Akrylowe farby elewacyjne

STRESZCZENIE

W artykule zostały przedstawione właściwości elewacyjnych farb akrylowych na tle właściwości innych farb elewacyjnych. Autor zwraca uwagę na zalety i ograniczenia stosowania farb akrylowych oraz na nowe techniki modyfikujące niektóre własności tych farb.

ABSTRACT

The article presents the properties of faęade acrylic paints compared to the properties of other facade paints. The author draws attention to the advantages and limitations of using acrylic paints, as well as to the new techniques that modify certain properties of these paints.

Ważnym elementem wykończeniowym budynku są farby elewacyjne. Stosowane są one na typowe podłoża budowlane, jak tynki cementowe, cementowo-wapienne, w systemach ocieplania ścian oraz do celów renowacyjnych. Podstawową ich funkcją jest nadawanie elewacji trwałego efektu dekoracyjnego, ochrona fasady przed działaniem czynników atmosferycznych, zagrożeniami biologicznymi. Dobra farba elewacyjna nie blaknie, nie pęka, nie łuszczy się, nie porasta glonami i algami i jest odporna na zabrudzenia. Duże znaczenie w zabezpieczaniu fasad posiadają farby akrylowe. Farby te pojawiły się na rynku w latach pięćdziesiątych XX w. Mogą być stosowane prawie na większości podłoży spotykanych w budownictwie, nawet na szkle. Na rynku dostępna jest szeroka gama tych farb, różniących się od siebie właściwościami. Oprócz wyrobów przeznaczonych na fasady dostępne są farby akrylowe do zabezpieczania konstrukcji betonowych, na blachy ocynkowane, drewno czy do zamalowywania plam.

Rodzaje farb elewacyjnych

W przeszłości farby zewnętrzne oferowano jako farby suche. Spoiwem najczęściej było wapno, które mieszano z pigmentami nieorganicznymi i mączką wapienną. Obecnie farby takie znajdują ograniczone zastosowanie. Głównie stosuje się je w renowacji zabytkowych elewacji.

Są łatwo usuwalne z podłoża, ponadto ze względu na porowatą strukturę nie ograniczają dyfuzji pary wodnej.

Trwalsze od farb wapiennych są farby krzemianowe. Powstały one w drugiej połowie XIX w. i współcześnie uchodzą za jedne z najlepszych wyrobów na elewacje. Od farb wapiennych odróżnia ich rodzaj spoiwa, które stanowi potasowe szkło wodne. W połączeniu z drobnymi kruszywami (mączką wapienną, pigmentami nieorganicznymi) można nimi, w sposób trwały, dekorować i zabezpieczać elewacje. Pierwsze farby krzemianowe były produktami dwukomponentowymi. Każdy komponent znajdował się w osobnym pojemniku, dopiero po wymieszaniu nadawały się one do wykorzystania przez określony czas. Współczesne farby krzemianowe są produktami jednokomponentowymi, gotowymi do użytku bezpośrednio po otwarciu pojemnika.

Z początkiem XX w. na rynku pojawiły się farby winylowe. Spoiwem w tych farbach była dyspersja polimerowa na bazie polioctanu winylu. W skrócie nazywano je farbami emulsyjnymi lub winylowymi. Farby winylowe są nadal chętnie stosowane w budownictwie, ale ich znaczenie spadło wskutek pojawienia się żywic akrylowych.

Do najistotniejszych wad farb winylowych zalicza się małą odporność chemiczną i mikrobiologiczną oraz niską przepuszczalność pary wodnej.

Wraz z rozwojem nowych typów dyspersji kopolimerowych rozpoczęła się era farb akrylowych. Na ich bazie powstały farby do zastosowań zewnętrznych i wewnętrznych, masy tynkarskie, szpachlówki, grunty na podłoża mineralne, apretury dla przemysłu włókienniczego, kleje do drewna, farby specjalne o wysokiej odporności na wodę i na ścieranie. Pierwsze farby akrylowe na fasadę były farbami rozpuszczalnikowymi, obecnie używane są farby akrylowe wodorozcieńczalne.

Ewolucja farb akrylowych doprowadziła do wielu kombinacji dyspersji akrylowych z innymi związkami chemicznymi i tak pojawiły się farby akrylowo-silikonowe, silikonowe, jednokomponentowe farby krzemianowe, polikrzemianowe, krzemianowo-silikonowe itp.

Pomimo że wszystkie z wymienionych farb mogą być stosowane na elewacjach, to różnią się one przepuszczalnością pary wodnej, hydrofobowością, zawartością lotnych związków organicznych (w skrócie VOC), trwałością, odpornością na skażenia biologiczne itp. Wiele charakterystycznych cech przypisywanych jest farbom już ze względu na rodzaj spoiwa, nadając im w ten sposób korzystne właściwości użytkowe.

