Автомобильные присадки и добавки

Препараты для стеклоомывающих жидкостей

Для очистки ветровых стекол, фар, а иногда и зеркал автомобиля постоянно появляются новые конструкторские разработки: щетки новых конструкций, устройства для повышения прижима щеток к стеклу и т. д. Разрабатываются новые составы для полос самих щеток. Они уже не резиновые, а силиконовые или тефлоновые, или даже изготовленные из композитного материала на основе натурального каучука с добавлением различных неорганических добавок. Например, в состав материала ленты вводят графит для снижения шума и предотвращения образования царапин на стекле. Однако в наибольшей степени качество очистки зависит от специально разрабатываемых стеклоомывающих автомобилей жидкостей, которые подразделяются на летние и зимние.

Зимние жидкости представляют собой смесь спирта, моющих и ароматических добавок, красителя и воды. На каждый из этих компонентов возложена своя функция, но в совокупности они должны обеспечивать выполнение следующих основных требований:

— быть безопасными для здоровья водителя, пассажиров и окружающей среды;

— быстро и эффективно удалять загрязнения различного происхождения (дорожная грязь, снег, лед, жировые или масляные отложения, сажа, копоть, соли и др.) в широком спектре температур эксплуатации (в т. ч. отрицательных);

— не оставлять на стеклах бликов, подтеков, белых налетов и радужных пленок, затрудняющих водителю обзор;

— не оказывать разрушающего действия на лакокрасочные покрытия, резиновые, пластмассовые и хромированные детали автомобиля (в т. ч. не вызывать набухания резины, из которой изготавливаются уплотнители и щетки ветрового стекла, а также снижения эластичности полихлорвиниловых трубок, ведущих к форсункам распылителя);

— не загрязнять систему и форсунки омывателя.

Основным компонентом любой стеклоомывающей жидкости является вода. Для производства стеклоомывающих жидкостей используется только специально подготовленная вода высокой степени очистки. Из нее удаляются все примеси и элементы (соли), которые могут привести к загрязнению стеклоомывающей системы, вызвать коррозию металлических поверхностей, забивание форсунок и т. п. Качество воды следует учитывать и при самостоятельном разбавлении концентрата стеклоомывающей жидкости.

Главным компонентом, обеспечивающим функционирование (не замерзание) омывающей жидкости при отрицательной температуре, является одноатомные спирты. Они также обладают моющими (растворяющими) свойствами. Для производства стеклоомывающих жидкостей в настоящее время применяются этиловый (этанол), изопропиловый (изопропил) и метиловый (метанол) спирты.

Применение спиртов регулируется разрешительными документами органов здравоохранения, а также их стоимостью. Оказать негативное влияние на здоровье человека в принципе способен любой из этих спиртов. В то же время, их последствия зависят от концентрации и длительности воздействия спирта на организм, индивидуальной восприимчивости и способа интоксикации человека.

Самыми безопасными для человека и окружающей среды являются низкозамерзающие стеклоомывающие жидкости на основе этилового спирта. Этанол представляет собой жидкость с характерным «водочным» запахом. Даже при длительном вдыхании паров и пребывании в салоне автомобиля с концентрацией этилового спирта, в несколько раз превышающей допустимые значения, не считается опасным для здоровья человека.

Изопропиловый спирт более токсичен, чем этанол, а по отличительному резкому запаху напоминает ацетон. Применение стеклоомывающих жидкостей на основе изопропилового спирта может приводить к ухудшению самочувствия, появлению головокружения и даже головной боли. Особенно это проявляется при продолжительных поездках и отсутствии вентиляции воздуха в салоне автомобиля, что характерно для зимнего периода эксплуатации.

Метанол обладает лучшими по сравнению с предыдущими спиртами моющими свойствами. По запаху метиловый спирт можно перепутать с этанолом, но для организма человека он является очень токсичным и опасным веществом. Даже в незначительных концентрациях, например при испарении со стекла автомобиля, метанол обладает способностью накапливаться в организме и крайне негативно воздействовать на зрение, двигательную и нервную системы человека. Попадание внутрь всего 5…10 мл метанола приводит к тяжелому отравлению, а 30 мл — к смертельному исходу. В связи с этим стеклоомывающие жидкости, изготовленные на основе метанола, запрещены к использованию Постановлением главного санитарного врача РФ (№ 4 от 25.05.2000 г.).

