O для стеклоомывающих жидкостей

 

Технологии очистки ветровых стекол, фар, а также зеркал автомобиля постоянно пополняются новыми разработками. Появляются щетки новых конструкций, устройства, повышающие прижим щетки к стеклу, и т. д. Постоянно разрабатываются новые составы для долос самих щеток. Эти полосы выполняются уже не из обык­новенной резины, а из силикона, тефлона или даже ком­позитного материала на основе натурального каучука с различными неорганическими добавками. В состав ма­териала ленты входит графит для снижения шума и пре­дотвращения образования царапин на стекле. Однако глав­ным фактором, обеспечивающим необходимое качество очистки поверхности, остаются специально разрабаты­ваемые для автомобилей жидкости для омывателя стекол, 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 обеспечить выполнение следующих основных требований:

быть безопасными для здоровья водителя, пассажи­
ров и окружающей среды;

быстро и эффективно удалять загрязнения различ­
ного происхождения (дорожную грязь, снег, лед, жиро­
вые или масляные отложения, сажу, копоть, соли и др.) в широком спектре температур эксплуатации, в том чис­ле отрицательных;

не оставлять на стекле бликов, потеков, белых нале­
тов и радужных пленок, затрудняющих обзор;

не оказывать разрушающего действия на лакокра­
сочное покрытие, резиновые, пластмассовые и хромиро­
ванные детали автомобиля, в том числе не вызывать на­
бухание резины, из которой изготавливаются уплотни­
тели и щетки ветрового стекла, а также не допускать
снижения эластичности полихлорвиниловых трубок, ве­
дущих 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.

Главными компонентами, обеспечивающими функцио­нирование (незамерзание) омывающей жидкости при от­рицательной температуре, являются одноатомные спирты. Они также обладают моющими (растворяющими) свой­ствами. Для производства стеклоомывающих жидкостей в настоящее время применяется этиловый (этанол), ме­тиловый (метанол) или изопропиловый спирт.

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

Самыми безопасными для человека и окружающей среды являются низкозамерзающие стеклоомывающиежидкости на основе этилового спирта. Этанол представ­ляет собой жидкость с характерным «водочным» запахом. Даже при длительном вдыхании паров этилового спирта с концентрацией, в несколько раз превышающей допус­тимые значения, получить отравление практически не­возможно.

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

Метанол обладает наилучшими моющими свойствами. По запаху метанол можно спутать с этиловым спиртом, но по степени вредного воздействия на организм челове­ка он является очень токсичным и опасным веществом. Следует отметить своеобразное коварство метанола. Даже в незначительных концентрациях, например при испаре­нии со стекла автомобиля, метанол обладает способно­стью к накапливанию в организме, крайне негативному воздействию на зрение, двигательную и нервную систему человека. Проглатывание 5—10 мл метанола достаточно для очень тяжелого отравления, а 30 мл приводит к смер­тельному исходу. По этой причине стеклоомывающие жидкости, изготовленные на основе метанола, запреще­ны к использованию Постановлением главного санитар­ного врача РФ (№ 4 от 25.05.2000).

Работоспособность низкозамерзающей жидкости при разных отрицательных температурах обеспечивается раз­личной концентрацией спиртовой основы. Для изготов­ления одного и того же количества низкозамерзающей жидкости больше всего потребуется изопропилового спир­та и меньше всего — метилового, что создает дополни­тельные предпосылки для возможного появления его на черном рынке автохимии. Наибольшая вероятность приобрести зимнюю стеклоомывающую жидкость с мети­ловым спиртом существует на нелегальных торговых точках вдоль автотрасс. Следует помнить, что в незамер­зающие жидкости для притупления запаха спирта добав­ляют отдушки с ароматом лимона, апельсина, яблока и т. п., поэтому в ряде случаев с ходу определить, какой именно спирт применялся, не всегда представляется возможным.

Улучшение очищающих качеств и обеспечение ряда функциональных свойств достигается введением в состав стеклоомывающих жидкостей специальных поверхност­но-активных веществ (детергентов-дисперсантов). Благо­даря этим препаратам низкозамерзающие жидкости легко справляются с такими загрязнениями, как дорожная грязь, нефтепродукты, соль, птичий помет и т. п.

