево-известковой лабораторией стеклянные и стеклянные флаконы с пленками PDMS (Поддержка Информация, Видео S5). Кроме того, другие материалы, такие как алюминий, нержавеющая сталь, полиэфирная ткань и бумага могут быть покрыты после модифицирования кремнеземом субстратов. Чтобы получить силоксановую химию, мы наносили нанометровый слой кремнезема на подложки газофазным Реакция Штёбера 33 до нанесение пленки PDMS (вспомогательная информация, Рисунок S5, Таблица S3 и Видео S3).

Пленки PDMS на стекло выдерживает чистку салфеткой, стирание резиновой перчаткой, царапание лезвием бритвы или металлом губка для мытья посуды и даже неоднократное наложение и снятие клея лента (а, Видео S6). Таким образом, пленки ПДМС механически прочнее большинства супергидрофобных или суперолеофобных покрытий (вспомогательная информация, видео S7). 33,43 Пропитанные смазкой поверхности выходят из строя после истощения смазочного материала с поверхности, например, непрерывным потоком капель воды (вспомогательная информация, видео S1).Фильмы показывают низкая адгезия к твердым телам и жидкостям и может отталкивать даже суперклей (Видео S8), перманентные маркеры (b, Видео S9) и аэрозольные краски (c, Видео S10). Отличный механическая стабильность и антипригарные свойства делают привитый PDMS покрытия потенциальный вариант для использования в противообрастающих и легко чистящихся Приложения.

Фотографии, демонстрирующие стабильность и простоту очистки характеристики пленок ПДМС, привитых к предметным стеклам из натриево-известкового стекла толщиной 1 мм. (а) Пленки устойчивы к царапинам лезвием бритвы (вспомогательная информация, видео S6) и (б) отталкивают перманентные маркеры, позволяющие очищать поверхность бумагой ткани (вспомогательная информация, видео S9). Пленки ПДМС позволяют каплям воды легко скользить по их поверхности. после царапания или полировки тканью. (c) Пленки PDMS отталкивать аэрозольную краску. Через тридцать секунд после распыления; краска роса стекло с покрытием PDMS (стекло с покрытием PDMS слева, стекло без покрытия справа, вспомогательная информация, видео S10). Пленки PDMS прививали при комнатной температуре в течение 24 часов. ПДМС молекулярная масса 6000 г·моль –1 .

Пленки PDMS могут использоваться в качестве разделительного слоя для клея фильмы и этикетки, позволяющие легко снимать и прикреплять их без потеря адгезионных свойств клея.Это было продемонстрировано путем присоединения и измерение усилия, необходимого для отсоединения тканевой ленты Tesa (180° угол отслаивания) на поверхности образца. Средняя сила, необходимая для перемещения ленты из непокрытого стекла составляла 3,7 ± 0,1 Н. На покрытом ПДМС стекла средняя сила сцепления была значительно ниже, всего 0,22 ± 0,02 Н. То есть покрытие ПДМС снизило силу сцепления лента к стеклу на 94%. После того, как лента была удалена с PDMS-покрытого образец и снова прикрепляли к непокрытому стеклу, сила сцепления была 3.8 ± 0,1 Н. Это означает, что свойства клея были не изменено покрытием PDMS (а).

Адгезия клейкой ленты и льда на привитых пленках ПДМС на стекле и на референсе материалы. (a) Средняя сила сцепления, необходимая для отрыва полотна шириной 19 мм. Тканевая лента Tesa (испытание на отрыв 180°) из непокрытого стекла, с покрытием из PDMS стекла, а также из непокрытого стекла после первого отделения ленты от стекло, покрытое PDMS, и повторно прикрепленное к стеклу без покрытия. (вставка) Тест лента, прикрепленная к голому стеклу. Лента была приклеена к основе с помощью металлического ролика диаметром 12.5 см и вес 2,5 кг. Через 5 мин ленту удаляют, потянув за нее. назад под углом отслаивания 180° со скоростью 15 см мин –1 . (b) Сила сцепления с льдом, измеренная на различных материалов при −8 °C. Адгезионная прочность на льду для супергидрофобных (SH) и скользкой пропитанной жидкостью пористой поверхности (SLIPS). из ссылок (44 и 45) (*измерено при -10 °С). (вставки) Фотография наконечника силомера и капли льда на стекле, покрытом PDMS, и результаты прочности сцепления со льдом более 20 повторных циклов замораживания и отделения льда на покрытом ПДМС стекло.Пленки PDMS прививали при комнатной температуре в течение 24 часов. ПДМС молекулярная масса 6000 г·моль –1 .

Покрытия PDMS значительно уменьшают прилипание льда к стеклу. То Прочность на сдвиг капель льда на стекле с покрытием из ПДМС была ниже 2,7 ± 0,6 кПа, то есть более чем на 98 % меньше сцепления с льдом на непокрытом стекле, которое, как было измерено, составило 155 ± 17 кПа. Замораживание капель объемом 50 мкл, использованных в экспериментах, занимает всего несколько минут. С нашей установкой для измерения сцепления на льду полный лед адгезия достигается уже после времени замораживания 10 мин.Мы измерили прочность сцепления со льдом на стекле с покрытием из ПДМС многократно в 20 раз на пяти отдельных точках. Мы отметили целевые позиции для капель под стеклянным образцом так, чтобы капли могли быть помещены в каждый раз в одном и том же месте. В течение 20 экспериментов адгезия льда прочность не изменилась в пределах точности эксперимента (б, вставка). Также, среди других водоотталкивающих тестовых поверхностей, включая фторированные материалы и сшитого ПДМС, привитые покрытия из ПДМС продемонстрировали удивительно низкое сцепление со льдом.Например, прочность сцепления с льдом на сшитых ПДМС (Sylgard 184) составляло 104 ± 25 кПа, то есть почти в 40 раз выше по сравнению с нашими привитыми пленками PDMS (b и вспомогательная информация, Рисунок S6 и Таблица S4).

Механизм прививки PDMS

Преимущества привитых пленок ПДМС требуют, чтобы ПДМС прочно связывался с подложка. Сам ПДМС не содержит реактивных групп. Тем не мение, силоксановые связи (Si–O) могут гидролизоваться молекулами воды с образованием реакционноспособных концевых гидроксильных групп.Поэтому, например, диоксид кремния растворим в воде. 46−48 Растворение кремния диоксида в воде, однако, относительно медленно, порядка 10 нм в год при комнатной температуре. 47,48 Хорошее сопротивление диоксида кремния против атаки молекул воды возникает из-за его структура, где ионы Si 4+ находятся в тетраэдрической координации с ионами кислорода. Для разрыва связей необходимы четыре молекулы воды. с образованием полностью гидратированной кремниевой кислоты Si(OH) 4 . 27,47,48 Кроме того, широкие возможности подключения стеклянной сети затрудняет структурную перестройку. С участием ПДМС, атаки одной молекулы воды достаточно, чтобы разрушить Связь Si-O для получения ПДМС с концевыми ОН для инициирования прививки реакция путем конденсации с поверхностными ОН-группами. то есть гидролиз силоксановая основа ПДМС с образованием цепей ПДМС с концевыми гидроксильными группами позволяет вступать в реакцию с силанолами на поверхности с образованием стабильного, ковалентно связанная пленка ПДМС.

Учитывая реакционную способность ПДМС с кремнием оксид, можно поставить под сомнение способность воды гидролизовать цепи PDMS и утверждают, что поверхностные реакции происходят из-за небольших количеств остатков, оставшихся в ПДМС в результате производственного процесса. Эти остатки могут содержать концевые ОН-группы, которые теоретически могут вызывают наблюдаемую поверхностную реактивность с оксидом кремния. Тем не мение, наши результаты исключают, что поверхностные реакции PDMS связаны с ОН-концевые остатки. Длительный прямой контакт даже с водой медленно разрушает пленку ПДМС (табл. 7): постепенно прекращается нуклеофильная атака молекул воды силоксановые связи в верхней части пленки. Расщепленные цепи PDMS может восстанавливать силоксановые связи путем конденсации или свободные концы расщепленных цепей могут уноситься от поверхности.Деградация чрезвычайно медленный. Полная деградация пленок толщиной в несколько нанометров занимает несколько месяцев. Таким образом, деградация привитых пленок ПДМС в воде является убедительным признаком того, что PDMS гидролизуется в результате атаки молекул воды. В конце концов, длительный прямой контакт с водой полностью разрушит покрытия PDMS.

Таблица 7

Водоотталкивающие свойства пленок PDMS после Погружая в воду на 1-3 месяца A

мы предлагаем реакция, протекающая при комнатной температуре и не требует кислотного катализатора. Наши результаты указывают на то, что реакция между ПДМС и оксидом кремния инициируется гидролизом силоксана связи ПДМС посредством нуклеофильной атаки кислорода, содержащегося в вода в соответствии с уравнением 1. Два конца цепи с Si-OH-концами могут затем связываться с поверхностным силанольные группы или к другой расщепленной цепи ПДМС (). Пример такого гидролиза реакция представляет собой растворение диоксида кремния в воде при комнатной температуре. 46−48

1

Предлагаемая реакция прививки PDMS на оксид кремния при комнатной температуре.Ковалентное присоединение линейных цепей ПДМС к поверхности происходит через реакции гидролиза и конденсации. Разделение одного PDMS цепь путем гидролиза потребляет одну молекулу воды. В идеале, если оба гидролизованных конца цепи реагируют с поверхностью оксида, два освобождаются молекулы воды.

Примечательно, что реакция обратима; то есть силанольные группы образующийся в результате гидролиза, может конденсироваться для восстановления силоксановой связи и выпустить молекулу воды. Действительно, реакция конденсации известна. в контексте склеивания кремниевых пластин. 47,49−51 Таким образом, можно ожидать, что силоксан, экспонированный на поверхности связи ПДМС гидролизуются поверхностно-связанной водой с образованием двух реакционноспособных силанольные группы. Эти силанольные группы затем легко конденсируются с поверхностные силанолы для ковалентной связи ПДМС с подложкой. Наши данные последовательно поддерживают, что это происходит при комнатной температуре и ниже (таблица 2б).