Работоспособность низкозамерзающих жидкостей с одной и той же температурой замерзания обеспечивается различной концентрацией спиртовой основы. Для изготовления одного и того же количества низкозамерзающей жидкости больше всего требуется изопропилового спирта, а меньше всего метилового, что создает предпосылки для появления его на черном рынке автохимии. С наибольшей вероятностью можно приобрести зимнюю стеклоомывающую жидкость с метиловым спиртом на нелегальных торговых точках вдоль автотрасс. Для притупления запаха спирта в незамерзающие жидкости добавляют отдушки с ароматами лимона, апельсина, яблока и т. п., поэтому в ряде случаев определить, какой именно спирт применялся при их изготовлении, не всегда представляется возможным.

Повышение очищающих функций и обеспечение ряда функциональных свойств достигается введением в состав стеклоомывающих жидкостей специальных поверхностно — активных веществ (детергентов — дисперсантов). Благодаря ПАВ низкозамерзающие жидкости легко справляются с осевшими на стекло автомобиля самыми различными загрязнениями, такими как дорожная грязь, нефтепродукты, соль, помет и т. п.

Одним из важнейших свойств стеклоочищающих жидкостей является пенообразование. При распылении жидкости форсунками образуется пена, которая механическим способом воздействует на загрязнения, отделяя их от стекла и предохраняя его от микрошлифования абразивными частицами и образования матовости. ПАВ, входящие в состав жидкости, обволакивают частицы грязи, предотвращая их непосредственный контакт с поверхностью стекла. Одновременно за счет эффекта флотации, с помощью мельчайших пузырьков воздуха, из которых состоит пена, грязь всплывает и удаляется с очищаемой поверхности. При этом количество пены не должно быть чрезмерным, так как эффект флотации может негативно сказаться и на работе щеток, уменьшая их механическое воздействие на поверхность стекла и создавая трудности с удалением самой пены. С другой стороны, малое пенообразование не обеспечивает достаточное механическое воздействие на загрязнения и снижает эффективность, а также качество очистки стекла автомобиля.

Кроме спиртов, отдушек и ПАВ, в стеклоомывающие жидкости также добавляются различные колеры (красители), которые не должны чрезмерно «окрашивать» жидкость, так как, попадая на ветровое стекло, красители могут ухудшать видимость дороги.

Следует подчеркнуть, что применение специальных летних стеклоомывающих жидкостей, а не обычной воды, не только создает более комфортные условия для водителя, но и значительно повышает безопасность дорожного движения.

В мире производится огромный ассортимент стеклоомывающих жидкостей, рассмотреть которые не представляется возможным, да и не имеет никакого смысла.

Говоря о проблемах поддержания чистоты остекления автомобиля, фар и зеркал, следует кратко остановиться на технологиях, которые применяются для этих целей, но напрямую не связаны с качеством и составом стеклоомывающих жидкостей. Они применяются самостоятельно и выпускаются в виде аэрозолей или емкостей с распылителями. К таким препаратам автохимии относятся антидождь, антизапотеватели, специальные очистители стойких загрязнений стекол, а также препараты нанотехнологии, основанные на реализации «эффекта лотоса».

Вследствие высокой популярности и эффективности препаратов и разработок, основанных на нанотехнологиях, остановимся на одном из таких эффектов и способах его практического применения в автохимии.

В середине 70–х годов XX в. профессора ботаники Боннского университета (ФРГ) В. Бартхлотт (Barthlott) и К. Найнуис (Neinhuis) обнаружили, что листья и цветки некоторых растений почти не смачиваются водой и не загрязняются (рис. 46), а также то, что это удивительное явление происходит в наноструктурированных поверхностных областях. Впоследствии оно было ими запатентовано и названо в честь наиболее яркого представителя таких растений — «лотос — эффект» (Lotus‑effect ®).

