Farby silikatowe – unikatowe właściwości

STRESZCZENIE

W artykule zostały pokazane unikatowe właściwości farb sili- katowych, wynikające z ich składu chemicznego oraz z reakcji, jakie zachodzą między wyrobem a podłożem, na które są aplikowane. Poruszono również istotne kwestie związane z aplikacją i warunkami, w jakich powinny być nakładane wyroby silikatowe. Zamieszczono porównanie wybranych parametrów tych farb z parametrami innych farb elewacyjnych, takich jak farby akrylowe, silikonowo-silikatowe i silikonowe.

ABSTRACT

The article demonstrates some unique properties of silicate paints, resulting from their chemical composition and the reactions that occur between the product and the surface to which it is applied. Some important issues related to the application and conditions in which silicate products should be applied have also been discussed. The article provides a comparison of selected parameters of these paints and other façade paints, such as acrylic, silicone-silicate and silicone paints.

Farby silikatowe znane są już od 140 lat. Pomimo rozwoju technologii produkcyjnych i ogólnego dostępu do wielu surowców syntetycznych produkty te nie zostały całkowicie wyparte przez nowoczesne wyroby. Dzięki swoim unikatowym właściwościom pozostają niezastąpione w kontekście pewnych zastosowań.

Historia

Historia farb silikatowych sięga końca XIX w., kiedy to w 1878 r. firma Keim wprowadziła na rynek farby silikatowe (krzemianowe) dwuskładnikowe. Składały się one z dwóch komponentów: mieszanki mineralnych pigmentów i wypełniaczy – składnik suchy, oraz szkła wodnego potasowego – składnik mokry (spoiwo). Farba ta została znormalizowana i zgodnie z niemiecką normą DIN 18363 tworzyły ją dwa odpowiednio dopasowane składniki bez dodatku substancji organicznych. Jej zastosowanie ograniczone było tylko do chłonnych tynków mineralnych.

Pierwsze poważne zmiany nastają w połowie lat 50. XX w. wraz z pojawieniem się farb dyspersyjnych na bazie żywic syntetycznych. Dzięki połączeniu żywic syntetycznych odpornych na wysokie pH oraz szkła wodnego potasowego w latach 60. XX w. powstały pierwsze farby silikatowe jednoskładnikowe. Znacznie ułatwiło to stosowanie, przechowywanie oraz transport tych farb.

Implementacja nowej technologii pociągnęła za sobą zmianę w normie DIN 18363 – gdzie farby silikatowe oprócz związków mineralnych mogły zawierać do 5% substancji organicznych. Zmiany otworzyły nowy rozdział w farbach silikatowych, umożliwiając takie komponowanie receptury farby, aby zmniejszyć ich nasiąkliwość, zwiększyć hydrofobowość, a w konsekwencji wydłużyć trwałość powłoki z zachowaniem efektu samooczyszczenia elewacji.

Rys. 1. Strefy porażenia biologicznego a rodzaj tynku elewacyjnego

Sktadniki farb silikatowych (krzemianowych)

Szkło wodne potasowe

Głównym spoiwem w farbach silikatowych jest tzw. szkło wodne potasowe (wodny roztwór krzemianu potasu). Wiązanie szkła wodnego potasowego z mineralnym podłożem to reakcja chemiczna dwuetapowa. Po nałożeniu produktu na powierzchnię mineralną krzemian potasu reaguje z dwutlenkiem węgla z powietrza, tworząc tzw. żel krzemianowy. Żel ten następnie wchodzi w reakcję z podłożem mineralnym, gdzie zachodzi proces przeobrażenia się mieszaniny plastycznej (szkła wodnego potasowego, wypełniaczy i innych składników farby) w ciało stałe oraz proces odwadniania się żelu, powodujący wzrost odporności mechanicznej, aż do powstania formy krystalicznej tworzącej trwałą i mikroporowatą strukturę wbudowaną w podłoże i ściśle z nim związanej.

Dodatki polimerowe

Kolejnym ważnym składnikiem nowoczesnych farb silikatowych są dodatki organiczne w postaci żywic odpornych na środowisko alkaliczne szkła wodnego potasowego oraz środki hydrofobowe. Głównym ich zadaniem jest ochrona powierzchni przed nadmiernym nasiąkaniem podczas opadów atmosferycznych oraz ochrona przed zabrudzeniami z powietrza.