Эффект температуры прививки на качество покрытия

Мы также протестировали как температура окружающей среды влияет на свойства покрытия.Поэтому мы изготовили контрольные пленки PDMS при различных температурах. от -18 до +100 °С (табл. 2б). 7,8,24 Связывание ПДМС со стеклянной подложкой выражено даже при температуре значительно ниже комнатной температуры. Адсорбция, однако, быстрее при более высоких температурах. 8,14 Например, контакт стекло с PDMS при 10 ° C в течение 24 часов дает контакт на 4 ° выше угловой гистерезис по сравнению с соответствующим приготовленным образцом при комнатной температуре. Одна из причин более быстрой реакции при высоких температурах вероятно удаление избыточной молекулярной воды с поверхности.Слишком высокий количество поверхностно-связанной воды блокирует поверхностные силанолы и, таким образом, предотвращает образование химических связей на поверхности гидролизованного ПДМС. Однако после 24 часов прививки гистерезис контактного угла на пленки, приготовленные при 100 °С 7,8 не отклонялись из образцов, приготовленных при комнатной температуре (табл. 2б и табл. 8). Следует отметить, что при более высоких температурах выше 200 °C используется другими группами, 14 реакция прививки может отличаться от комнатной температуры прививки и может включать термическую деградацию метильных боковых групп ПДМС.

Таблица 8

Водоотталкивающие свойства привитых пленок ПДМС При комнатной температуре и 100 ° C A

погружение [месяцы] θ [dog] θ A θ θ R θ θ A R [DEG] α [deg]
0 106 ± 1 109 ± 1 97 ± 1 97 ± 1 12 12 ± 2
1 96 ± 2 98 ± 2 98 ± 2 59 ± 2 39 19 ± 8 19 ± 8 9
2 82 ± 6 86 ± 3 31 ± 3 55

α [deg]
Графт

6

Прививка T [° C] θ [deg] θ A θ θ R [dog θ a R θ R α α [deg]
Стекло 22-23 22-23 106 ± 1 109 ± 1 97 ± 1 12 12 ± 2 12 ± 2
1000550 100 105 ± 1 105 ± 1 108 ± 1 95 ± 1 95 ± 1 13 13 ± 2 13 ± 2
Si Wafer 22-23 106 ± 1 109 ± 1 99 ± 1 10 10 17 ± 2 17 ± 2
Si Wafer 100 106 ± 1 108 ± 1 101 ± 1 7 10 ± 1

Прививка циклическим PDMS

Если o Ваше объяснение верно, циклический ПДМС также должен связываться со стеклом. Поэтому мы использовали низкомолекулярные масса циклического ПДМС (декаметилциклопентасилоксан, D5, молекулярная масса = 371 г моль –1 , вспомогательная информация, Рисунок S7), чтобы выяснить, являются ли концевые метильные группы ПДМС играют роль в реакции с оксидом кремния. несколько капель циклического ПДМС наносили на поверхность образца и оставляли распространяться спонтанно. Образец хранился в пластиковом контейнере аналогично образцам с линейным ПДМС. Несмотря на что циклический ПДМС был летучим, даже через 24 часа некоторое количество ПДМС оставалось на поверхности образца, так как контейнер замедлял испарение.Поверхностная реакция аналогична реакции линейного PDMS; тот то есть водоотталкивающие свойства поверхности стекла сразу начинают повышаться после контакта с PDMS (таблица 9). После 24 часов прививки гистерезис краевого угла с низкомолекулярным линейным ПДМС (770 г моль –1 ) составлял ~25°, а с циклическим ПДМС — ~30°. Вероятно, в обоих случаях привитые молекулы ПДМС слишком короткие, чтобы полностью покрыть поверхности или быть достаточно гибким. Действительно, аналогия с поверхностная реакция между линейным и циклическим ПДМС указывает на то, что реакция происходит посредством гидролиза силоксанового остова ПДМС, с последующей конденсацией с силанолами на поверхности.Возможный гидролиз боковых метильных групп можно исключить, так как такая реакция быстро превратить пленку PDMS полностью гидрофильной при контакте с водой.

Таблица 9

Водоотталкивающие свойства после прививки Циклический силикон a

б с
время прививки θ [deg] θ θ A [DEG] θ R θ R θ a R α α [deg]
15 мин 65 ± 2 71 ± 1 41 ± 3 41 ± 3 9
24 H 79 ± 2 79 ± 2 82 ± 6 52 ± 4 30
* ~0
** ± 8 1

Прививка ПДМС с дегидроксилированной оксида кремния

Получить больше информации об актуальности поверхностных силанолов в прививке ПДМС, мы исследовали образование покрытий на частично дегидроксилированных поверхности из оксида кремния. Полностью гидроксилированные поверхности диоксида кремния имеют плотность гидроксильных групп ~5 OH нм –2 . 25 Дегидроксилирование диоксида кремния поверхности, т. е. удаление поверхностных ОН-групп, начинается примерно при 200 °C за счет ассоциативной десорбции ОН-групп (), приводящей к образованию силоксановых мостиков (≡Si–O–Si≡) и воды конденсат на поверхности. 25 Мы отожгли кремниевых пластин на воздухе при 500 и 900 °С в течение 5 ч для восстановления количество поверхностных силанолов. Во-первых, физически адсорбированная вода устранен.Затем следует конденсация поверхностных силанолов до силоксановые мостики. Согласно Агзамходжаеву и др., 52 , поверхностная плотность ОН-групп составляет всего 0,66 ОН-нм –2 после отжига на воздухе при 900 °С. Восстановление поверхности ОН-группы возникают за счет диссоциативной адсорбции воды (). Процесс включает в себя разрыв силоксановых мостиков и, как правило, очень медленный при комнатная температура.

Дегидроксилирование поверхности оксида кремния ассоциативным десорбция поверхностных силанолов при температуре выше 200 °С.

Восстановление поверхностных силанолов на оксиде кремния посредством диссоциативной адсорбция воды.

Восстановление поверхности Группы ОН могут занять даже пять лет. 25 Четный так, прививка ПДМС при комнатной температуре на дегидроксилированные поверхности выражены: через 24 ч после прививки Образец, отожженный при 500 °C, показал аналогичные или даже лучшая водоотталкивающая способность по сравнению с соответствующими кислородно-плазменными очищенный образец; то есть гистерезис краевого угла был меньше 10° (табл. 10).Образец, отожженный при 900 °C, показал снижение, но все же хорошая, водоотталкивающая с θ = 103 ± 1° и контактная угловой гистерезис 26 ± 1° (табл. 11а) после прививки PDMS. Причина меньшая гидрофобность образца, отожженного при 900 °С, уменьшенная плотность привитых цепей PDMS на поверхности, что было подтверждено XPS от количества элементарного углерода, который происходит из метильные боковые группы привитого ПДМС (таблица 11b и таблица 12) на образцах. Кроме того, XPS-анализ на частично дегидроксилированном (отжиг на воздухе при 900 °С в течение 5 h) и гидроксилированные (кислородно-плазменная очистка) поверхности оксида кремния показывает, что увеличение времени прививки с 1 до 5 дней увеличивает количество связанного ПДМС примерно на 10% в обоих образцах (табл. 11).Это явное указание что плотность прививки на одной поверхности по сравнению с другой осталась не меняется, и, таким образом, уже прикрепленные цепи PDMS, по-видимому, растут линейно.

Таблица 10

Водоотталкивающие свойства – прививка После различных предварительных обработок a

θ θ 9 θ R θ
субстрат обработка время прививки [D] θ [deg] θ θ A R α α [DEG]
Стекло O 2 Плазма 2 1 106 ± 1 109 ± 1 97 ± 1 97 ± 1 97 ± 1 12 12 ± 2 12 ± 2
Стакан отжигается при 500 ° C 1 106 ± 1 108 ± 1 101 ± 1 101 ± 1 9 12 ± 2 12 ± 2 12 ± 2
Si Wafer O 2 Plasma 1 106 ± 1 109 ± 1 99 ± 1 10 17 ± 2 17 ± 2
Si Wafer отжигается при 500 ° C 1 107 ± 1 108 ± 1 100 ± 1 8 14 ± 2

Таблица 11

ПДМС Пленки, привитые к гидроксилированным И дегидроксилированный оксид кремния

1 A

(A) Подложка Лечение Время прививки θ [DEG] θ A θ θ R [dog] θ a R R [DEG] α [deg]
O 2 Плазма 0
Si Wafer O 2 Плазма 1 D 106 ± 1 109 ± 1 99 ± 1 99 ± 1 10 17 ± 2
Si Wafer O 2 Плазма 5 D 5 D 106 ± 1 108 ± 1 100 ± 1 8 8 ± 1 8 ± 1
Si Wafl Annea вел На 900 ° C 1 d 103 ± 1 106 ± 1 106 ± 1 80 ± 1 80 ± 1 26
Si Waffer отжигают при 900 ° C 5 D 107 (B)
(B)
(B)
(B)
(B)
(B) (B)
(B)
(B)
(B)
(B) Субстрат Лечение [d] C [%] O [%] Si [%] C/(O+Si)
  Si пластина O 2 плазма без прививки 5. 6 ± 0,4 44,30550 44,3 ± 0,7 50,1,70550 0,06 0,06
Si Wafer O 2 Plasma 1 19,9 ± 0,4 31,4 ± 0,6 48,7 ± 0,2 0,25
кремниевую пластину О 2 плазмы 5 21,6 ± 0,1 28,8 ± 0,4 49,7 ± 0,3 0,28
кремниевую пластину отжигают при 900 °C 1 14. 5 ± 0,2 43,4 ± 0,2 42,1 ± 0,3 0,17 0,17
Si Wafer отжигают при 900 ° C 5 16,1,00550 16,1,1,4 41,1 ± 0,2 0,19

Таблица 12

Элементный состав кремния Оксидные поверхности до и после прививки PDMS a

0007 ± 0,3
субстрат обработка время прививки [d] C [%] O [%] Si [%]
Si пластина   без прививки
26. 6 ± 0.1 63,6 ± 0,3 63,6 ± 0,3 93545
Si Wafer O 2 Плазма Без прививки 5,6 ± 0,4 44,3 ± 0,7 50,1 ± 0,8
Si Wafer O 2 Плазма 1 1 19,9 ± 0,4 31,4 ± 0,6 48,7 ± 0,2
Si Wafer отжигается при 500 ° C 1 21,2 ± 0,3 36 . 4 ± 1,0 42,4 ± 0,9 42,4 ± 0,9
Si Wafer отжигают при 900 ° C 1 14,5 ± 0,2 43,4 ± 0,2 42,1 ± 0,3

Рост покрытия

Чтобы определить толщина пленки ПДМС, мы использовали силовую спектроскопию АСМ. На эталонной поверхности из чистого стекла острие прямо прыгнуло в твердую поверхность (красная линия на а). На PDMS-покрытом поверхности, однако наконечник все еще мог двигаться с отрицательной силой над пару нанометров, прежде чем сила снова стала отталкивающей.То форма силовых кривых типична для жидких полимерных пленок. 53−55 Толщина пленки ПДМС оценивалась по расстоянию между первое положение привязки во время подхода и следующего пересечения оси x (штриховые вертикальные линии на b–d). То упругая деформация оставшегося ПДМС под наконечником и точное форма мениска после оснастки добавляет систематическую ошибку ±1 нм к измеренным расстояниям. Эксперименты с АСМ показывают, что толщина пленки ПДМС увеличивается с 2.8 ± 1,1 нм после 1 дня прививки до 5,1 ± 0,7 нм после 10 дней прививки, а адгезия сила между поверхностью образца и кремниевым наконечником кантилевера АСМ подавляется с 7,1 ± 0,7 до 2,6 ± 0,4 нН соответственно (объявление). Чтобы проанализировать химическую природу связи, мы провели измерения FTIR. на плотно упакованных частицах оксида кремния (площадь поверхности = 200 м 2 г –1 ), погруженных в PDMS (и несущих Информация, рисунок S8). Полоса поглощения силоксана связи ПДМС при 1000–1130 см –1 первая редукция а затем увеличить в соответствии с предполагаемым гидролизом и конденсацией реакции ПДМС на поверхности оксида.

