Liczne zewnętrzne elementy budynków wymagają zabezpieczenia przed wpływem warunków atmosferycznych. Jest to możliwe dzięki stosowaniu farb zewnętrznych. Pozwalają one nie tylko na ograniczenie tempa degradacji balustrad, czy okien, ale dzięki nim możliwe jest uzyskanie odpowiednio dobranego kolorystyczne detalu architektonicznego. W konsekwencji, elementy budynków mogą być kolorowe lub po prostu estetyczne i trwałe. Tym samym dobór odpowiedniego rodzaju farby pozwala na wydłużenie okresu eksploatacji elementu i ogranicza koszty jego ewentualnego zastąpienia.
Podstawowym zadaniem farb zewnętrznych jest ochrona elementów, narażonych na działanie zmiennych i często niesprzyjających warunków atmosferycznych, przed przedwczesnym zniszczeniem. Dlatego farby zewnętrzne znalazły zastosowanie do malowania elementów stolarki okiennej i drzwiowej, zabezpieczania antykorozyjnego metalowych elementów budynków – poręczy, balustrad, parapetów, rynien i rur spustowych. Farby stosowane do ochrony drewna, mają tworzyć na chronionej powierzchni powłoki ciągłe, eliminujące wnikanie wody do niej. Podobne powłoki zabezpieczające tworzą farby stosowane do zabezpieczania powierzchni metalowych. Emalie – bo tak je nazywamy, winny spełniać także dodatkowe warunki, pozwalające na ich wieloletnią eksploatację. Przede wszystkim muszą charakteryzować się wysoką przyczepnością do podłoża, ale także muszą wykazywać odporność na zmiany termiczne chronionych powierzchni np. rozszerzać się wraz z nią. Ponadto farby zewnętrzne muszą tworzyć powłoki odporne na działanie promieniu UV i posiadać znaczną odporność mechaniczną, np. na ścierania.
Odrębną grupę farb stanowią produkty przeznaczone do ochrony powierzchni ścian zewnętrznych.
Podstawowe typy emalii zewnętrznych:
Farby ftalowe (alkidowe)
Poprawna ich nazwa to farby alkidowe. Żywice alkidowe zawierają w swoim składzie bezwodnik ftalowy. Po malowaniu tworzą one szczelne powłoki, stąd zaliczane są do wyrobów lakierowych, schnących pod wpływem działania tlenu zawartego w powietrzu, czyli w procesie oksydacyjnym polegającym na przyłączaniu cząstek tlenu. Farby tego rodzaju charakteryzują się dużą rozlewnością i dzięki temu są łatwe w aplikacji. Utworzone z wyschniętej farby powłoki odznaczają się dobra odpornością na warunki atmosferyczne. Jednak ze względu na zawarte w swoim składzie (a właściwie w żywicach spoiwa) kwasów tłuszczowych ulęgają po pewnym czasie starzeniu. Jego oznaką jest zmatowienie powłoki i nieznaczne kredowanie. Produktów ftalowych nie należy stosować do wykonywania powłok stale narażonych na zamoczenie, bowiem nie wykazują dostatecznej odporności, a podczas długotrwałego kontaktu z wodą, farby ftalowe miękną i może nastąpić ich łuszczenie. Także pod względem odporności na działania chemikaliów farby tego typu nie są dostatecznie odporne. Nawet krótkotrwałe działanie rozpuszczalników lub związków alkaicznych powoduje uszkodzenie powłoki. Nie dopuszcza się także stosowania omawianych farb do wykonania powłok na powierzchniach alkaicznych, np. powłokach blach ocynkowanych, świeżych tynkach, itp. Farby te produkowane są z zastosowaniem żywic różniących się tłustością. Decyduje ona o zwilżalności podłoża, przyczepności farby i jej elastyczności po wyschnięciu.