Fot. Farby akrylowe oferują szerokie możliwości kolorystyczne, poczynając od delikatnych pasteli do nasyconych pomarańczy

Kryteria doboru farb elewacyjnych

W myśl ustawy o wyrobach budowlanych [1] farba elewacyjna nie wywiera wpływu na spełnienie wymagań podstawowych opisanych w Prawie budowlanym. W związku z tym nie jest traktowana jako wyrób budowlany. Oznacza to, że producent nie ma obowiązku posiadania certyfikowanego laboratorium i kontrolowania produkcji na każdym etapie wytwarzania. W konsekwencji weryfikacja jakości farby w dużej mierze spoczywa na architektach, projektantach, konserwatorach zabytków czy wykonawcach. Istnieje wiele kryteriów, według których dokonuje się wyboru farby. Niekoniecznie cechy istotne dla inwestora są zbieżne z wymaganiami architekta czy konserwatora zabytków. Tak jak różne są podłoża budowlane, tak i różne są farby fasadowe. O wyborze farby głównie decyduje rodzaj podłoża. Trwały efekt dekoracyjno-ochronny można uzyskać przez dobór odpowiedniej farby po dokładnej analizie podłoża. Sięganie po farbę z najwyższej półki, nie dokonując wcześniej dokładnej analizy podłoża, nie zawsze jest najlepszym rozwiązaniem. Zły wybór farby nie tylko może narazić inwestora na poniesienie niepotrzebnych kosztów, ale może mu również przysporzyć dodatkowych kłopotów związanych z koniecznością jej usunięcia i ponownego przygotowania elewacji pod malowanie.

Właściwości użytkowe farb akrylowych

Z punktu widzenia użytkownika dobra farba to taka, która nie powinna blaknąć i przez wiele lat wyglądać świeżo i czysto. Jeżeli się ubrudzi, to powinno się ją w łatwy sposób wyczyścić. Dla wykonawcy istotne jest dobre krycie, łatwa aplikacja wałkiem (aby farba nie kapała z wałka przy nakładaniu) lub przez natrysk. Jeszcze inne właściwości istotne są dla architekta czy konserwatora zabytków. W tym przypadku ważne mogą być takie właściwości, jak: przepuszczalność utworzonej powłoki względem pary wodnej, nasiąkliwość powierzchniowa, mineralny charakter powłoki, dostępność kolorystyczna itp.

Jedną z istotnych właściwości farb fasadowych jest odporność kolorów na promieniowanie UV. Największą trwałość barw przypisuje się farbom krzemianowym lub silikonowym.

W mniejszym stopniu cecha ta przypisywana jest farbom akrylowym. Wpływ na trwałość kolorów wywierają pigmenty. Pigmenty mogą być pochodzenia nieorganicznego i organicznego. W branży lakierniczej system do oceny odporności pigmentów na UV opiera się na tzw. niebieskiej ośmiostopniowej skali. Według niej pigmentom o największej odporności na UV przypisuje się liczbę 8, o najniższej zaś 1. Największą odpornością cechują się pigmenty pochodzenia nieorganicznego. Są to głównie kolorowe tlenki żelaza, niklu, kobaltu itp. Z ich pomocą można jednak uzyskać ograniczoną paletę kolorów. Farby w kolorach pomarańczowych czy intensywnych róży są niemożliwe do uzyskania za pomocą tych pigmentów.

Ze względów technologicznych w farbach krzemianowych mogą być stosowane tylko pigmenty nieorganiczne, eliminuje to znaczną część pigmentów pochodzenia organicznego, co znacznie ogranicza zakres kolorów.

Farby akrylowe oferują szerokie możliwości kolorystyczne. Przez zastosowanie w farbach akrylowych pigmentów organicznych i nieorganicznych możliwe jest realizowanie dowolnych projektów w zakresie wyglądu fasady. Przy zastosowaniu pigmentów najwyższej klasie odporności na UV nie będzie następowała utrata barw, fot. Wysoka elastyczność przypisywana jest farbom silikonowym. Stwierdzenie takie może budzić zastrzeżenie, tym bardziej że farby silikonowe są modyfikacją farb akrylowych, która polega na ograniczeniu ilości żywicy polimerowej w składzie farby i zastąpieniu jej żywicą silikonową. Żywice silikonowe to w większości polidimetylo-siloksany zwiększające hydrofobowość, jednak niewpływające na elastyczność. Elastyczność zależy przede wszystkim od właściwości żywicy polimerowej, której w farbie silikonowej jest mniej niż w odpowiedniej farbie akrylowej.