Прививка ПДМС к кремнию окись. (а) Репрезентативные кривые силы АСМ фиксируется при приближении к (красный цвет) и удалении от (синий цвет) чистое кислородно-плазменное стекло, сила сцепления = 17 ± 3 нН и привитые при комнатной температуре пленки ПДМС на стекле в течение (б) 1 дня, толщина пленки = 2,8 ± 1,1 нм, сила адгезии = 7,1 ± 0,7 нН; (в) 5 d, толщина пленки = 4,3 ± 0,7 нм, сила адгезии = 3,3 ± 0,3 нН; г – 10 сут, толщина пленки = 5,1 ± 0,7 нм, сила сцепления = 2,6 ± 0,4 нН. (вставки) Гистограмма и среднее значение толщины пленки PDMS после различных периодов прививки.В целом На каждом образце, покрытом PDMS, было записано 4096 кривых усилия. (е) Схема механизма роста пленки PDMS. Желтые строки обозначают молекулы PDMS. Синие точки обозначают молекулярную воду, а красные точки обозначают гидроксил. группы на субстрате или на концах цепи гидролизованного ПДМС. Желтый точки указывают на установленные химические связи посредством конденсации гидроксила группы. В (a–d) молекулярная масса PDMS составляла 6000 г моль –1 .

Мониторинг химических изменений с помощью FTIR во время PDMS прививка к кремнию частицы оксида при комнатной температуре.(а) Эволюция поглощения FTIR спектр после контакта ПДМС с частицами оксида кремния. (б) Эволюция полос поглощения от гидроксильных групп и воды при прививочная реакция. (в, г) Увеличение характеристических полос Si–O–Si и SiO 2 показаны на (а). До В экспериментах частицы были плотно упакованы и кислородно-плазменные очищены, чтобы обеспечить достаточно большую площадь поверхности для прививки реакция, позволяющая обнаруживать химические изменения в PDMS во время Реакция. Молекулярная масса ПДМС составляла 6000 г·моль –1 .

Поверхностные воды играют важную роль роль в начале реакция путем гидролиза PDMS вблизи поверхности оксида. Поскольку PDMS содержит ~100 ppm молекулярной воды 24 , способной диффундировать через пленку, 1 действительно, реакция прививки не должна ограничиваться вблизи поверхности оксида. Вместо этого, как показали наши результаты, рост связанных цепей ПДМС должен продолжаться на расстоянии нескольких нанометров над поверхностью путем случайного гидролиза и реакции конденсации ( и д, табл. 11).

Еще один намек на реакции между ПДМС и оксид кремния были предоставлено Sun et al., 17 , исследовавшим взаимодействие наконечника АСМ и поверхности оксида кремния, погруженной в жидкости ПДМС. Они заметили, что первоначально колебательное взаимодействие стал монотонно отталкивающим через 10 часов. Такая отталкивающая сила является показателем связанных цепей PDMS. Действительно, реакция PDMS и оксид кремния являются общими. Разрыв одной цепочки PDMS через гидролиз — для легкого создания двух цепей PDMS с гидроксильными концами вступает в реакцию с силанолами на поверхности — требуется только одна вода молекула.Достаточное количество молекулярной воды для инициации прививки реакция при комнатной температуре всегда доступна на оксиде кремния поверхность в виде слоя физико-сорбированной воды. 24,25 Кроме того, когда гидролизованная цепь ПДМС связывается с поверхностью оксида через конденсацию выделяется вода (). Таким образом, доступность молекулярной воды не ограничивает реакцию прививки даже при очень низкой относительной влажности (таблица 2в).

Кроме того, наша стратегия не требует полностью гидроксилированного или очистить поверхность оксида кремния.Реакция прививки приводит к резкому уменьшение гистерезиса краевого угла до ∼10° также на частично дегидроксилированных поверхностях (табл. 10–12) и даже на поверхностях, на которых силанольные группы покрыты загрязнителем слой, например, углеводороды, адсорбированные из воздуха (Таблица 13 и опорная Информация, Таблица S5).

Таблица 13

Водоотталкивающие свойства привитых пленок PDMS к загрязненному стеклу a

время прививки [д] θ [deg] θ θ A [DEG] θ R θ R θ 9 R α α [deg]
1 103 ± 1 107 ± 1 81 ± 1 26
5 106 ± 1 106 ± 1 108 ± 1 94 ± 2 94 ± 2 14 17 ± 10
10 106 ± 1 109 ± 1 99 ± 1 10 16 ± 6

не коррелирует с количеством поверхностных гидроксильных групп. Данные показывают, что разница в количестве обнаруженного элементарного углерода на поверхности, которая происходит от метильных боковых групп ПДМС, много меньше, чем разница в плотности ОН-групп при полном гидроксилированные и отожженные поверхности. На образце, отожженном при 500 °С количество элементарного углерода было еще выше, 21,2 ± 0,3%, чем на соответствующем образце кислородно-плазменной очистки, на котором количество углерода 19,9 ± 0,4 % (табл. 12). Вероятно, в этом случае удаление избыток физисорбированной воды при отжиге облегчил прививку ПДМС.В соответствии с этим результатом как на стеклянных, так и на кремниевых подложках, гистерезис краевого угла воды был на 2–5° ниже на отожженных образцов при 500 °С по сравнению с кислородно-плазменными очищенные образцы (таблица 10). Это указывает на то, что реакция прививки при комнатной температуре ПДМС на дегидроксилированных поверхностях оксида кремния включает силоксан открытие мостика с последующим ковалентным связыванием гидролизованного ПДМС с поверхность (). То есть поверхностные гидроксильные группы не обязательно необходимы для реакция прививки на оксид кремния.Таким образом, результаты указывают что гидролизованный ПДМС может открывать силоксановые связи на поверхностях оксида кремния () и даже заменяют хемосорбированные загрязняющие вещества () из-за гораздо более сильного ионного характера связей Si–O (50%) по сравнению со связями C–O (22%, вспомогательная информация, таблица S1).

Предлагается механизм прививки ПДМС к дегидроксилированному оксиду кремния поверхность при комнатной температуре. Открытие силоксановых мостиков в поверхность инициируется гидроксилированным PDMS. Реакция связывания на дегидроксилированной поверхности не выделяет молекулярную воду.Таким образом, отсутствие молекулярной воды на поверхности замедляет реакцию прививки по сравнению с гидроксилированной поверхностью, представленной в . Граффиус и др. 24 объясняет связывание ПДМС с дегидроксилированным оксид кремния при повышенной температуре 100 °С прямым реакция между основной цепью ПДМС и силоксановыми мостиками на поверхности. Из-за крайне медленного восстановления поверхностных силанолов при комнатной температура, 25 мы предлагаем альтернативу механизм, объясняющий прививку ПДМС к дегидроксилированному оксиду кремния поверхности.

Предлагаемый механизм прививки PDMS к загрязненный оксид кремния поверхность при комнатной температуре.

Как на плазменно-очищенных, так и на отожженных образцах расширенная прививка время от 1 d до 5 d дополнительно увеличивает количество привитого PDMS. В обоих случаях количество углерода увеличилось примерно на 10%. Этот указывает на то, что соотношение плотности прививки между образцами остается неизменными, а увеличение количества углерода в первую очередь обусловлено к линейному росту уже присоединенных цепей PDMS (таблица 11).Вероятная причина заключается в том, что на дегидроксилированной поверхности открывается силоксановый мостик. и связывание гидролизованного ПДМС не выделяет воду (), и, следовательно, Гидролиз ПДМС вблизи поверхности и, таким образом, установление новые сайты для прививки — ограничено наличием молекулярных вода.

Прививка ПДМС на загрязненную поверхность стекла

Для расследования можно ли также прививать ПДМС к поверхностям, покрытым силанолами органическими примесями, мы наносили PDMS на стекло, которое не подвергалось воздействию к кислородно-плазменной очистке.Поверхность стекла, таким образом, содержала родной слой загрязнения веществами с низкой поверхностной энергией, такими как углеводороды. Такие загрязнения адсорбируются на поверхности из атмосферы, 26 покрывают поверхность силанолами и тем самым снижают поверхностная энергия. Поэтому перед прививкой вода капает на стекло. показал конечный статический контактный угол θ = 43 ± 3°. Через 24 часа прививки ПДМС при комнатной температуре поверхность стала водоотталкивающая с θ = 103 ± 1° и контактным углом гистерезис 26 ± 1° (таблица S5).После длительного времени прививки 5 и 10 дней контактный угол гистерезис уменьшился до 14 ± 2° и 10 ± 2° соответственно (таблица 13). Это, гистерезис стал таким же низким, как на плазменно очищенном стекле после ПДМС прививка.

ПДМС также можно прививать к предварительно обработанной поверхности стекла. с химическим осаждением паров триметилхлорсилана. До После прививки PDMS силанолы на поверхности образца с CVD-покрытием были заняты метильными группами. Поэтому поверхность отталкивала воды с θ = 84 ± 1°.Через 5 дней прививки PDMS при комнатной температуре краевой угол увеличился до θ = 100 ± 1° (табл. 14). Эти данные показывают, что PDMS может даже заменить часть метильные группы на поверхности оксида. Вероятно, это вызвано более низким электроотрицательность кремния по сравнению с углеродом, т. е. кислород-углерод связи заменены более ионными связями кислород-кремний (и вспомогательная информация, таблица S1).

