Всепогодные фасадные лакокрасочные покрытия

Важные характеристики и функции защитных фасадных лакокрасочных материалов

На территории бывшего СССР находится огромное количество исторически значимых сооружений, причем многие из них защищены и декорированы фасадными лакокрасочными материалами (ЛКМ), предоставляющими долговременную защиту от воды и обеспечивающими долговечность зданий.

Окраска минеральных поверхностей, таких как бетон, штукатурка, камень, кирпич и плитка, обычно представляется более простой задачей, чем является на самом деле, так как минеральные поверхности совмещают характеристики, которые могут негативно влиять на эксплуатационные свойства защитных и декоративных покрытий. Такими характеристиками являются щелочность, пористость, способность поверхности абсорбировать, удерживать, а в отдельных случаях и реагировать с влагой.

Функции фасадных лакокрасочных материалов

Фасадный ЛКМ должен исполнять две принципиальные функции. Во-первых, он должен защищать поверхность от деструктивного воздействия погоды, или, в более общем случае, предотвращать эрозию минеральной поверхности. В зависимости от качества ЛКМ и соблюдения условий его нанесения эта защита будет обеспечена до того момента, когда покрытие потребует обновления или полной реставрации. Этот интервал соответствует долговечности ЛКП. Во-вторых, декорирование зданий делает их визуально более привлекательными за счет добавления цвета. В зависимости от качеств пигментов эта функция будет гарантирована на протяжении определенной части защитной жизни ЛКП, до момента, когда, например, чрезмерное меление, выцветание и подобные процессы ухудшат внешний вид ЛКП, серьезно не влияя на его защитную эффективность.

Все органические материалы подвержены деградации под воздействием явлений погоды и окружающей среды: УФ-излучения, перепадов температур, влажности, воздействия кислорода, кислотных осадков. Другими словами, ЛКП имеет ограниченный срок службы. Пигментированные ЛКП, будучи подвержены воздействию внешних факторов, начинают разрушаться с момента их нанесения. Скорость разрушения зависит от нескольких факторов, в том числе от природы связующего.

Наиболее частые дефекты минеральных фасадов

Основные дефекты, наиболее часто встречаемые при обновлении фасадов, — высолы, вздутие ЛКП, шелушение или растрескивание предыдущих слоев старых ЛКП.

Высолы, или неприглядный белый или желтоватый налет солей, — достаточно частая проблема, которая может быть вызвана в первую очередь загрязнением материалов, использованных для изготовления штукатурки или, во вторую очередь, высоким содержанием солей в грунтовых водах, которые могут мигрировать вверх по стене. Если стена окрашена ЛКМ, не образующим микропористой пленки, то высолы очень часто приводят к вздутию и отслаиванию ЛКП.

Вздутие с последующим разрывом ЛКП обычно является следствием недостаточно «дышащего» ЛКП (недостаточная паропроницаемость). Вздутие неизбежно приводит к шелушению или полной потере
адгезии ЛКП. Отслаивание или шелушение ЛКП особенно сильно проявляются на рыхлых или когезионно-слабых основаниях.

Трещины могут быть представлены несколькими разновидностями: неглубокие трещины ЛКП, как в случае старого ЛКП, или на более глубоких уровнях внутри штукатурки или самой стены, которые в ширину могут достигать до 2 мм. Трещины или щели шириной более 2 мм указывают на серьезные конструктивные проблемы здания, неизбежно влекущие за собой ремонт, более сложный, чем простое обновление фасада!

Каким бы ни был дефект, результат всегда один и тот же: стена не может более противостоять проникновению дождевой воды. Как только стена становится способна абсорбировать воду, быстрое разрушение минеральной поверхности неизбежно, особенно в климатических зонах, подверженных циклам замораживания/оттаивания.

Наиболее значимые характеристики фасадных покрытий

Рынок фасадных ЛКМ развивался много лет и достиг состояния, когда большое количество различных лакокрасочных систем стало доступно потребителям, а выбор подходящей системы приводит в замешательство архитекторов и заказчиков.