Farby ftalowe modyfikowane
Wobec licznych ograniczeń, dotyczących zakresu stosowania farb ftalowych , konieczne stało się zmodyfikowanie właściwości chemoutwardzalnych spoiwa. Przede wszystkim chodziło jednak o zwiększenie odporności wyrobów alkidowych na działanie wody i działania alkaliów. W tym celu spoiwa z żywic alkidowych zmodyfikowano, przez dodanie do nich żywic poliwinylowych. Wpłynęło to bezpośrednio na poprawę przyczepności zmodyfikowanych farb i spowolnienie procesów starzeniowych powłok. Ponadto zmodyfikowane dodatkiem poliwinylowym farby alkidowe wykazują znacząco większą odporność powłok na działanie alkaliów. Inna modyfikacja składu, polegała na dodaniu do spoiw alkidowych żywic siloksanowych. Przyniosło to zarówno zwiększenie odporności powłok malarskich na działanie podwyższonych temperatur, jak i odporność na stały kontakt z wodą. Farby alkidowe modyfikowane można nakładać za pomocą wszystkich dostępnych technik malarskich.
Farby przeciwrdzewne – antykorozyjne
Występują głownie, jako farby gruntowe. Ich zadaniem jest wytworzenie powłoki odcinającej dopływ powietrza (tlenu) i wilgoci do chronionego elementu. Cel ten uzyskuje się prze umieszczenie w spoiwie, w formie zawiesiny substancji „buforującej” składającej się z pyłu cynkowego lub tlenku ołowiowego (Pb 3O 4). Cechą charakterystyczną farb przeciwrdzewnych jest wysoka przyczepność do podłoża uzyskiwana dzięki zastosowaniu ftalowych modyfikowanych, chlorokauczukowych lub poliuretanowych żywić do tworzenia w tych farbach błony powłokowej. Należy dodać, że nowoczesne farby przeciwrdzewne, zwłaszcza poliuretanowe, można nakładać na powierzchnie nieczyszczone lub lekko wilgotne. Ich zaletą jest możliwość wykonania powłok jednowarstwowych, szybkoschnących.
Ich zadaniem jest zabezpieczenie zewnętrznych części ścian i murów przed niszczącym wpływem warunków środowiska naturalnego. Powinny ograniczać penetrację wody opadowej lub rozbryzgowej do wnętrza tynku, zapobiegać powstawaniu w nim szkód mrozowych. Powinny także, a to wydaje się ich funkcja nadrzędną, tworzyć estetyczny i kolorystycznie zgodny z zamysłem architekta, obraz elewacji budynku. Dlatego dobra farba powinna zapewniać trwałość wymalowania, przy ograniczonym koszcie inwestycyjnym. Posiadać dobre właściwości ochronne, zawierać spoiwa odporne na procesy starzenia i agresję mikrobiologiczną. Dzięki swoim właściwością powinna zapewniać odpowiednią siłę krycia, tiksotropowość oraz pozwalać na otrzymanie jednolitych pod względem strukturalnym i jakościowym powłok. Ważnym elementem, decydującym o ich walorach, jest także łatwość kształtowania kolorystyki elewacji.
Dlatego koniecznym jest posiadanie przez nie kilku szczególnie ważnych cech:
- Słaba przepuszczalność wody i niska wodochłonność [w]
- Odporność na starzenie
- Dobra przepuszczalność gazów [m, s d ] a w przypadku podłoży wapiennych także CO 2
- Wysoka przepuszczalność pary wodnej
- Dobre przyleganie (adhezja) do różnorodnych podłoży (od starego tynku wapiennego po gładkie i szczelne podłoża betonowe)
- Odporność na środowisko zasadowe ( pH >6)
- Elastyczność tworzonej powłoki lub zgodność współczynnika rozszerzalności liniowej z podłożem
Pierwsza ze wskazanych cech farby ma zasadnicze znaczenie w przypadku farb elewacyjnych. Wskazuje bowiem, czy zastosowana farba stanowi dostateczną ochronę przed wnikaniem w głąb elewacji wody (opadowej lub rozbryzgowej), a zatem ma decydujący wpływ na trwałość podłoża. Nie trzeba przypominać wraz z wodą wnikającą w ścianę, tworzą się w jej strukturze warunki do rozwoju mikroorganizmów, przenoszone są sole, zanieczyszczenia i obniża parametry termoizolacyjne przegrody.