Таблица 14

Водоотталкивающие свойства привитых пленок ПДМС к метилированному стеклу a

время прививки [d] θ [DEG] θ θ A [DEG] θ R θ R θ R α α [deg]
0 84 ± 1 86 ± 1 67 ± 1 19
1 88 ± 1 92 ± 1 92 ± 1 66 ± 1 26
5 100 ± 1 103 ± 1 75 ± 2 28  

База данных химической совместимости Cole-Parmer

1 90ХИМИЧЕСКИЙ

Выберите ChemicalAll ChemicalsAcetaldehydeAcetamideAcetate SolventAcetic AcidAcetic кислота 20% Уксусная кислота 80% Уксусная кислота, GlacialAcetic AnhydrideAcetoneAcetyl BromideAcetyl Хлорид (сухой) AcetyleneAcrylonitrileAdipic AcidAlcohols: AmylAlcohols: бензиловые спирты: бутиловые: DiacetoneAlcohols: EthylAlcohols: HexylAlcohols: IsobutylAlcohols: IsopropylAlcohols: MethylAlcohols: OctylAlcohols: пропилалюминия ChlorideAluminum хлорид 20% Алюминий FluorideAluminum HydroxideAluminum NitrateAluminum калия сульфат 10% Алюминиевый Калий сульфат 100% Алюминий SulfateAlumsAminesAmmonia 10% Аммиак NitrateAmmonia, anhydrousAmmonia, liquidAmmonium AcetateAmmonium BifluorideAmmonium CarbonateAmmonium CaseinateAmmonium ChlorideAmmonium HydroxideAmmonium NitrateAmmonium OxalateAmmonium PersulfateAmmonium фосфат, DibasicAmmonium фосфат, MonobasicAmmonium фосфат, TribasicAmmonium SulfateAmmonium SulfiteAmmonium ThiosulfateAmyl AcetateAmyl AlcoholAmyl ХлоридАнилинАнилин Гидрохлор ideAntifreezeAntimony TrichlorideAqua Регия (80% -ной HCl, 20% HNO3) Арохлора 1248Aromatic HydrocarbonsArsenic AcidArsenic SaltsAsphaltBarium CarbonateBarium ChlorideBarium CyanideBarium HydroxideBarium NitrateBarium SulfateBarium SulfideBeerBeet Сахар LiquidsBenzaldehydeBenzeneBenzene Сульфоновая AcidBenzoic AcidBenzolBenzonitrileBenzyl ChlorideBleaching LiquorsBorax (борат натрия) Борная AcidBrewery SlopBromineButadieneButaneButanol (бутиловый спирт) ButterButtermilkButyl AmineButyl EtherButyl PhthalateButylacetateButyleneButyric AcidCalcium BisulfateCalcium BisulfideCalcium BisulfiteCalcium CarbonateCalcium ChlorateCalcium ChlorideCalcium HydroxideCalcium HypochloriteCalcium NitrateCalcium OxideCalcium SulfateCalgonCane JuiceCarbolic кислота (Фенол) углерод BisulfideCarbon Двуокись (сухая) Диоксид углерода (влажный) углерод DisulfideCarbon MonoxideCarbon TetrachlorideCarbon тетрахлорид (сухой) тетрахлорметан (влажный) Газированный WaterCarbonic AcidCatsupChloric AcidChlorinated GlueChlorine (сухой) Хлор WaterChl orine, Безводный LiquidChloroacetic AcidChlorobenzene (Моно) ChlorobromomethaneChloroformChlorosulfonic AcidChocolate SyrupChromic кислота 10% хромовой кислоты 30% хромовой кислоты 5% хромовой кислоты 50% хрома SaltsCiderCitric AcidCitric OilsCloroxr (отбеливатель) CoffeeCopper ChlorideCopper CyanideCopper FluoborateCopper NitrateCopper Сульфат> 5% сульфат меди 5% CreamCresolsCresylic AcidCupric AcidCyanic AcidCyclohexaneCyclohexanoneDetergentsDiacetone AlcoholDichlorobenzeneDichloroethaneDiesel FuelDiethyl EtherDiethylamineDiethylene GlycolDimethyl AnilineDimethyl FormamideDiphenylDiphenyl OxideDyesEpsom Соли (сульфат магния) EthaneEthanolEthanolamineEtherEthyl AcetateEthyl BenzoateEthyl ChlorideEthyl EtherEthyl SulfateEthylene BromideEthylene ChlorideEthylene ChlorohydrinEthylene DiamineEthylene DichlorideEthylene GlycolEthylene OxideFatty AcidsFerric ChlorideFerric NitrateFerric SulfateFerrous ChlorideFerrous SulfateFluoboric AcidFluorineFluosilicic AcidFormaldehyde 100% Формальдегид 40% Муравьиная AcidFreon 113Хладон 12Хладон 22Хладон TFФреонr 11Фруктовый сокМаслоФурановая смолаФурфуролГалловая кислотаБензин (высокоароматический)Бензин этилированный, исх. Бензин, неэтадгелообразованиеLucoseGlue, Pvaglycerylycolic CyclyGold MonocyanideGrape GuicegreaseHeptanehexanehoneyhydraulic Масло (Petro) Гидравлическое масло (синтетическое) Гидразинегидрообромная кислота 100% Гидробромическая кислота 20% соляная кислота 100% соляная кислота 20% соляная кислота 37% соляная кислота, сухой гаспиначескую кислоту. Плавиковая кислота 100% Плавиковая кислота 20% Плавиковая кислота 50% Плавиковая кислота 75% Плавиководородная кислота 100% Плавиководородная кислота 20% Газообразный водород Перекись водорода 10% Перекись водорода 100% Перекись водорода 30% Перекись водорода 50% Сероводород (аква) Сероводород (сухой) ) HydroquinoneHydroxyacetic кислота 70% InkIodineIodine (в спирте) IodoformIsooctaneIsopropyl AcetateIsopropyl EtherIsotaneJet топлива (JP3, JP4, JP5) KeroseneKetonesLacquer ThinnersLacquersLactic AcidLardLatexLead AcetateLead NitrateLead SulfamateLigroinLimeLinoleic AcidLithium ChlorideLithium HydroxideLubricantsLye: Са (ОН) 2 Кальций HydroxideLye: КОН калия HydroxideLye: NaOH Сода гм HydroxideMagnesium BisulfateMagnesium CarbonateMagnesium ChlorideMagnesium HydroxideMagnesium NitrateMagnesium OxideMagnesium Сульфат (английская соль) малеиновый AcidMaleic AnhydrideMalic AcidManganese SulfateMashMayonnaiseMelamineMercuric Хлорид (разбавленный) Ртуть CyanideMercurous NitrateMercuryMethaneMethanol (Метиловый спирт) Метил AcetateMethyl AcetoneMethyl AcrylateMethyl спирт 10% Метил BromideMethyl Бутил KetoneMethyl CellosolveMethyl ChlorideMethyl DichlorideMethyl Этил KetoneMethyl Этил Кетон PeroxideMethyl изобутиловый KetoneMethyl изопропилового KetoneMethyl MethacrylateMethylamineMethylene ChlorideMilkMineral SpiritsMolassesMonochloroacetic acidMonoethanolamineMorpholineMotor oilMustardNaphthaNaphthaleneNatural GasNickel ChlorideNickel NitrateNickel SulfateNitrating кислота (<15% HNO3) нитрующая кислота (> 15% h3SO4) нитрующая кислота (S1,% кислота) нитрующая кислота (S15% h3SO4) Азотная кислота (20%) азотная кислота (50 %)Азотная кислота (5-10%)Азотная кислота (концентрированная)НитробензолАзотное удобрениеНитрометанНитр ous AcidNitrous Oils:AnilineOils:AniseOils:BayOils:BoneOils:CastorOils:CinnamonOils:CitricOils:CloveOils:CoconutOils:Cod LiverOils:CornOils:CottonseedOils:CreosoteOils:Diesel Fuel (20, 30, 40, 2Fuel, 50) Oils 3, 5A, 5B, 6)Масла:GingerOils:Гидравлическое масло (нефтяное)Масла:Гидравлическое масло (синтетическое)Масла:LemonOils:LinseedOils:MineralOils:OliveOils:OrangeOils:PalmOils:PeanutOils:PeppermintOils:PineOils:RapeseedOils:Rosiname SeedOils:SeedOils : Силиклоилы: соевые боевики: Сперма (кит) Масла: Tanningoils: трансформаторы: турбиноолезное кислоролезноолез 100% олеум 25% оксалиновая кислота (холодная) озонепальмитическая кислотая кислота (холодная) озонепальмитическая кислотая кислота. )Фосфорная кислота (расплавленная)Фосфорная кислота (S40%)Ангидрид фосфорной кислотыФосфорТрихлорид фосфораФотопроявительФотографические растворыФталевая кислотаФталевый ангидридПикриновая кислотаГальванические растворы, сурьмяное покрытие 130°FГальванические растворы,    мышьяковое покрытие 11 0°F Решения для покрытия,   Латунное покрытие:    Высокоскоростная латунная ванна 110°FГальваническое покрытие,   Латунное покрытие:    Обычная латунная ванна 100°FГальваническое покрытие,   Бронзовое покрытие:    Ванна для бронзы Cu-Cd R.Растворы для гальванопокрытий,   Бронзирование:    Ванна для бронзирования Cu-Sn 160°F,   Бронзирование:     Ванна для бронзирования Cu-Zn 100°F,    Кадмирование: цианидная ванна, 90°F, растворы для покрытия,   Кадмирование: фтороборные ванны для ванн 100 ,   Хромирование:    Хромированная ванна 95°F,   Хромирование: хромирование, 115°F,    Хромирование: хромо-серная ванна 130°F,   Хромирование: фторидная ванна 130°F, хромирование Растворы для покрытия при 95°F, меднение (кислота): ванна с фторборатом меди Растворы для покрытия при 120°F, покрытие медью (кислота): ванна с сульфатом меди R. Решения для гальванопокрытий,   Омеднение (цианид):    Ванна с медным ударом при 120°F, растворы для покрытия,   меднение (цианид):    высокоскоростная ванна 180°F, растворы для покрытия,   меднение (цианид): ванна с сегнетовой солью, 150°F, растворы для покрытия,   меднение (Разное):    Растворы для медного (химического) покрытия,   Омеднение (разное):    Растворы для пирофосфата меди,   Золотое покрытие: кислотные 75°F,   золотое покрытие: цианид 150°F,   золотое покрытие: нейтральное 75°F, Покрытие Р.Решения для гальваники,   Железосодержание: ванна с сульфатом железа 150°F, растворы для гальванопокрытия,   гальваническое покрытие: ванна с хлоридом железа 190°F, растворы для гальванопокрытия,   гальваническое покрытие: ванна с сульфатом железа 150°F, растворы для гальванопокрытия,   гальваническое покрытие: фторборатная ванна, 145°F, растворы для гальванического покрытия Гальванопокрытие: сульфатно-хлоридная ванна при 140°F, гальванопокрытие: сульфатно-хлоридная ванна при 160°F, гальваника, фтороборат свинца, никелирование: неэлектрохимическое 200°F, никелирование: фтороборатное покрытие, 100-170°F Хлорирование 130-160°F, никелирование: сульфат 100-140°F, никелирование: Watts Type 115-160°F,  родирование 120°, серебрение, 80-120°F,   Покрытие 100°FПокрытие,   Оловянно-свинцовое покрытие 100°FПокрытие,   Цинкование:    Кислотный хлорид 140°FПокрытие,   Цинкование:    Кислотный флюорит боратная ванна Р. T.Plating Solutions, цинкование: Кислота Сульфат Ванна 150 ° FPlating Растворы, цинка Покрытие: Щелочная Цианид Ванна RTPotash (Карбонат калия) Калий BicarbonatePotassium BromidePotassium ChloratePotassium ChloridePotassium ChromatePotassium Цианид SolutionsPotassium DichromatePotassium FerricyanidePotassium FerrocyanidePotassium Гидроксид (едкого кали) Калий HypochloritePotassium IodidePotassium NitratePotassium OxalatePotassium PermanganatePotassium SulfatePotassium SulfidePropane (сжиженный) PropylenePropylene GlycolPyridinePyrogallic AcidResorcinalRosinsRumRust InhibitorsSalad DressingsSalicylic AcidSalt рассол (NaCl насыщенный) Морской WaterShellac (отбеленный) Shellac (оранжевый) SiliconeSilver BromideSilver NitrateSoap SolutionsSoda Ash (см Карбонат натрия) натрия AcetateSodium AluminateSodium BenzoateSodium BicarbonateSodium BisulfateSodium BisulfiteSodium Борат (бура) Натрий BromideSodium CarbonateSodium ChlorateSodium ХлоридХромат натрияЦианид натрияНатрий ферро цианид, фторид натрия, гидросульфит натрия, гидроксид натрия (20 %), гидроксид натрия (50 %), гидроксид натрия (80 %), гипохлорит натрия (< 20 %), гипохлорит натрия (100 %), гипосульфат натрия, метафосфат натрия, метасиликат натрия, перборат натрия, перборат натрия, полифосфат натрия, силикат натрия, сульфат натрия, сульфат натрия, сульфит натрия, тетраборат натрия (гипотиоборат натрия). СоргоСоевый соусХлорид оловаХлорид оловаФтоборат оловаХлорид оловаКрахмалСтеариновая кислотаРастворитель СтоддардаСтиролСахар (жидкости)Сульфат (щелока)Хлорид серыДиоксид серыДиоксид серы (сухой)Гексафторид серыТриоксид серыТриоксид серы (сухой)Серная кислота (<10%5-70%)Серная кислота (10-750%) )Серная кислота (холодная концентрированная)Серная кислота (горячая концентрированная)Сернистая кислотаСернистый хлорид ЖирДубильная кислотаДубильные растворыВинная кислотаТетрахлорэтанТетрахлорэтиленТетрагидрофуранСоли оловаТолуол (толуол)Томатный сокТрихлоруксусная кислотаТрихлорэтанТрихлорэтиленТрихлорпропанТрикрезилфос Фатетриэтиламинетризодий фосфатурпьяниуриновые кислороиновые, деионизированные хлористые водные, кислоты, моющие воды, деионизированные, дистиллированные, кислоты, моющие воды, деионизированные, димиллированные, кислоты, моющие воды, деионизированные, димиллированные, кислотные, моими водой