Одно из важнейших свойств стеклоочищающих жид­костей — пенообразование. При распылении жидкости на стекло форсунками образуется пена, которая механи­ческим способом воздействует на грязь (в том числе на пыль, сажу и т. п.), отделяя ее от стекла и предохраняя его от микрошлифования абразивными частицами, что может вызвать появление матовости. ПАВ, входящие в состав жидкости, покрывают частицы грязи, предотвра­щая их непосредственный контакт с поверхностью стекла. При этом за счет эффекта флотации (с помощью мель­чайших пузырьков воздуха, из которых состоит пена) грязь всплывает и удаляется с очищаемой поверхности стекла. При этом количество пены не должно быть чрез­мерным, так как эффект флотации может негативно ска­заться на работе щеток, уменьшая их механическое воз­действие на поверхность стекла.

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

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

В мире производится огромное количество готовых к применению стеклоомывающих жидкостей различных марок, рассматривать каждую из которых не представля­ется возможным, да и не имеет смысла. Некоторые до­бавки к стеклоомывающим жидкостям (табл. 39) высту­пают именно как добавки к уже используемой жидкости для повышения ее очищающих свойств.

Таблица 39

Характеристики некоторых добавок к стеклоомывающим жидкостям

 

Препарат	Фирма-производитель, страна	Назначение
BUGoff	НПП «Астрохим», Россия	Концентрат в бачок омывателя. Летняя добавка для очистки жи­ровых, топливных, растительных пятен, птичьего помета и т. д.
ХОРС	ЗАО «ХОРС-силикон», Россия	Концентрат омывающей жид­кости. Удаление всех видов загрязнений
«Мухомойка»	ООО «НКХ Энер­гия», Россия	Концентрированный очиститель стекол. Удаление различного рода загрязнений в летнее время
Windshield Washer Booster	Hi-Gear Products Inc., США	Моющая добавка к различным скеклоомывающим жидкостям для улучшения их очищающих свойств
Vision Expert Ultra	Motul S.A., Франция	Концентрированный препарат. Очистка стекол от насекомых и грязи, предотвращение обра­зования льда в бачке омывателя
Scheiben-Reiniger Super-Konzentrat	Liqui Moly GmbH, Германия	Шампунь в бачок омывателя. Очистка стекол от пятен насеко­мых, силикона и масла. Биологи­чески разлагаем
Wish & Klar	Pingo Erzeugnisse, Германия	Моющая добавка в бачок омывателя. Очистка стекол от дорожной грязи, пятен и т. д.

Рассматривая проблемы поддержания чистоты авто­мобильных стекол, фар и зеркал заднего вида, следует кратко остановиться на технологиях, которые служат для этих целей, но не связаны напрямую со стеклоомываю-щими жидкостями. Они выпускаются в виде аэрозолей или емкостей с распылителями и применяются самостоя­тельно. К таким изделиям автохимии относятся анти­дождь, антизапотеватели, специальные очистители стой­ких загрязнений стекол, а также препараты нанотехноло-гии, основанные на реализации «эффекта лотоса».

Из-за высокой популярности и эффективности нано-препаратов остановимся подробнее на одном из подоб­ных эффектов и способах его практического применения в автохимии.

В середине 70-х годов прошлого века профессора ботаники Боннского университета (ФРГ) В. Бартхлотт и К. Найнуис обнаружили, что листья и цветки некоторых растений почти не загрязняются, а также заметили, что этот феномен протекает в наноструктурированных поверх­ностных областях. Впоследствии данное явление было за­патентовано и названо «лотос-эффектом» (Lotus-effect®) в честь наиболее яркого представителя таких растений.

Кстати, цветок лотоса издревле считается в буддизме символом незапятнанной чистоты — как известно, листья и нежно-розовые цветки лотоса распускаются в грязной тине водоемов безупречно чистыми.

Этот феномен самоочистки детально исследовался, что позволило открыть удивительные возможности природы защищаться не только от грязи, но и от различных мик­роорганизмов. Данный эффект наблюдается не только у лотоса, но и у многих других растений, например капус­ты, камыша, водосбора, тюльпана. Насекомые (стрекозы и бабочки) также наделены свойством защиты крыльев от различных загрязнений, в большей степени неорганиче­ского (пыль, сажа), а также биологического (споры гриб­ков, микробов, водоросли) происхождения С помощью электронного микроскопа учеными было обнаружено, что поверхности листьев, цветков и побегов растений покрыты тонкой внеклеточной мембраной — поверхностным слоем (эпидермисом, кожицей). Эпидер­мис листьев и цветков некоторых растений выделяет вос-коподобное вещество кутин — смесь высших жирных кислот и их эфиров. Жиры и жироподобные вещества, входящие в состав липидов (природных органических со­единений), являются одними из основных компонентов биологических мембран. Липиды участвуют в обмене ме­жду растениями и окружающей средой (рис. 41).