Основные параметры рецептуры, рассматриваемые для фасадного ЛКМ, — связующее и пигменты/наполнители. Природа связующего определяет большую часть свойств ЛКМ и ЛКП, тогда как пигменты и наполнители влияют на окончательный внешний вид покрытия, определяя цвет, глянец и укрывистость, а также играют важную роль в контроле долговечности и атмосферостойкости финального ЛКП.

Для того чтобы ЛКП успешно справлялось со своей двойной ролью защиты и декорирования минеральных поверхностей, оно должно обладать несколькими важными свойствами.

Адгезия к минеральным поверхностям

Адгезия ЛКП может быть химическим или физическим явлением. В случае органических ЛКМ, в которых связующее образует пленку, адгезия — это физическое явление, напрямую связанное с размером частиц связующего. Частицы смол в растворе имеют размер, в 10 раз меньший, чем частицы латекса (<10 нм для раствора смолы; для сравнения: >100 нм для латекса), что позволяет в большинстве случаев минимизировать подготовку поверхности перед окраской (прямое нанесение на пористые или мелящие поверхности, старую краску). Частицы латекса по природе слишком большие для проникания в подложку, они будут оставаться в виде слоя на ее поверхности.

Глубина проникания фасадного ЛКМ на основе смол Pliolite, нанесенного на мелящую поверхность, составляет 190 нм против 35 нм для фасадного ВД ЛКМ. Адгезия напрямую связана с глубиной проникания ЛКМ в подложку.

Это может быть легко продемонстрировано в ходе теста на адгезию, проведенного по стандарту ISO EN 4624: бетонный блок покрывают фасадным ЛКМ (2 слоя), на поверхность которого приклеивают алюминиевый «грибок», а затем измеряют силу, необходимую для его отрыва.

Адгезионный тест (проведенный независимой лабораторией CEBTP, Франция) показал, что адгезия ЛКМ на основе смол Pliolite на 50% выше адгезии, достигнутой фасадным ЛКМ на основе водной дисперсии.

В случае неорганических ЛКМ на основе не образующего пленку неорганического связующего адгезия достигается химической реакцией связующего с минеральной подложкой (силикатизация, или образование сетки диоксида кремния), что делает невозможным использовать данный вид связующих для нанесения поверх старых органических красок.

Химическая стойкость

С одной стороны, большинство поверхностей, встречаемых в строительстве, щелочные по природе, из-за того что они содержат цемент или известь. Хорошо известно, что цементные поверхности могут сохранять высокое значение pH в течение долгого времени.

Фасадные ЛКМ на основе смол Pliolite обладают великолепной стойкостью к образованию высолов и щелочестойкостью и могут быть нанесены на свежий бетон или цемент, что наглядно подтверждается следующим тестом.

Грунт и покрывной слой, колерованные щелочечувствительным пигментом (молибдохроматом свинца), наносятся на цементный блок, извлеченный из опалубки через 24 ч и оставленный для сушки на ночь. Блок помещают на песок, пропитанный водой, неокрашенной поверхностью вниз на 3 недели. На блоке, окрашенном фасадным ЛКМ на основе смол Pliolite, изменения цвета не обнаружено, тогда как необработанный блок показал очень плохую стойкость к щелочи (что типично для ВД ЛКМ).

В то же время минеральные поверхности атакуются кислотными загрязняющими веществами, такими как SO₂ и NOx, которые часто присутствуют в воздухе индустриальных и густонаселенных городских районов.

Связующее для фасадного ЛКМ должно быть стойко к щелочности подложки и в то же время защищать подложку от воздействия кислотных загрязняющих веществ, присутствующих в атмосфере.