Обновлено зимой 2022 г.

Тестирование клея для дерева, строительных клеев и силиконовых герметиков было самой сложной частью строительства моего дома, так как я делал это, когда был очень чувствительным.

Но если вы строите, вам потребуются клеи, герметики и клеи, поэтому стоит начать их тестировать!

Они также понадобятся вам для ремонта и реконструкции. Я бы посоветовал выяснить, какие из них нетоксичны, а какие работают для вас, прежде чем потребуется срочный ремонт.

В этом посте рассматриваются нетоксичные варианты с низким содержанием летучих органических соединений, слабым запахом, которые подходят для химически чувствительных или заботящихся о своем здоровье людей.

Этот пост содержит партнерские ссылки на продукты, которые я рекомендую.При покупке я получаю небольшую комиссию без каких-либо дополнительных затрат для вас.

Нетоксичные клеи для дерева

Я сравнил уровень запаха этих клеев во влажном состоянии. Обычно лучше нюхать что-то сухое/вяленое, так как может быть существенная разница между тем, насколько терпимо что-то влажное и вылеченное.

Тестирование после излечения является наиболее важным тестом в большинстве случаев.

Лучшие бренды нетоксичного клея для дерева

:
1.Клей для дерева Elmer’s

Многие химически чувствительные предпочитают эту марку.

Клей на основе ПВА со слабым уксусным запахом до отверждения. Клеи ПВА одни из самых безопасных. Хотя в моем наиболее чувствительном состоянии я не справлялся с этим, когда он был влажным.

Продается в хозяйственных магазинах и на Amazon.

2. Клей для дерева ECOS

ECOS производит продукты с чрезвычайно низким уровнем токсичности, и, хотя у меня не было возможности протестировать этот продукт, я ожидаю, что он будет хорошим.

Ингредиенты: акриловая дисперсия, загустители из целлюлозы и полимеров (пластиков) и не включенные в список диспергирующие добавки.

Мне отлично подошел клей Roo
3. Клей Roo

Roo Glue производит белый клей и столярный клей. Когда он высох, он казался совершенно доброкачественным. Это был один из моих лучших вариантов, когда я была чрезвычайно чувствительна к химическим веществам.

Очень чувствительные могут захотеть попробовать эту марку, даже если это специальный заказ. В противном случае используйте столярный клей Elmer’s или Titebond.

Это клей ПВА.

Доступен в США и доставляется в Канаду с их веб-сайта.

4. Тайтбонд

Эту марку часто рекомендуют химически чувствительным людям в качестве безопасного клея. Я уже выбрал клей Roo Glue для своего дома без химикатов, прежде чем у меня появилась возможность его протестировать.

Мой диван позже был сделан из этого материала, и он мне очень понравился, хотя я получил его уже после того, как он высох.

Из клеев Titebond Titebond III технически имеет самый низкий уровень летучих органических соединений среди 3 основных типов клеев для дерева этой марки.Его содержание летучих органических соединений составляет 5,6 г/л, что является чрезвычайно низким показателем.

Это клей ПВА.

Я бы начал здесь с тестирования, так как это недорого и легко заказать на Amazon и найти в таких магазинах, как Home Depot.

5. Клей для кожи

Hide Gue — самый натуральный клей для дерева. Он сделан из животного белка из коллагена кожи, костей, сухожилий и других тканей.

Это сильный клей без летучих органических соединений, но он не является водонепроницаемым.

Можно самому смешать из бисера или хлопьев для максимально натурального варианта, а можно купить уже готовый, но в них есть какие-то добавки.

Торговая марка Titebond представляет собой готовый вариант, в котором в качестве ингредиента указан тиоцианат аммония.

Самый натуральный нетоксичный клей для дерева — лучший выбор. Если вам не нужен водостойкий клей и вы не веган, это самый здоровый вариант.

6. Клей из сосновой смолы

Еще один полностью натуральный (но редко используемый) вариант — клей из сосновой живицы, растительных волокон и древесного угля.Хотя он в основном используется для традиционных поделок, я недавно видел его как клей, используемый в детских игрушках, что побудило меня добавить его в этот список.

7. Клей Gorilla

Я обнаружил, что это трудно переносить во влажном состоянии, но не ужасно. В сухом виде мне показалось нормально.

Это полиуретановый клей, который будет выделять изоцианаты, пока не затвердеет. Изоцианаты являются потенциальными канцерогенами для человека и, как известно, вызывают рак у животных. Как и многие продукты, если он приходит к вам вылеченным, он может быть совершенно безопасным.

Легко найти в хозяйственных магазинах и на Amazon.

Нетоксичные герметики с низким содержанием летучих органических соединений и герметики

Какие герметики не содержат плесени?

Обратите внимание, что герметики для ванных комнат или устойчивые к плесени содержат цид плесени. В настоящее время GE I не содержит плесени, GE II содержит плесени. Любой герметик с маркировкой «сейф для аквариума» не содержит плесени, включая герметик DAP для аквариума и другие вещества, перечисленные ниже. AFM Safecoat и Chemlink Durasil также не содержат плесени.

Лучшие бренды нетоксичных уплотнителей/герметиков

Все герметики во влажном состоянии имеют химический запах. Я тестировал их через 24 часа, 48 часов, одну неделю и две недели.

Если вы химически чувствительны, я бы порекомендовал, чтобы нечувствительный человек положил тестовое количество в банку и понюхал, когда оно вылечится.

1. Окрашиваемый внутренний герметик (белый полиэфир)

AFM Caulk — один из лучших вариантов и один из двух основных герметиков, которые необходимо иметь под рукой при каждом строительстве и ремонте.

Я использовал это в своей ванной комнате, вы можете использовать это вокруг душа и раковины. Его можно использовать вокруг дверей и окон, а также вокруг плинтуса и отделки.

Он используется внутри помещений везде, где он соприкасается с окрашиваемой поверхностью, и является нетоксичной заменой акрилового латексного герметика.

Мое тестирование : Не лучший в мокром состоянии, не лучший в течение 24 часов, но лучший в течение одной недели.

Где использовать AFM Caulk :

Может использоваться внутри и снаружи.Вокруг окон, щелей, ванн и душевых кабин, фартука, сайдинга, стен и дерева (например, герметизирующего молдинга) и общего обслуживания. Он не держится в ванной так долго, как силикон с плесенью.

Полиэфирная смола (90-95%) с аминосиланом (1-3%), не содержащая растворителей (это не акрил, не латекс, не силикон и не полиуретан). После отверждения он не дает усадки и не содержит летучих органических соединений.

Милдьюцид : нет. Удлинение : 35%. Цвет : белый. Под покраску : да

Альтернатива : ChemLink NovaLink 35 представляет собой аналогичный окрашиваемый эластомерный полиэфир, модифицированный силаном, но поставляется в других цветах (при необходимости) PSI 145; Хемлинк Дюрасил белого цвета; 3M Marine Adhesive Sealant 4000 также кажется очень похожим (полиэфир 15-40%, белые пигменты 35-70%, пластификатор 10-20%, силан 1%), PSI 220-240 и может окрашиваться. (Он сохраняет свой резиноподобный запах в течение многих месяцев).

* примечание. Летом 2021 года из-за пандемии возникнет нехватка полиэфирных материалов.

Где купить:

Вы можете купить это онлайн в Green Design Center.

2. Нетоксичные силиконовые герметики Силиконовый герметик

нетоксичен и хорошо переносится после отверждения. Но если вы собираетесь находиться рядом во время нанесения (или даже в течение двух недель после применения для сверхчувствительных), обязательно выберите наименее токсичный вариант.