Wpływ na elastyczność polimerów wywierają dwie wielkości: temperatura zeszklenia Tg (jest to temperatura przejścia polimeru ze stanu szklistego w stan lepkoelastyczny) oraz minimalna temperatura tworzenia filmu MTTF (jest to najniższa temperatura, w której po wyschnięciu otrzymuje się jednolitą powłokę bez spękań). W większości dyspersji polimerowych Tg jest niższe od MTTF. Im niższa wartość tych wielkości, tym powłoka jest bardziej elastyczna. Odporność na oddziaływanie warunków atmosferycznych jest istotną właściwością wymaganą od farb fasadowych. W przypadku farb akrylowych właściwość ta zależy od zastosowanej żywicy akrylowej. Pod wpływem oddziaływania warunków atmosferycznych powłoki farb akrylowych ulegają stopniowej degradacji. W wyniku procesów destrukcji, degradacji i depolimeryzacji następuje zmniejszenie grubości powłok, zwiększenie ich porowatości oraz utrata elastyczności. Zdarza się, że farbom akrylowym przypisuje się niską odporność na wpływ warunków atmosferycznych. Może to być konsekwencją złej opinii, jaką wyrobiły sobie pierwsze farby winylowe. Pierwsze farby winylowe cechowała niska odporność na oddziaływanie promieniowania UV, czynników pogodowych, spalin przemysłowych mikroorganizmów itp. Rozwój nauki o polimerach i uruchomienie masowej produkcji syntetycznych materiałów polimerowych nowej generacji skutkuje tym, że na rynku pojawiają się nowe produkty o coraz większej odporności na oddziaływanie otoczenia. Nowoczesne żywice polimerowe to modyfikowane chemicznie spoiwa pozwalające na otrzymanie powłok o wysokiej trwałości, które mogą być stosowane nawet w drastycznych warunkach. Przykładem są żywice akrylowe chemicznie modyfikowane żywicami silikonowymi [2].

Kolejną właściwością jest niska nasiąkliwość powierzchniowa. Bezdyskusyjnie największą hydrofobowość posiadają powłoki farb silikonowych. Właściwość ta ma szczególne znaczenie w renowacji obiektów zabytkowych. W tych przypadkach farby akrylowe nie będą miały zastosowania, co bardziej wynikało będzie z rodzaju spoiwa niż właściwości farb. Farby akrylowe również są hydrofobowe, choć nie w takim stopniu jak farby silikonowe, ponieważ powszechnie stosowane żywice akrylowe nie wykazują zdolności do utrzymywania wody na powierzchni w postaci kropel.

W normie PN-EN 1062-1:2004 [3], w której opisano kryteria, jakie należy uwzględnić przy ocenie przydatności powłok do elewacji, określone są wymagania pod względem przepuszczalności wody przenikającej przez powłokę w ciągu doby. Zgodnie z tą normą wyróżniono cztery kategorie przepuszczalności wody od W0 do W3. Farby o najniższej przepuszczalności wody klasyfikowane są do kategorii W3.

W większości stosowane na rynku fasadowe farby akrylowe klasyfikowane są jako W2 lub W3, a więc są to powłoki o najniższej nasiąkliwości powierzchniowej.

W renowacji obiektów zabytkowych istotna jest zdolność powłoki malarskiej do przepuszczania pary wodnej. Właściwość tę określa się za pomocą wyrażonej w metrach dyfuzyjnie równoważnej grubości warstwy powietrza Sd. Sposób wyznaczania tej właściwości zawarty jest w PN-EN 1062-1:2004 [3]. Przy wyborze farb ze względu na Sd można się kierować zasadą: im mniejszy, tym lepszy. Przepuszczalność pary wodnej przez powłokę powinna być większa od podłoża, tak by nie ograniczać dyfuzji pary wodnej z podłoża do otoczenia. Najniższy opór posiadają powłoki farb silikonowych i krzemianowych. Dla tych powłok Sd przyjmuje wartości niższe od 0,14 m, co odpowiada kategorii V1 zgodnie z kryteriami przyjętymi w normie [3]. Opierając się na informacjach podawanych przez producentów, powłoki farb akrylowych mogą być również zaklasyfikowane do tej kategorii. Zależy to od ilości i rodzaju zastosowanej żywicy akrylowej. W przypadku budynków nowo wznoszonych i takich gdzie nie występują problemy z wilgocią, powłoki farb akrylowych bardzo dobrze współpracują z podłożem, bez obawy wystąpienia spękań czy odspojeń. W renowacji obiektów historycznych, szczególnie tam gdzie wymagane jest zachowanie mineralnego charakteru powierzchni i gdzie mogą wystąpić problemy z wilgocią, lepiej skierować uwagę na specjalistyczne produkty krzemianowe lub silikonowe.