Рис. 46. Капли влаги на несмачиваемой поверхности листьев

С помощью электронного микроскопа учеными было обнаружено, что поверхности листьев, цветков и побегов покрыты тонкой внеклеточной мембраной — поверхностным слоем (эпидермисом, кожицей). Эпидермис листьев и цветков некоторых растений выделяет воскоподобное вещество кутин, представляющее собой смесь высших жирных кислот и их эфиров. Жиры и жироподобные вещества, входящие в состав липидов — природных органических соединений, являются одними из основных компонентов биологических мембранIt constitutes of an insoluble polymer (cutin) and soluble lipids, usually called» waxes». They are embedded into the polymer and are also present on the surface. (рис. 47).

Рис. 47. Несмачиваемая поверхность листа люпина под электронным микроскопом

На оптимизированных поверхностях (например, цветке лотоса) проявляются супергидрофобные качества, такие, что, например, мед и даже клей на водной основе не прилипают, а полностью стекают с таких поверхностей.

Материалы с высоким напряжением граничных поверхностей увлажняются лучше, чем даже, например, тефлон — материал с одним из самых низких напряжений граничных поверхностей. Поведение воды на поверхности зависит от состояния поверхности. Если относительно гладкую поверхность достаточно увлажнить, то самоочистка улучшится.

Так как «лотос-эффект» основан исключительно на физико — химических явлениях и свойствах растений и не привязан только к живой системе, то самоочищающиеся поверхности технически можно воспроизвести на всевозможных материалах и покрытиях. Именно поэтому в последнее время интенсивно развиваются исследования по разработке и производству устойчивых к загрязнению и самоочищающихся поверхностей и покрытий.

Технологии на основе «лотос-эффекта» получили наиболее широкое применение в автомобильной промышленности: при нанесении и полировке лакокрасочного покрытия; специальной обработке остекления автомобиля; защитной водоотталкивающей и антибактериальной пропитке внутренней обивки и тентов; модифицировании резинотехнических изделий и т. п.

Немецкая фирма «Дуалес Систем Дойчланд АГ» одной из первых представила на проходившей в Ганновере всемирной выставке «ЭКСПО-2000» новую краску для автомобилей, обладающую самоочищающимся эффектом, для мойки окрашенных поверхностей (даже сильно загрязненных) достаточно просто полить водой.

Более того, в настоящее время имеются разработки на основе нанотехнологий, позволяющие вообще обходиться без воды. На загрязненные поверхности автомобиля из баллона распыляется специальный состав, которой затем растирается салфеткой. В результате не только удаляются образовавшиеся загрязнения, но и наносится защитное самоочищающееся покрытие, которое затем остается на поверхности более полугода.

Автомобильная нанополироль, реализующая «лотос — эффект», — в большинстве случаев двухкомпонентный препарат автохимии, состоящий из подготовительной жидкости (растворителя) и собственно полироли, представляющий собой смесь частиц наноматериала (алмаз, оксиды титана, кремний, вольфрам и т. д.) в специальной среде из растворителей и наполнителей. Она предназначена для оптической маскировки локальных потертостей и царапин, восстановления первоначального цвета и свойств лакокрасочного покрытия или остекления автомобиля, а также придания им самоочищающихся свойств.

Эффективность использования нанополиролей для защиты обрабатываемых поверхностей отражена на рис. 48.

Рис. 48. Механизм образования защитного покрытия при использовании полиролей: обычной (слева) и нанополироли (справа)

Как видим на схеме, нанополироль полнее заполняет микротрещины, обеспечивает плавные переходы от поверхностей трещин к лицевой поверхности, что способствует нанесению более равномерного защитного покрытия.

Нанопрепараты для остекления автомобилей выпускаются нескольких видов: специальные защитные водоотталкивающие пленки, двухкомпонентные полироли, состоящие из эффективных растворителей, собственно нанопрепарат и специальные наноочистители.