Innym istotnym parametrem świadczącym o jakości farby jest odporność farby na starzenie.
Każda farba składa się z trzech zasadniczych składników:
- Spoiwa
- Wypełniaczy i pigmentów
- Rozpuszczalnika i rozcieńczalnika
Jednak w jej składzie znajduje się także cała lista dodatków modyfikujących, które decydują na parametry i właściwości farby.
Barwę i tzw. „siłę krycia” nadają farbie pigmenty i wypełniacze. To ich jakość, jest dla wielu wykonawców zasadniczym parametrem, ponieważ ich jakość decyduje o trwałości koloru. Jednak dla producentów farb, najważniejszym ich składnikiem jest zastosowane spoiwo. Ono bowiem „skleja” w tworzonym na powierzchni malowanej „błonie”, składniki farby, zapewnia powłoce malarskiej odpowiednią trwałość i adhezję do podłoża.
Farby mineralne
Farby wapienne stanowią, bodaj najstarszą, odmianę farb mineralnych. Były one powszechnie stosowane przez kilkanaście stuleci. Wysoka zasadowość spoiwa i konieczność stosowania odpornych, zasadowych pigmentów zapewniała farbie wapiennej pełnienie roli ochrony elewacji przed agresją mikrobiologiczną. Właściwości odkażające farb wapiennych spowodowały ich rozpowszechnienie zwłaszcza w budownictwie rolniczym. Ponadto powłoki wykonane z ich zastosowaniem pozwalają na kontrole zachodzących w murze procesów wilgotnościowych. Obecnie farby wapienne znajdują zastosowanie przy renowacji obiektów zabytkowych. Niestety ani niska ich cena, ani niezaprzeczalne zalety nie powstrzymały zaniku stosowania farb wapiennych. Są jedynym typem farb, dopuszczonym do stosowania na obiekty zabytkowe, bez ograniczeń.
Farby silikatowe stanowią obecnie najbardziej rozpowszechniona odmianę farb mineralnych. Posiadają największą trwałość, dzięki swojej odporności na czynniki atmosferyczne, brakowi rozwoju na ich powierzchni ognisk skażeń mikroorganicznych, bardzo dobrą przepuszczalność pary wodnej (niski opór dyfuzyjny), trwałość koloru dzięki konieczności stosowania odpornych (także na promieniowanie UV) pigmentów. Zapewniają utrwalanie podłoży mineralnych (farba wnika w podłoże i wiąże jego cząstki), słabe brudzenie się, dzięki słabej adhezji do niej zabrudzeń organicznych. Ich spoiwem jest potasowe szkło wodne, a właściwie roztwór wodny krzemianu potasu. Uzyskiwane z piasku kwarcowego, alkalicznego węglanu potasu oraz wodorotlenku potasu w procesie wytapiania (w temperaturze rzędu 1300-1400 0C) tworzy opalizującą, przeźroczystą ciecz. Po jego naniesieniu, w postaci warstwy wyprawy malarskiej, rozpoczyna się proces reakcji chemicznej spoiwa z obecnym w powietrzu dwutlenkiem węgla (karbonatyzacja). W wyniku tej reakcji powstaje z krzemionki sieć, a z reakcji krzemianu potasu z pigmentami oraz zawartymi w podłożu cząstkami wapna powstają wyjątkowo trwałe, nierozpuszczalne krzemiany. Łatwość inicjacji omawianej reakcji chemicznej powoduje, że czysto mineralna farba krzemianowa (silikatowa) winna zostać przygotowana, przez zmieszanie spoiwa z pigmentami i wypełniaczami, bezpośrednio przed wykonaniem robót. Gotowość robocza mieszaniny jest stosunkowo krótka i zużycie jej winno nastąpić w okresie kilku, 6-8 godzin. Warto także podkreślić, że farby silikatowe, są nieusuwalne ze względu na występowanie w procesie wiązania reakcji chemicznej z podłożem.