Для большинства новостроек и рено вам понадобится один герметик под покраску (полиэфирный) и один силиконовый герметик из этого списка.Силикон, как правило, для кухонь и ванных комнат, где вам не нужна поверхность под покраску.

Силикон нейтрального отверждения является наименее токсичным типом силикона, особенно силиконы нейтрального отверждения окси- или алкокси- они выделяют спирты или метилэтилкетоксим, а не уксусную кислоту.

Какой из двух лучше, зависит от вашей конкретной чувствительности. Существует также небольшой шанс, что вы сможете найти отверждение уксусной кислотой лучше после ожидания времени отверждения, которое, я бы сказал, составляет 18 дней.

Oxine или алкокси тип нейтральное отверждение без добавления плесени являются наименее токсичными типами силиконовых герметиков.

Лучшие бренды:

  1. ASI 388 – нейтральное лекарство (оксинового типа) без плесени от Amazon. Самый слабый запах при намокании.
  2. DuraSil – нейтральное средство (тип оксина) без плесени от Green Design Center.
  3. GE 2 Advanced — нейтральное отверждение (алкокси-типа), его легко купить в хозяйственном магазине или на Amazon. У есть плесени . Очень близкое второе место к самому низкому запаху во влажном состоянии.
  4. Silco RTV 4500 – силикон ацетоксиотверждения, более типичный тип. Очень мощный во влажном состоянии. Хотя , возможно, предпочтительнее после 18 дней отверждения . Не вызывает плесени (безопасен для пищевых продуктов).

Тестирование химически чувствительным:

Предпочтения между полиэфирным герметиком (например, AFM Caulking, Eco-Bond и Chemlink Clear) и силиконом:

  • Можно предпочесть полиэфирные герметики (в разделах ниже) силикону.Вы можете легко иметь другое предпочтение, когда оно влажное, по сравнению с несколькими днями и по сравнению с несколькими неделями. Полиэфир может сохранять больше запаха резины даже через несколько недель по сравнению с силиконом.

Выбор между двумя лучшими вариантами силикона:

  • Выбор между алкокси и оксином будет очень индивидуальным. Alkoxy (GE Advanced) пахнет для меня более резиновым, а запах оксина трудно описать, хотя он очень тонкий. Люди от умеренных до умеренных, вероятно, могут выбрать оксин и быть в порядке (ASI 388).

Предпочтение между оксином и алкокси и более типичным силиконом, отвержденным уксусной кислотой:

  • Силикон, отвержденный уксусной кислотой/ацетокси, поначалу ОЧЕНЬ эффективен. Это может быть чрезвычайно сложно для химически чувствительных людей во влажном состоянии. Однако, если мы хотим углубиться в детали, я обнаружил, что через 18 дней Silco RTV4500 безопасное для пищевых продуктов ацетокси-отверждение было полностью без запаха, лучше, чем такие варианты, как оксин-отверждение (которые гораздо менее эффективны во влажном состоянии).

Где использовать 100% силикон : Окна, двери, сайдинг, вентиляционные отверстия, вокруг проводов/труб, в ванной, под столешницей, вокруг раковины, в душе и т.д.

Средство от плесени : Некоторые бренды имеют средство от плесени, а другие нет. Цвет : Прозрачный, белый, черный. Под покраску : №

Альтернативы: GE 1 (не нейтральный отвердитель, но не содержит плесени), его можно найти на Amazon и в Home Depot, Silco 7500 — это нейтральный отвердитель — оксинный тип (иногда доступен на Amazon).

Где купить:

Купите ASI 388 (вариант с самым слабым запахом без плесени) на Amazon.

Купите Silco RTV 4500 (безопасен для пищевых продуктов, сначала имеет сильный запах, возможно, предпочтительнее после отверждения) на Amazon.

В этом видео рассматриваются наименее токсичные варианты уплотнения:

Как насчет герметика для аквариума?

Когда я строил свой крошечный дом, я прочитал, что аквариумный герметик (разновидность силиконового герметика) наименее токсичен, потому что рыбы подвергаются его воздействию и не переносят химикаты (особенно биоциды). Оказывается, рыбы немного отличаются от людей.Аквариумный герметик обычно представляет собой уксусную кислоту, один из самых сильных запахов при намокании.

Цена на него выше только потому, что он продается по-другому, он ничем не отличается от других силиконов, отверждаемых уксусной кислотой без плесени.

Я протестировал две марки: силиконовый герметик для аквариума (отверждение уксусной кислотой) и одну под названием Marina. Чрезвычайно мощный!

Хотя один сверхчувствительный человек предпочел Аквариумный герметик Aqueon (несмотря на то, что это уксусная кислота) GE I или II и Eco-bond (прозрачный полиэфир).А другой хорошо справился с безопасным для аквариума силиконом DAP (еще одно средство с уксусной кислотой, слишком сильное для меня). Можно предпочесть их, когда они полностью отверждены, вариантам, которые менее эффективны во влажном состоянии.

Морской герметик

— это не то же самое, что аквариумный герметик (он предназначен для морских применений, а не для аквариумов). Я протестировал силиконовый герметик GE Marine. Но все тот же резкий запах. Уксусная кислота пахнет уксусом раз в миллион.

Однако он довольно быстро выделял отходящие газы. Через одну неделю он был на том же уровне, что и GE 100% Silicone, а через две недели он был таким же хорошим (практически без запаха).

3. Цветной герметик для внутренних работ (полиэфирный)

Chemlink производит эластомерный герметик для герметизации бетона и кирпичной кладки под названием NovaLink35.

Я не тестировал этот продукт, но это отличная марка, и многие люди, чувствительные к химическим веществам, хорошо с ним справляются. Это полиэфир различных цветов (белый, бежевый, известняковый, серый и черный), который можно использовать в качестве замены герметика AFM.

Где купить:

Вы можете найти его в Green Design Center и Amazon.

4. Прозрачный полиэфирный герметик
Прозрачные полиэфирные герметики

могут заменить как прозрачный силикон, так и окрашиваемые герметики, такие как обычные акриловые герметики (например, марки ALEX) или белый полиэфир.

Торговая марка Eco-Bond (сейчас не работает) была самой любимой среди людей, чувствительных к химическим веществам. Ближайшей формулой к Eco-Bond является Chemlink Clear, аналогичный прозрачный полиэфир со слабым запахом.

Где купить:

Зеленое строительство.

Материалы для уплотнения – из чего сделаны уплотнения :

Полиуретановые герметики – Обычно содержат изоцианат. Этот тип сильно пахнет, как типичная свежая краска, и требуется довольно много времени для выделения газов. Их можно приготовить без растворителей. Если они содержат растворители, то обычно это минеральное масло, толуол или ксилол. Я попробовал Loctite PL S40, который, на мой взгляд, оказался действительно сильным. Я также протестировал Sikaflex 1A, который, вероятно, является полиуретановым герметиком с самым низким содержанием летучих органических соединений на бумаге, но медленно выделяет газы (потребовалось полных 3-4 месяца, чтобы действительно избавиться от запаха в моем носу).

Акриловый латексный герметик – содержит октилинон или карбендазим против плесени, а также бензоатный пластификатор (который в значительной степени заменил фталаты) и нафту (источник). Они часто изготавливаются на водной основе, но все же могут содержать уайт-спирит, минеральное масло и пропиленгликоль (источник). Малярные герметики обычно представляют собой акриловый латекс, их можно шлифовать и красить.

Я попробовал латексный герметик DAP Dynoflex 230 и DAP Alex Plus, акриловый латекс с добавлением силикона.В течение одной недели у них обоих было больше газовыделения, чем у силиконов, хотя они выделяли разные химические вещества. Через две недели Алекс все еще явно выделял газы (через три недели я все еще чувствовал запах, через пять недель он был очень слабым), а Dynoflex был близок к завершению через две недели.

Силикон – Хотя силикон сам по себе не токсичен, химические вещества, добавляемые для сохранения жидкой формы герметика, являются токсичными. Для силиконового герметика ищите 100% силикон. Существуют различные типы, перечисленные ниже, которые выделяют различные химические вещества.После того, как они вылечены, вы можете обнаружить, что они по существу одинаковы.

Химические добавки в «100% силиконе» обычно не указываются. Силикон обычно не имеет растворителя, но некоторые из них содержат следы бензола и толуола (источник). Обычно добавляют пластификаторы. Согласно Фаросу, биоцидом, если он есть, скорее всего, будет оксид феноксарсина.

Акустический герметик — этот незастывающий герметик предотвращает утечку звука. Чаще всего это акрил на водной основе.Они содержат около 20% этенилбензола. В меньших количествах они обычно содержат пластификаторы, нафту (в качестве растворителя), этиленгликоль и формальдегид.

Полиэфир – специальные силиконовые герметики часто изготавливаются из полиэфира. Мой лучший выбор — AFM Caulk. Это одни из самых переносимых герметиков, но полиэфирный каучук имеет характерный запах резины.

Бутиловый герметик — я протестировал бутилкаучуковый герметик C.R. LAURENCE White 777. Поначалу он был очень мощным (поначалу более мощным, чем, скажем, Sikaflex 1A), но выделял газы быстрее.В 1-2 месяца он был действительно без запаха для меня.

Растворители, используемые для уплотнения (всех типов), включают ацетон, метилэтилацетон, толуол, ксилол и лигроин (Источник).

Типы силиконовых герметиков и химические вещества, которые они выделяют :

1. Типичный силиконовый герметик представляет собой ацетоксисиликон, который выделяет уксусную кислоту. В паспорте безопасности вы увидите «запах: уксусная кислота».

2. Силикон нейтрального отверждения , также называемый RTV, менее распространенный тип, намного лучше переносится во влажном состоянии.Ищите оксин- или алкокси-лекарство, которое содержит отходящие газы, спирты или метилэтилкетоксим.

3. Аквариумный герметик обычно представляет собой ацетоксисиликон, не содержащий плесени. Он может быть помечен как аквариумный герметик, или вы можете просто получить GE 1, если вы избегаете плесени, что будет дешевле.

4. Силиконовый герметик под покраску представляет собой смесь силикона и акрилового латекса.

Нетоксичные клеи

Строительные клеи используются для черновых полов, для установки дверей (приклеивание порогов), для возведения лестниц, внешней кирпичной кладки, под столешницы и т. д.

Нетоксичный клей с низким содержанием летучих органических соединений

Строительный клей s
1. Всемогущий клей AFM

Almighty — лучший клей, который я когда-либо тестировал. У меня не было абсолютно никаких проблем и никакой реакции на запах, пока он был влажным.

Это был приятный сюрприз после всех остальных клеев и силиконов.

Это хорошо переносимый многоцелевой клей со слабым запахом (убедитесь, что он подходит для вашего применения). PSI 500.

Полиэфирный (30-80%) и нефелин-сиенитовый (30-60%) клей с содержанием аминосилана 1-5%.