Ze względu na odporność na zabrudzenia powłoki farb akrylowych nie odbiegają od farb silikonowych, chociaż to powłokom farb silikonowych przypisywana jest największa odporność na zabrudzenia. Spośród stosowanych powszechnie systemów powłokowych najwyższą odporność posiadają powłoki farb krzemianowych przy założeniu, że nie będą zawierały żywic polimerowych albo ilość tych żywic będzie niska. Tego niestety żaden producent nam nie powie, a sami nie jesteśmy w stanie tego stwierdzić.

Zdarza się, że podatność na zabrudzenia powłok farb akrylowych przypisywana jest skłonności do gromadzenia ładunku elektrostatycznego. Obecne na rynku farby akrylowe mogą się charakteryzować podwyższoną odpornością na zabrudzenia, w tym na oporność przed porastaniem algami i grzybami. Odporność ta nadawana jest dzięki stosowaniu nowych technik związanych z modyfikacją żywic polimerowych – technologia core-shell oraz technik tworzenia rozmaitych struktur o rozmiarach nanometrycznych. Polimery typu core-schell to modyfikowane żywice polimerowe otrzymywane przez wielostopniową polimeryzację. W technologii tej można otrzymywać polimery o podwyższonej odporności na zabrudzenia, wysokiej elastyczności i niskiej emisji VOC (emisji lotnych związków organicznych). Innym sposobem zwiększenia odporności na zabrudzenia jest stosowanie przez producentów farb akrylowych najnowszych osiągnięć nanotechnologii. Przykładem może być wykorzystanie fotokatalitycznej odmiany dwutlenku tytanu (TiO2) o rozmiarach kilku nanometrów. Pod wpływem promieniowania UV dwutlenek tytanu reaguje z brudem, osłabiając w ten sposób przyczepność brudu do powłok. Pod wpływem deszczu cząsteczki brudu mogą być usuwane z powierzchni powłoki. Innym przykładem zastosowania nowoczesnej technologii może być stosowanie w składzie farb nanosrebra. Dzięki swoim specyficznym właściwościom nanocząstki srebra są wykorzystywane w wielu technologiach do tworzenia wyrobów medycznych, tekstyliów, materiałów przewodzących czy ogniw fotowoltaicznych. Nanosrebro zastosowane w składach farb zwiększa odporność na porastanie glonami i grzybami.

Podsumowanie

Farby akrylowe charakteryzują się bardzo dobrą przyczepnością do większości podłoży budowlanych. Polecane są zarówno do nowych podłoży budowlanych, jaki i pomalowanych wcześniej innymi farbami. Powłoki tych farb dobrze chronią powierzchnie fasad przed adsorpcją wilgoci z zewnątrz. W przypadku zabrudzenia można je w łatwy sposób wyczyścić, szczotką i wodą z detergentem. Posiadają niski opór dyfuzyjny względem pary wodnej. Oferują szerokie możliwości kolorystyczne. Są elastyczne i stanowią idealne rozwiązanie do renowacji systemów ocieplania ścian, np. w bezspoinowym systemie ocieplania ścian (BSO, obecnie częściej nazywanym ETICS). Farby akrylowe można nanosić na prawie wszystkie powłoki tynkarskie znajdujące się w dobrym stanie, bez obawy utraty przyczepności.

Warto dobrze przemyśleć wybór farby, a oferta rynkowa jest bardzo szeroka. Najtańsze farby akrylowe można kupić w cenie kilkudziesięciu złotych za 10 litrów. Dobre farby akrylowe mogą kosztować nawet kilkaset złotych za 10 litrów. Przy czym w dużym stopniu cena zależy od koloru. Farba w kolorze, wyprodukowana przy użyciu pigmentów o wysokiej odporności na UV, może być kilkakrotnie droższa do farby w kolorze białym.

dr inż. Wacław Brachaczek

Bibliografia

1. Ustawa o wyrobach budowlanych z dnia 16 kwietnia 2004 r. (Dz.U. z 2004 r. Nr 92, poz. 881).
2. T. Laubender, J. Greene, Poprawa właściwości powłok przez użycie hybrydowych silikonów z organicznymi grupami funkcyjnymi, Polimery, t. 51, nr 2/2006.
3. PN-EN 1062-1:2004 Farby i lakiery – Wyroby lakierowe i systemy powłokowe stosowane na zewnątrz na mury i beton – Część 1: Klasyfikacja.