Пленкообразование

Механизм пленкообразования зависит от типа связующего ЛКМ. Мы можем выделить несколько фундаментально различающихся механизмов — для органических и неорганических связующих. Органические связующие, ВД или органоразбавляемые, формируют пленку. Неорганические связующие (силикаты) не формируют пленку. Органоминеральные связующие (силоксаны) частично образуют пленку. Простейший тип пленкообразования присущ органоразбавляемым связующим, где пленка образуется при испарении растворителя. Это верно для случая, когда связующее растворимо в растворителе и не обладает способностью сшиваться, например смолы PLIOLITE^®.

Растворитель играет роль «суперпластификатора», который позволяет наносить ЛКМ с относительно высокой Т_ст пленки. Основные преимущества этого механизма — независимость от погодных условий (изменчивая погода, температура и относительная влажность) и тот факт, что минимальная температура пленкообразования (МТПО) очень низкая (менее –30 °C). Несомненно, существует постоянная потребность в ЛКМ для «всепогодного» нанесения. Действительно, эта потребность была признана даже законодателями, например, в Европейской директиве по ЛОС 2004/42/ЕС, которая позволяет использовать такой тип ЛКМ в силу их высокой эффективности. Возможность нанесения фасадного ЛКМ в любую погоду — реальное преимущество, особенно для профессиональных маляров. Она удлиняет окрасочный сезон и снижает расходы на персонал, так как окрасочные работы не зависят от возможных изменений погоды.

ВД ЛКМ зависят от коалесценции диспергированных частиц связующего, необходимой для успешного формирования пленки. После испарения воды, сильно зависящего от относительной влажности, пленкообразование обычно происходит при помощи коалесцентов, которые временно снижают Т_ст связующего. По этой причине сушка и успешное пленкообразование органических водно-дисперсионных ЛКМ, в большой степени зависят от климатических условий, и это ограничивает применение ВД ЛКМ благоприятными погодными условиями: температура не ниже +5 °С, относительная влажность — менее 85%.

В случае неорганических ЛКМ, механизм совершенно иной: силикатизация. Тот факт, что химическая реакция необходима для формирования связи с поверхностью означает, что данная технология не подходит для поверхностей, ранее окрашенных органическими ЛКМ, если только старое покрытие не удалено полностью. Минеральные ЛКМ применяются главным образом на новых чистых поверхностях, а не для реставрации.
Силикатные краски чрезвычайно пористы, они незначительно защищают стены от попадания дождя или образования высолов. Так как эта система водная, существуют ограничения по минимальной температуре нанесения ЛКМ, в частности их нельзя наносить при низких температурах.

В случае ЛКМ на основе органоминеральных связующих (силоксаны или ЛКМ с эмульсиями силиконовых полимеров) работает иной механизм. Так называемые силоксановые, или ЛКМ на силиконовых эмульсиях, в реальности являются смесями акриловых или стирол-акриловых дисперсий с эмульсией силиконового масла/полимера. Акриловая/стирол-акриловая часть связующего обеспечивает пленкообразование коалесценцией, тогда как силиконовая эмульсия обеспечивает отталкивание воды. Такие ЛКМ по сути являются обычными ВД ЛКМ, чувствительными к климатическим условиям при нанесении (температура — выше +5 °C, относительная влажность — менее 85%).

Нанесение при низких температурах

Одно из уникальных свойств фасадных ЛКМ на растворителях — возможность их нанесения при температурах ниже нуля, что, безусловно, невозможно для ВД ЛКМ. При разработке рецептуры необходимо учитывать два аспекта: первое, выбор растворителя или смеси растворителей, которые имеют достаточную растворяющую способность при температурах ниже нуля для поддержания полимера в растворенном состоянии, и, второе, реологический профиль ЛКМ, не допускающий чрезмерно высокую вязкость, которая может серьезно повлиять на малярные свойства ЛКМ при температурах ниже 0 °С.