Я использовал Всемогущего для установки душа, пола и столешницы. Я бы использовал это везде и везде, где это можно использовать, так как это самый здоровый клей, который я нашел.

Внутренний совет. Это та же формула, что и в Build Secure by Chemlink.

Где купить:

Купить Всемогущий в Green Design Center.

2.Хемлинк Wallsecure

Wall Secure предназначен для склеивания гипсокартона, гипса, ландшафтных блоков, замковых камней, камня, пенопласта, стекловолокна, панелей FRP и потолочных систем.

Я не тестировал этот, но этот бренд производит отличные клеи с низким содержанием токсинов.

Где купить:

Купить на Амазоне.

3. Чемлинк М-1

М-1 может работать как клей, так и герметик.

Он прилипает к широкому спектру строительных материалов, включая ПВХ, EPDM, большинство металлов, дерево, стекло, каменный бетон, стекловолокно и пенопласт, чувствительный к растворителям, поэтому он работает практически в любой ситуации, когда требуется герметик.

Обладая давлением 400 фунтов на кв. дюйм и относительным удлинением 525 %, он также может использоваться в качестве конструкционного клея.

M-1 представляет собой полиэфир, модифицированный силаном, не содержащий растворителей.

Где купить:

Купить на Амазоне.

4. Ecotite ET 5500 и 9500

Это еще одна хорошая марка, которую любят чувствительные к химическим веществам люди.

Их ET 5500 — это клей, который работает на различных поверхностях: ПВХ, бетон, стекло, алюминий, окрашенные поверхности, фанера, мрамор, металл и другие.

Примерно через неделю большинство найдет это без запаха. Через две недели он казался полностью обезвоженным. Я был очень доволен этим.

9500 используется для окон, дверей, отделки и некоторых кухонных применений. Через три недели он все еще не лишен запаха/газов. Я не так доволен этим, так как он не прекратил выделение газов за три недели.

На бутылках написано, что он не имеет запаха, но момент времени, когда он не имеет запаха, зависит от условий (скорости отверждения) и от того, насколько чувствительно ваше обоняние.

Сразу видно, что 5500 значительно мягче и имеет меньший запах, чем обычные клеи.

Где купить:

Ссылки на 5500 и 9500 ведут на канадский магазин, но вы можете найти этот продукт и в США.

5. Sika Flex 715

Это еще один полиэфир с концевыми силановыми группами. Это герметик с самым низким содержанием летучих органических соединений, который я когда-либо видел, — 5,5 г/л. У него очень слабый запах, но он не сильно отличается от AFM Almighty по запаху.

В основном используется в качестве герметика для крыш. PSI не очень высокий, 85 PSI.

Используется на EPDM и металлических крышах (часто на крышах жилых автофургонов). Он также хорошо прилипает к керамике и пластику.

Где купить:

Купить на Амазоне.

Коринн Сегура — практикующий биолог-строитель с 7-летним опытом работы, помогающей людям создавать здоровые дома.

Был ли этот пост полезен для вас? Если это так, вы можете угостить меня кофе, чтобы поддержать исследования, лежащие в основе этого блога.Спасибо!

У Solidia есть способ производить цемент, который поглощает парниковые газы, а не выделяет их — Кварц

Пискатауэй, Нью-Джерси

Примечательно, что материал, из которого была построена первая современная цивилизация, остается ключевым для построения современной глобальной экономики. Цемент, который мы используем в 2017 году, не так уж отличается от материала, который использовался для строительства бетонного купола римского Пантеона в 125 году нашей эры.

Что изменилось, так это то, что сегодня мы используем значительно большее количество серого порошка: более 4.2 трлн кг в год. Чтобы представить это в перспективе, вы могли бы строить 1000 плотин Гувера каждый год из количества бетона, необходимого для производства цемента.

Все бы ничего, если бы не тот факт, что 1 кг цемента выделяет в атмосферу более 0,5 кг углекислого газа. В результате на цементную промышленность в настоящее время приходится около 5 % глобальных выбросов CO2 – это более чем в два раза больше, чем на авиационную промышленность. Что еще хуже, в отличие от электроэнергетики, которая когда-нибудь может полностью перейти на чистую, возобновляемую энергию, химия обычного цемента требует, чтобы в процессе производилось огромное количество углекислого газа.

Если, конечно, планы Николаса ДеКристофаро не сработают. С 2008 года компания Solidia Technologies, где ДеКристофаро является главным техническим директором, незаметно разрабатывает новый процесс производства цемента, в результате которого выбросы CO2 снижаются на 70 % по стоимости, которая, по утверждению ДеКристофаро, не уступает обычному цементу или превосходит ее.

Solidia, созданная с целью коммерциализации идей, разработанных в Университете Рутгерса в Нью-Джерси, не первая компания, пытающаяся производить экологически чистый цемент.Но отраслевые эксперты говорят, что это пока самое перспективное. Его список инвесторов — от крупнейшего в мире производителя цемента до одной из крупнейших в мире фирм венчурного капитала — является доказательством доверия рынка.

Эта статья является частью серии статей «Гонка к нулевым выбросам», посвященных технологиям улавливания углерода. Вы также можете прочитать нашу статью, в которой излагаются аргументы в пользу использования технологии для борьбы с изменением климата.

Химический состав цемента

Нет двух партий цемента, которые химически идентичны на 100%.Фактически, вот как Европейский стандарт определяет наиболее широко используемый тип, называемый «портландцемент»:

[Он] должен состоять не менее чем на две трети по массе из силикатов кальция, а остальная часть должна состоять из алюминиевых и железных содержащие [соединения]…и другие соединения. Отношение оксида кальция к кремнезему должно быть не менее двух.

Не нужно быть химиком, чтобы понять, что даже в рецепте самого простого торта меньше места для маневра. Чтобы получить «цемент», вы можете бросить любой известняк приличного качества и немного глины в угольную печь.Химическая гибкость цемента, наряду с его высокой прочностью, формуемостью и тем фактом, что он изготовлен из легкодоступного сырья, делает его доступным и универсальным.

Как правило, тепло внутри печи превращает известняк, представляющий собой карбонат кальция (CaCO3), в известь, представляющую собой оксид кальция (CaO), с выделением CO2. Затем CaO реагирует с кремнеземом (SiO2) в глине с образованием смеси силикатов кальция, в частности алита (3CaO.SiO2) и белита (2CaO.SiO2).

Чтобы сделать эти пепельно-серые бетонные блоки, которые вы видели на стройках, цемент смешивают с водой и гравием, чтобы получился раствор кашеобразной консистенции.Роль цемента здесь заключается в том, чтобы быть клеем: смешайте 10-20% цемента по весу с 80-90% гравия, и он скрепится.

Производители цемента могут добавлять другие ингредиенты для придания своим продуктам особых свойств, но в целом каждая партия цемента создается с использованием этих реакций. CO2, выделяемый в химическом процессе, наряду с CO2, выделяемым при сжигании ископаемого топлива для получения энергии, необходимой для нагрева печи, в совокупности создают чрезвычайно большой углеродный след цементной промышленности.

Бетон с отрицательными выбросами

Если бы цемент можно было производить без известняка, теоретически это могло бы сократить многие выбросы CO2 в отрасли.Это первая ставка Солидии. Его вторая авантюра: когда этот цемент используется для производства бетона, процесс фактически будет поглощать углекислый газ.

Обычно, когда вода добавляется к портландцементу и гравию для изготовления бетона, она почти полностью обращает реакцию, которая произошла в цементной печи, в процессе, называемом «отверждением».

Силикаты кальция (такие как алит и белит) соединяются с водой с образованием гидроксида кальция и глины; затем гидроксид кальция вступает в реакцию с CO2 в воздухе, снова образуя карбонат кальция, высвобождая поглощенную им воду.Образование карбоната кальция удерживает вместе все компоненты бетона; если бетонную смесь залить в форму, то в течение многих недель твердения образуются знакомые твердые блоки.

Вот проблема: пока достаточное количество цемента связывает гравий в бетон, продукт готов. Другими словами, он никогда не проходит полную реверсию и, следовательно, не поглощает такое же количество CO2, выделяемого в процессе производства цемента. Согласно одной оценке, бетон поглощает около 17% выбросов, производимых в течение его жизненного цикла, что составляет около 170 кг поглощенного CO2.Что, если бы можно было изменить химический состав цемента так, чтобы он мог поглощать весь CO2?

Два стартапа безуспешно пытались изменить химический состав цемента. Британская компания Novacem изобрела процесс замены оксида кальция на оксид магния. В 2012 году она продала свою интеллектуальную собственность конкуренту и закрылась. Калифорнийская компания Calera начала с предложения, похожего на предложение Novacem, но после неоднократных разочарований сосредоточилась на специализированном карбонате кальция для нишевых применений, таких как стеновые панели.Обе компании привлекли много миллионов долларов, прежде чем закрылись или изменили свою деятельность.

Но эти неудачи еще не проявились в первые годы Solidia. Тогда в ходе лабораторных экспериментов один из основателей стартапа Вахит Атакан, ныне его главный научный сотрудник, обнаружил, что если заменить известняк минералом волластонитом — низкоуглеродистой альтернативой известняку, — то можно будет производить цемент, который в конечном итоге будет давать «отрицательный выбросы» бетон. Это связано с тем, что химический состав волластонита таков, что он не производит никаких выбросов, когда используется для производства цемента, но он, как и обычный цемент, поглощает некоторое количество CO2, когда затвердевает как бетон.

Но когда Solidia задумалась о коммерциализации продукта, компания столкнулась с серьезными препятствиями. Например, изменение химического состава цемента сделало бы сотни работающих в настоящее время цементных заводов излишними, по сути, превратив их в бесхозные активы. Другими словами, в финансовых интересах производителей цемента не будет вкладывать средства в продукт Solidia на основе волластонита.

Еще одна проблема заключается в том, что волластонит не так дешев и широко доступен, как известняк.Ежегодно в США добывается около 1,5 млн кг волластонита, что достаточно для производства примерно 1,5 млн кг цемента. Это звучит как много — пока вы не узнаете, что американские заводы производят почти 100 миллиардов кг цемента каждый год, — что одно только цемента стоит около 50 плотин Гувера.

ДеКристофаро говорит, что решение проблемы с волластонитом стало «поворотным моментом в истории Solidia».

На оси

Solidia знала, что у нее нет другого выбора: ей придется сделать синтетическую версию волластонита.Компания провела несколько лет, играя с различными рецептами, сначала в лабораториях, а затем на небольшой фабрике, пока не нашла решение. Это оказалось обманчиво просто.