Pigmenty nieorganiczne

W farbach silikatowych ze względu na wysoką alkaliczność (pH ponad 11) są wykorzystywane wyłącznie wyselekcjonowane pigmenty nieorganiczne. Dostępna paleta barw jest uboższa niż w przypadku np. farb akrylowych czy silikonowych, ponieważ niektóre substancje barwiące ulegają rozkładowi w zasadowym środowisku. Zastosowanie tylko najtrwalszych pigmentów zapewnia wieloletnią odporność na niszczące działanie promieniowania UV oraz brak zmian koloru na elewacji.

Fot. Osiedle domów szeregowych wykonanych w systemie Atlas Roker z użyciem farby silikatowej Salta S

Unikalne właściwości farb silikatowych (krzemianowych)

• Farby silikatowe tworzą trwały, jednorodny układ z podłożem mineralnym, wnikając w powierzchnię, dzięki czemu są właściwie nieusuwalne.
• Dzięki zastosowaniu szkła wodnego potasowego łączą się z podłożem na drodze reakcji chemicznej, tworząc mikroporowatą paroprzepuszczalną strukturę, w przeciwieństwie do farb akrylowych czy silikonowych, gdzie wiązanie jest procesem fizycznym, błonotwórczym.
• Świeże tynki mineralne można malować już po 48 h od nałożenia farby bez obawy pojawienia się wykwitów na powierzchni, co wiąże się ze skróceniem procesu technologicznego podczas prac ociepleniowych, a tym samym redukcją nakładów roboczych związanych chociażby z przetrzymywaniem rusztowań.
• Wysoka paroprzepuszczalność (niski opór dyfuzyjny sd) jest niezmiernie ważna z punktu widzenia fizyki budowli i zachowania prawidłowego bilansu wilgotnościowego przegrody budowlanej. Stworzona w reakcji między szkłem wodnym zawartym w farbie a podłożem struktura powoduje, że para wodna oraz dwutlenek węgla swobodnie dyfundują, umożliwiając oddawanie wilgoci na zewnątrz. Ściany malowane farbami silikatowymi szybko oddają wilgoć, zachowując zdolność oddychania. Nie ulegają uszkodzeniu w warunkach zimowych, szczególnie gdy temperatury są ujemne. Dzięki wysokiej paroprzepuszczalności idealnie nadają się do malowania budynków zabytkowych oraz budynków, w których użyto wełny mineralnej jako materiału termoizolacyjnego oraz tynku mineralnego.
• Doskonale oddają strukturę podłoża, tworząc matowe wykończenie powierzchni elewacji. Sposób zespolenia farby z podłożem zapobiega powstawaniu pęknięć i łuszczeniu się farby pod wpływem naprężeń statycznych i odkształceń termicznych.
• Ze względu na wysoką alkaliczność są odporne na porażenie biologiczne. Elewacja pokryta farbami silikatowymi jest odporna na porastanie glonami, mchami i porostami, nawet w wyjątkowo trudnych i wymagających lokalizacjach (sąsiedztwo lasów, łąk, parków, pól czy zbiorników wodnych) zachowuje estetyczny wygląd przez wiele lat.
• Ze względu na zastosowanie w nowoczesnych farbach silikatowych dodatków organicznych zdecydowanie zredukowano nasiąkliwość malowanej powierzchni, zabezpieczając ją przed zgubnym wpływem wody i wnikaniem w mikroporowatą powierzchnię brudu.
• Pigmenty zawarte w farbach silikatowych są odporne na alkalia. Ze względu na wysokie pH w farbach silikatowych nie można używać past pigmentowych organicznych lub słabej jakości, ponieważ ulegają rozkładowi lub innym reakcjom chemicznym skutkującym zmianą koloru. Kolorystyka jest przez to ograniczona, ale gwarantowana jest trwałość wykończenia.
• Farby silikatowe, których głównymi składnikami są składniki naturalne – szkło wodne potasowe, wyselekcjonowane wypełniacze mineralne oraz pigmenty nieorganiczne, mają niską zawartość lotnych związków organicznych (LZO), dzięki czemu są pozbawione substancji szkodliwych dla ludzi i środowiska. Dzięki niskiemu LZO mogą być stosowane również do malowania ścian wewnątrz budynków.
• Farby silikatowe, ze względu na zastosowanie zarówno spoiw, jak i wypełniaczy mineralnych, są praktycznie niepalne oraz nie emitują trujących gazów spalania. Zalecane są więc do wykończania systemów garażowych, tuneli oraz budynków użyteczności publicznej, gdzie wymagane jest maksymalne bezpieczeństwo pożarowe.
• Powierzchnia pomalowana farbami silikatowymi ze względu na niską zawartość spoiwa organicznego nie elektryzuje się i nie przyciąga z powietrza zabrudzeń. Dlatego pozostaje czysta przez wiele lat, a dodatkowo zastosowane środki hydrofobowe umożliwiają spłukiwanie brudu wraz z opadami atmosferycznymi.