Долговечность

Все ЛКП, используемые для окраски фасадов, подвергаются разрушению под воздействием внешних факторов, таких как кислород, вода, УФ-излучение, температура, кислотные осадки и т.п. Скорость разрушения пленки ЛКП зависит от многих факторов. Вот основные из них:

• тип связующего, использованного в ЛКМ;
• состав пигментов или рецептура ЛКМ;
• атмосферные или климатические факторы.

Твердость пленки очень важна для определения стойкости к старению ЛКП, в основном она зависит от Т_ст связующего, использованного в рецептуре ЛКМ.

Т_ст в первую очередь отвечает за грязеудержание: чем ниже Т_ст, тем мягче пленка ЛКП, тем лучше ЛКП будет удерживать загрязнения на поверхности. Из этого следует, что Т_ст связующего должна быть адаптирована к местным климатическим условиям, особенно к температуре и влажности, при которых будет эксплуатироваться фасад.

Как показывает опыт, Т_ст связующего может быть адаптирована к различным типам климатических зон по всему миру (например, +15...+20 °С для Санкт-Петербурга).

«Дыхание» и непроницаемость

Фасадный ЛКМ должен удовлетворять двум важным, но, на первый взгляд, противоречивым условиям. Фасадное покрытие должно предотвращать проникновение воды снаружи стен во время дождя (т.е. быть не проницаемым для воды) и при этом позволять любой воде, присутствующей внутри стены (например, от влажности внутри здания) испаряться.

Взаимосвязь этих двух параметров (водопоглощение основания и паропроницаемость покрытия) описана с помощью теории защиты фасадов, разработанной профессором Кюнцелем (Künzel) в 1960-х гг. В настоящее время она является частью стандарта ISO 1062. Эти два параметра определены как Sd (диффузно-эквивалентная толщина слоя воздуха) и W (коэффициент водопроницаемости).

Метод определения водопроницаемости описан в стандарте EN/ISO 1062-3. Стандарт устанавливает 3 категории водопроницаемости:

• низкая проницаемость W < 0,1 кг/м² х ч^0,5;
• средняя проницаемость 0,1 < W < 0,5 кг/м² х ч^0,5;
• высокая проницаемость W > 0,5 кг/м² х ч^0,5.

Метод определения паропроницаемости описан в стандарте EN/ISO 7783-2. Паропроницаемость может выражаться различными способами:

• как коэффициент паропроницаемости (г/м² х 24 ч);
• как коэффициент диффузии паров воды;
• как диффузно-эквивалентная толщина слоя воздуха, S_d(м), где S_d = (коэффициент диффузии паров воды) х (толщина пленки).

Согласно критерию, разработанному профессором Кюнцелем, ЛКП обладает хорошей защитой минеральных поверхностей, если оно обеспечивает W < 0,5 кг/² х ч^0,5 и S_d < 2 м.

Не все типы ЛКП полностью отвечают критерию защиты фасада. Фасадные ЛКМ с эмульсиями силиконовых полимеров на первый взгляд обеспечивают лучший баланс между водо- и паропроницаемостью. Однако, как было описано выше, будучи по сути ВД ЛКМ, они вобрали в себя недостатки, присущие обычным ВД ЛКМ (адгезия, химическая стойкость, необходимость благоприятных условий для формирования пленки). Фасадные ЛКП на растворителях остаются наиболее подходящим решением для стран с тяжелыми климатическими условиями.

Выводы

Фасадные ЛКМ на основе смол Pliolite много лет демонстрируют успешный способ объединения двух функций по защите и декорированию минеральных поверхностей.

Опыт показал, что компоненты рецептуры и их соотношения сильно влияют на стойкость к старению таких ЛКП. Смолы Pliolite обеспечивают всепогодное применение ЛКМ (даже при минусовых температурах), долговременную адгезию и химическую стойкость ЛКП. Данная технология была опробована и протестирована на протяжении нескольких десятилетий, поэтому многие авторитетные компании полагаются на это надежное ЛКП для окраски новых и реставрации старых зданий.

---

По материалам журнала «ЛКМ Лакокрасочные материалы и их применение»