Цемент на основе волластонита содержит намного меньше кальция, чем портландцемент. Таким образом, чтобы заменить волластоноит, Solidia может уменьшить количество известняка и увеличить количество глины в смеси, которую она отправляет в печь. При меньшем количестве известняка для преобразования в известь процесс может потреблять меньше тепла. Исключение известняка сократило выбросы CO2 как в результате химической реакции, так и в результате использования ископаемого топлива, необходимого для обогрева процесса.

Конечно, теперь стартап должен показать, что этот цемент с более низким уровнем выбросов можно превратить в бетон, который, по крайней мере, не уступает другим, и его можно масштабировать доступным способом. Это то, над чем сейчас работает Solidia. Недавно компания пригласила меня посетить ее небольшой завод в Пискатауэй, штат Нью-Джерси, и познакомиться с технологией. Надев защитную одежду — каску, обувные перчатки и лабораторные очки — я увидел процесс изготовления бетона с использованием цемента Solidia, который может изменить правила игры.

Solidia/Marc Morrison

Загрузка в камеру полимеризации.

Цемент грязно-белого цвета извлекается из большого бункера и добавляется в миксер. Запатентованный заполнитель — некоторая комбинация зернистого материала, такого как песок, гравий и щебень, — и вода заливается в машину, которая вращается до образования густой густой смеси. Затем смесь переносят в «вибрационный пресс», где ее разливают по формам, которые затем перемещают в камеру, заполненную углекислым газом.

В отличие от портландцемента, смесь Solidia не затвердевает просто после добавления воды; для этого требуется поглощение губительного для климата CO2. Бетонные блоки, полученные в результате процесса, улавливают около 240 кг углекислого газа на каждую 1000 кг цемента, используемого в смеси. Это помимо меньшего количества выбросов при производстве цемента Solidia. На протяжении всего жизненного цикла — от известняка до цемента и бетона — Solidia производит на 70 % меньше выбросов по сравнению с портландцементом.Таким образом, если 1000 кг портландцемента за свой жизненный цикл выделяют 1000 кг, то цемента Solidia выделяется только 300 кг.

Более того, бетон, произведенный с использованием цемента Solidia, превосходит строительные стандарты и требует менее 24 часов для отверждения по сравнению с неделями для отверждения портландцемента. Эти утверждения были подтверждены Министерством энергетики США, которое предоставило стартапу некоторое финансирование.

Во время моего тура ДеКристофаро привел пример того, сколько углекислого газа удерживается цементом Solidia.Он положил на стол бетонный кирпич (примерно 12 x 5 x 5 дюймов). «Этот блок, — сказал он, — уловил столько углекислого газа, сколько вы можете найти в воздухе во всей этой комнате». (Комната была офисом среднего размера, 15 футов x 15 футов x 10 футов.)

Создание рынка

В большинстве частей мира в настоящее время нет цены на углерод. Это означает, что нет финансового стимула для сокращения выбросов CO2. В то же время производители цемента входят в число крупнейших компаний мира, в которые вкладывают свои деньги самые умные инвесторы, а также являются одними из крупнейших в мире источников выбросов парниковых газов.В результате теперь они сталкиваются с давлением инвесторов, требующих сократить выбросы и показать, что их фабрики не превратятся в бесхозные активы в будущем.

«Целью всей цементной промышленности является глубокое обезуглероживание в будущем», — говорит Ян Теулен, директор по альтернативным ресурсам Heidelberg Cement, четвертого по величине производителя цемента в мире. Компания Heidelberg публично взяла на себя обязательство достичь углеродной нейтральности к 2030 году.

Сокращение выбросов полезно не только для окружающей среды, но и для бизнеса.Новые цементные заводы и многие существующие будут работать десятилетиями, и многие из этих компаний считают, что на большинстве их рынков вскоре будет введена цена на углерод.

Вот почему в 2014 году Solidia смогла убедить LafargeHolcim, крупнейшего в мире производителя цемента и одного из инвесторов Solidia, позволить стартапу использовать существующие заводы — один в США и один в Европе — для производства своего уникального цемента. Solidia произвела две партии по 5000 метрических тонн каждая, показав, что ее процесс может работать в больших масштабах без модификации традиционного завода или повышения затрат.

Solidia/Thomas Moore

Цемент Solidia, используемый для изготовления цветной бетонной плитки.

Однако труднее убедить производителей бетона, основных покупателей цемента, в том, что эти более экологичные продукты стоят того. В отличие от цементных компаний, которые часто представляют собой крупные глобальные конгломераты, бетонные компании, как правило, небольшие и работают на региональном уровне. И в отличие от цементной промышленности, говорит ДеКристофаро, «в бетонной промышленности нет проблем с углекислым газом. Если вы скажете конкретному парню: «Я помогу вам улавливать углекислый газ».Он скажет: «Сколько мне это стоит?»

Тем не менее, движение цементной промышленности к более экологически чистому продукту может достичь такого сильного подъема, что он может увлечь за собой производителей бетона. Помимо Solidia, есть компания CarbonCure, базирующаяся в Галифаксе, Канада, которая также рекламирует более качественные бетонные блоки, улавливающие углекислый газ. За фиксированную плату CarbonCure устанавливает оборудование, позволяющее производителям отверждать бетон в присутствии углекислого газа вместо обычных вариантов воздуха или пара.Взамен производители бетона получают более качественный бетонный блок, который продается по более высокой цене, которая компенсирует инвестиции в технологию CarbonCure.

По словам вице-президента по устойчивому развитию Дженнифер Вагнер, на момент написания статьи компания CarbonCure привлекла почти 10 миллионов долларов, а ее технология используется на 50 бетонных заводах в Северной Америке. «Если людям нравится то, что они видят в CarbonCure, это облегчает нашу работу», — говорит ДеКристофаро из Solidia.

Компания Carbicrete, также находящаяся в Канаде, нашла способ производить бетон без использования цемента.Предпочтительным связующим веществом является отработанный шлак сталелитейной промышленности. И CarbonCure, и Carbicrete в настоящее время участвуют в конкурсе Carbon X-Prize с призовым фондом 20 миллионов долларов США – конкурсе инноваций, которые улавливают и используют углекислый газ для производства ценных продуктов.

Solidia должна показать производителям бетона, что стоит платить за дополнительное оборудование, такое как корпус для удержания углекислого газа во время процесса отверждения, а также за углекислый газ, необходимый для отверждения цемента Solidia. (Углекислый газ доставляется в канистрах или хранится на месте специализированными газовыми компаниями по цене от 50 до 200 долларов за 1000 кг.) Подача, правда, доведена до совершенства: бетонщики получают более качественный продукт, сделанный за меньшее время. Кроме того, поскольку цемент Solidia не начинает затвердевать сразу после смешивания с водой, отходов меньше. Обычно приходится выбрасывать от 3% до 8% бетонных блоков, потому что они были плохо сформированы или не имели нужной формы. Цемент Solidia дает производителям льготный период для восстановления деформированных блоков до того, как они начнут схватываться.

Солидия

Николас ДеКристофаро.

Кроме того, есть цвет.Строительные компании будут доплачивать за цветные бетонные блоки, которые используются в декоративных целях, например, на тротуарах или наружных стенах. Типичные бетонные блоки сложно окрасить в светло- или пепельно-серый цвет. Из солидиацемента можно производить белый бетон, который легко окрашивается, что позволяет производителям экономить на дорогостоящем пигменте.

Solidia настаивает на том, что их цемент можно использовать для всех видов бетона. Я был менее убежден, потому что большая часть бетона требует заливки и отверждения на месте.Обеспечение того, чтобы такое использование было покрыто камерами, заполненными углекислым газом, кажется трудным. Тем не менее, даже если мы предположим, что цемент Solidia можно использовать только для изготовления сборных железобетонных изделий в виде кирпича и плит, он занимает значительную долю рынка. По последним оценкам за 2016 год, сборный железобетон занимает не менее 15% мирового рынка. Эта доля возрастает до 50% в богатом мире, где труд, необходимый для заливки бетона, стоит дорого.

Эти преимущества уже помогли Solidia привлечь 60 миллионов долларов финансирования и заключить контракты с двумя производителями бетона в США и одним в Европе, говорит ДеКристофаро.Когда на борту будет 10 бетонных компаний, у Solidia будет клиентская база, необходимая для того, чтобы убедить цементные компании начать производство цемента Solidia в больших количествах. ДеКристофаро надеется, что это произойдет в «следующие несколько лет».

Цемент и бетон могут быть продуктами с низкой стоимостью, но их объемы огромны, и, по мнению большинства, рынок будет стабильным в течение десятилетий. Если стартап сможет найти недостатки в этих отраслях, он сможет заработать много денег. Еще несколько лет назад любая польза для окружающей среды от новых технологий была просто вишенкой на торте.Хорошая новость заключается в том, что эти преимущества теперь так же важны, как и сахар.


Репортаж был подготовлен при поддержке Центра деловой журналистики МакГроу при Высшей школе журналистики Городского университета Нью-Йорка.

№ 1 Герметик для бетона — защита от радона и гидроизоляция


Решение для вашего влажного подвала

Глубокопроникающий герметик для бетона RadonSeal был ведущим проникающим герметиком для бетона для консервации и защиты коммерческого и жилого бетона и бетонных блоков с момента его появления в конце 1990-х годов.

RadonSeal — это прозрачный реактивный герметик на водной основе, используемый для укрепления и гидроизоляции литого бетона, тяжелых бетонных блоков, известняка, раствора и других цементных строительных материалов. RadonSeal герметизирует поры и капилляры бетона, ограничивая движение воды и водяного пара. Помогает уменьшить влажность подвала, защищает бетон от влаги, а также помогает снизить уровень газообразного радона и проникновение почвенного газа . Укрепляет и укрепляет бетон внутри и снаружи помещений, защищая от пыли , растрескивания, замораживания-оттаивания, противогололедных химикатов и высолов .

В отличие от большинства герметиков для бетона, продаваемых в магазинах, и прозрачных покрытий, предназначенных для улучшения внешнего вида поверхности, RadonSeal не является мембраной прозрачного герметика для покрытия. RadonSeal проникает. Глубоко впитывается в бетон и герметизирует поры и капилляры бетона под поверхностью. RadonSeal не изменит внешний вид бетонной поверхности. Он не оставит после себя глянцевого покрытия и не изменит поверхностное трение бетона.

Эти важные характеристики делают RadonSeal особенным и считаются лучшим герметиком для бетона перед нанесением краски для бетона, эпоксидных напольных покрытий, прозрачных герметиков, выравнивателей бетона, плавающих плит, деревянных полов и клея. Уплотнение по своей природе является противоскользящим, что делает его безопасным выбором для использования на открытом бетоне, подъездных путях, бетонных ступенях, пандусах, парковках, а также в условиях интенсивного автомобильного и пешеходного движения.

LEAVE A REPLY

Ваш адрес email не будет опубликован.