• oznacza słabo(a)/źle/niepolecana;  ••••• oznacza bardzo dobrze/bardzo dobra/rekomendowana

Wady farb silikatowych

Ze względu na chemiczny charakter wiązania farby silikatowe sprawdzają się w malowaniu podłoży mineralnych. Wbudowując się w nie, tworzą mikroporowatą strukturę. Nie mogą być jednak stosowane na powierzchniach wcześniej pokrytych farbami dyspersyjnymi, takimi jak farby akrylowe czy silikonowe, jak również na podłożach z warstwą wykonaną z tynków na bazie żywic syntetycznych. Malowanie takich powierzchni farbami silikatowym może skutkować słabą przyczepnością farby do podłoża, a tym samym odspajaniem się farby. Nie są więc to produkty uniwersalne na każdy rodzaj powierzchni.

• Uboższa kolorystyka – ze względu na wysokie pH w wyrobach silikatowych nie ma możliwości zastosowania past pigmentowych organicznych. Kolorystyka wyrobów jest ograniczona, a koszt samego kolorowania może być wyższy.
• Ze względu na złożoność reakcji wiązania farby z podłożem wyroby silikatowe są bardzo wrażliwe na zmienne warunki atmosferyczne – silne wahania temperatur, wilgotności powietrza i podłoża. W celu uniknięcia problemów z różnicami kolorów należy:

– zagruntować powierzchnię specjalnymi gruntami na bazie szkła wodnego potasowego w celu wzmocnienia podłoża oraz wyrównania chłonności;

– prace elewacyjne prowadzić najlepiej, gdy temperatura powietrza wynosi od 10 do 20oC i przy niezbyt wysokiej wilgotności względnej;

– stosować przez cały okres wiązania farby siatki osłonowe na elewacji w celu ochrony przed opadami atmosferycznymi i działaniem promieniowania świetlnego.

Niestosowanie się do podanych zaleceń może powodować powstawanie plam i zeszkleń, szczególnie w przypadku prowadzenia prac w okresie jesiennym (przy niskich temperaturach i wysokiej wilgotności). W przypadku za wysokiej temperatury dochodzi do zbyt szybkiego odparowania wody, a co za tym idzie proces wiązania z dwutlenkiem węgla nie zachodzi do końca. Na powierzchni pozostaje część rozpuszczalnego krzemianu potasu, który przy późniejszych opadach może powodować zacieki i plamy.

• Ze względu na wysoką alkaliczność farb silikatowych w czasie pracy powinno się używać odpowiednich środków ochrony indywidualnej (minimum rękawice i okulary).
• Również ze względu na wysokie pH farb silikatowych należy unikać kontaktu z materiałami budowlanymi nieodpornymi na alkalia.

Rys. 2. Na wykresie przedstawione zostały dwa bardzo ważne parametry, którymi należy się kierować przy doborze i projektowaniu systemu ociepleń. Parametry te będą się różniły dla różnych producentów wyrobów elewacyjnych. Informacje o dokładnych wynikach można znaleźć w kartach technicznych wyrobów

Farby silikatowe a inne rodzaje farb

Należy pamiętać o tym, kiedy i gdzie możemy użyć farb silikatowych, jakie podłoża są pod nie odpowiednie oraz jakie środki ochrony indywidualnej musimy zastosować, stosując takie farby. Na pewno idealnie się sprawdzą w przypadku ocieplenia budynku za pomocą wełny mineralnej, wtedy gdy nie ma czasu na „wysezonowanie się” świeżego tynku mineralnego (malowanie już na trzeci dzień od położenia tynku), w przypadku malowania fasad budynków zabytkowych, gdzie niezbędne jest zachowanie wysokiej paroprzepuszczalności ścian, do malowania garaży, tuneli czy budynków użyteczności publicznej o wysokich wymaganiach przeciwpożarowych.

Farby silikatowe są niemalże tak samo przepuszczalne jak farby wapienne, jednak znacznie mniej nasiąkliwe dzięki zastosowaniu dodatków syntetycznych w postaci żywic oraz środków hydrofobowych. Farby akrylowe są ich przeciwieństwem, cechuje je bardzo niska nasiąkliwość oraz bardzo wysoki opór dyfuzyjny.

mgr inż. Łukasz Kulczycki