Рис. 41. Поверхность листа лотоса под электронным

 

разитирования спор. На оптимизированных таким обра­зом поверхностях проявляются супергидрофобные каче­ства, настолько эффективные, что, например, мед и даже клей на водной основе не прилипают, а полностью сте­кают с них.

Степень увлажнения твердого тела описывается с по­мощью контактного угла а (рис. 42), входящего в форму­лу ат-г — ат_ж = аж_г cos а, где ат_г — напряжение на меж­фазной границе «твердое тело — газ», ат_ж — напряжение в межфазной границе «твердое тело — жидкость», а аж_г — напряжение в межфазной границе «жидкость — газ».

Нулевой контактный угол обеспечивает полное увлаж­нение. Это значит, что капля воды стремится растянуться до состояния мономолекулярной пленки на поверхности твердого тела. Контактный угол 180° указывает на абсо­лютную несмачиваемость, так как капля касается поверх­ности только в одной точке. 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 гладкая поверхность достаточ­но увлажняема, самоочистка еще больше улучшается.

Попавшая на поверхность листа лотоса капля воды удаляет с него частицы загрязнений. При этом частицы не проникают во внутреннюю часть капли, а равномерно распределяются по ее поверхности. Замечено, что гидро­фобная субстанция удаляет­ся каплей воды с гидрофоб­ной поверхности.

При рассмотрении усло­вий протекания лотос-эф­фекта на наноскопическом уровне механизм этого яв­ления становится более по­нятным Можно ппелстятштк РиС< 42> Капля жиА'<ости нятным. можно представить на супергидрофобной

себе массажную щетку, на поверхности

 

Рис. 43. Положение капли воды: а — на макроповерхности; б — на наноповерхности

 

зубьях которой лежит клочок бумаги, изображающий частицу загрязнений. Пятно «грязи» распространяется только по самым вершинам зубьев, не соприкасаясь с по­верхностью щетки. Сила прилипания грязи обусловлена площадью поверхности взаимного контакта. Если бы по­верхность была гладкой или имела макрорельеф, как на рис. 43а, то площадь контакта оказалась бы значитель­ной, и грязь удерживалась бы достаточно прочно. Однако из-за острых концов зубьев площадь контакта минималь­на, и грязь как бы «висит на ножках». То же происходит и с каплей воды. Она не может «растечься» по остриям и поэтому стремится свернуться в шарик (рис. 436).

Аналогичное явление происходит и с грязью на вос­ковых кристалликах, покрывающих листья лотоса. По­верхность соприкосновения загрязнений с поверхностью листа также крайне незначительна. При этом силы сцеп­ления между каплей воды и частицей загрязнения оказы­ваются намного более высокими, чем между этой же час­тицей и восковым слоем листа.

У загрязнения имеются две возможности: либо про­должать неустойчиво балансировать «на шипах», либо «слиться» с гладкой ровной поверхностью движущейся капли воды, вследствие чего частицы загрязнений притя­гиваются к поверхности капли и легко смываются даже небольшим количеством воды. Капли, обволакиваемые повстречавшимися на пути хлопьями грязи, скатываются вниз, оставляя за собой чистую сухую поверхность.

 

 

Рис. 44. Схема реализации лотос-эффекта на автомобильном стекле:

1 — нанопокрытие; 2 — капля жидкости (воды); 3 — загрязнение; 4 — поверхность (стекло, краска, керамика и т. д.)

Так как лотос-эффект основан исключительно на фи­зико-химических явлениях и свойствах растений и не привязан только к живой системе, самоочищающиеся поверхности можно технически воспроизвести для все­возможных материалов. Именно поэтому в последнее время проводятся интенсивные исследования по разра­ботке и производству устойчивых к загрязнению и само­очищающихся поверхностей и покрытий.

На рис. 44 представлен механизм «самоочищения» стекла автомобиля, обработанного специальными нано-полиролями. Поверхность модифицирована таким обра­зом, что капля воды катится по ней, собирая грязь, тогда как на гладкой поверхности, она, наоборот, сползая, остав­ляет грязь на месте.

Препараты такого класса уже выпускаются некото­рыми автохимическими предприятиями, например «Хру­стальное стекло» российской фирмой «Лаборатория триботехнологии», Rain Guard американской компании Hi-Gear Products Inc. и др. Однако в настоящее время эти препараты предназначены для самостоятельного (авто­номного) применения в качестве так называемых поли­ролей стекла, а не в виде присадок к стеклоочищающим жидкостям