Механизм «самоочищения» стекла автомобиля, обработанного специальными нанополиролями, представлен на рис. 49. Поверхность модифицирована таким образом, что капля воды катится по ней, собирая грязь, тогда как на гладкой поверхности, наоборот, капля воды, сползая, оставляет грязь на месте.

Рис. 49. Схема реализации «лотос — эффекта» на автомобильном стекле: 1 — нанопокрытие; 2 — капля жидкости (воды); 3 — загрязнение; 4 — поверхность (стекла, краски, керамики и т. д.)

При применении специальных нанопокрытий и нанополиролей на лобовом стекле автомобиля дождь, снег и грязь не удерживаются на его поверхности и при движении уносятся встречным потоком воздуха. При этом попавшие на стекло битум, растительные смолы, масляная пленка, прилипшие насекомые и т. п. легко удаляются дворниками — даже в самых тяжелых случаях. В результате создания водоотталкивающего эффекта и сохранения прозрачности стекла повышается безопасность на дороге.

Видимость в ночное время также существенно улучшается, а встречный транспорт ослепляет гораздо меньше. Вода, снег и грязь, которые брызжут из‑под колес встречного транспорта, попадая на боковые стекла, также быстро удаляются с них, не ухудшая бокового обзора. То же касается и боковых зеркал, позволяющих беспрепятственно наблюдать за движением. Все это повышает безопасность при управлении автомобилем.

В плохую погоду становится особенно неприятно, когда дождь или снег мешают обзору через заднее стекло. Защитное водоотталкивающее нанопокрытие и здесь обеспечивает большую безопасность при управлении автомобилем, так как грязь, вода и снег хуже удерживаются на поверхности заднего стекла.

Для грузовых машин нанопокрытие также является оптимальным решением. Лобовое стекло грузовика испытывает большое сопротивление воздуха, поэтому водители таких машин уже при скорости 60 км/ч смогут оценить преимущества защитного водоотталкивающего нанопокрытия. Одновременно снизятся расходы на новые стеклоочистители, так как они будут использоваться меньше, в среднем на 50%. При этом неприятную работу по регулярному наполнению бака жидкостью для стеклоомывателя можно будет делать гораздо реже.

Нанесение защитных нанопокрытий необходимо проводить в сухую погоду при температуре не ниже +20 ºС и не выше +45 ºС.

Работа обыкновенных стеклоочистителей с обычными омывающими средами не снижает качества обработки и не влияет на долговечность нанопокрытия. Если водоотталкивающий эффект понизился, то причина, скорее всего, в его загрязнении. В этом случае поверхность нужно почистить при помощи мягкого очищающего средства (лучше всего чистящего нанопродукта), а в заключение — хорошо промыть проточной водой. После этой простой процедуры водоотталкивающий эффект будет восстановлен (у текстиля — после высыхания). Если же нанопленка повреждена, то ее можно без проблем восстановить, заново обработав соответствующим продуктом поврежденное место. При необходимости, после года эксплуатации или 20…30 тыс. км пробега обработку можно повторить.

Покрытие устойчиво к классическим моющим средствам на автомойках и пароочистителям.

В процессе эксплуатации внешним воздействиям также подвергаются фары, на них появляются микросколы, трещины, потертости. Фары мутнеют, и внешний вид автомобиля теряет привлекательность. Кроме этого, ухудшаются оптические свойства фар, свет становится блеклым, мутным, рассеянным, такие фары в большей степени ослепляют водителей встречных автомобилей. Применение для фар специальных нанополиролей позволяет восстановить внешний вид и оптические свойства стеклянных рассеивателей.

Препараты такого класса уже выпускаются некоторыми автохимическими предприятиями, например российской компанией «Автохимпроект» («Хрустальное стекло»), американскими компаниями Meguiar` s («Поколение NXT»), Hi-Gear Products, Inc (Rain Guard), Doctor Wax (Nanox) и некоторыми другими. Однако эти препараты предназначены для самостоятельного (автономного) применения, в качестве так называемых полиролей стекла, а не присадок к стеклоочищающим жидкостях, поэтому подробно в этой книге не рассматриваются.