Modyfikowane farby mineralne
Dodanie do szkła wodnego potasowego i wcześniej zmieszanych z nim pigmentów, dyspersji tworzywa sztucznego, np. akrylowej , powoduje spowolnienie reakcji chemicznej zachodzącej w produkcie, tak dalece ,że możliwe jest nawet o kilka miesięcy wcześniejsze przygotowanie farby. Modyfikację polegającą na dodawaniu do spoiwa krzemianowego dyspersji akrylowej nazywa się potocznie „utrwalaniem”. Przygotowane w ten sposób farby jednoskładnikowe zachowują najlepsze cechy farb krzemianowych, jednocześnie spowolnienie procesu wiązania spoiwa pozwala na uzyskanie pełnej powtarzalności kolorów i ułatwia malowanie (wydłużenie czasu otwartego pracy) dużych powierzchni roboczych. Oprócz tego zmodyfikowana, jednoskładnikowa farba silikatowa charakteryzuje się daleko wyższą od tradycyjnych farb mineralnych hydrofobowością. Obecnie oferowane przez producentów farby „silikatowe” są zazwyczaj, właśnie farbami mineralnymi, modyfikowanymi. Dużą zaletą farb silikatowych i silikatowych modyfikowanych jest możliwość malowania tynków cementowo-wapiennych przed zakończeniem procesu karbonatyzacji. Farby mineralne i mineralne modyfikowane są odporne na agresywne składniki tynków mineralnych, oraz odczyn zasadowy. W przypadku farb krzemianowych modyfikowanych należy pamiętać, że lepkość spoiwa może ulegać autokorekcie w okresie 7-10 dni po połączeniu składników z „utrwalaczem”. Podobną technologię stabilizowania i utrwalania można stosować także do poprawy właściwości farb wapiennych.
Farby dyspersyjne
Stanowią najpowszechniej stosowana obecnie grupę farb elewacyjnych. O ich powszechności zdecydowała zarówno łatwość stosowania, jak i bezpieczeństwo podczas aplikacji. Jeśli rozproszone w wodzie tworzywo sztuczne, stanowiące spoiwo tych farb ma postać cieczy, to mówimy o emulsji, a jeśli ma postać stałą, to mamy do czynienia z dyspersją. W tej grupie farb, po nałożeniu w formie powłoki malarskiej, nie zachodzi proces wiązań chemicznych w spoiwie. Mamy natomiast do czynienia z odparowywaniem wody, stanowiącej rozpuszczalnik i występowaniem procesu łączenia się cząstek tworzywa sztucznego, skutkujące powstawaniem błony, czyli tzw. procesie koalescencji.
Wadą farb emulsyjnych jest możliwość rozdzielania się składników dyspersji podczas długotrwałego przechowywania. Mimo, stosowania w ich składzie tzw. emulgatorów, czyli substancji powierzchniowoczynnej, mającej zapobiegać łączeniu się cząstek spoiwa i wydzielaniu ich z rozcieńczalnika, proces łączenia spoiw i ich oddzielenia jest nieunikniony. Dlatego ponowne, nawet intensywne mieszanie, rozwarstwionych składników farb emulsyjnych pozwala na uzyskanie produktu o niskiej jakości.
Najczęściej spotykanymi spoiwami w farbach dyspersyjnych są wodne roztwory polioctanu winylu, tworzywa akrylowe lub kopolimery.
Obecnie najpowszechniej, do zastosowań elewacyjnych, używane są farby na spoiwach z tworzyw akrylowych. Zwykle stanowią one pochodne kwasu akrylowego (akrylanty) lub rzadziej metakrylowego (metakrylanty- PMM). Obie grupy spoiw charakteryzują się znaczną odpornością na środowisko zasadowe, dobrą odpornością na działanie promieniowania UV i światła, oraz wpływ zmiennych warunków atmosferycznych. Inną ważną ich cechą jest także możliwość i łatwość mieszania z polimerami błonotwórczymi (np. dyspersje styrenowe, lateksowe itp.), pastami pigmentowymi, wypełniaczami mineralnymi (kaolinem, mączką kwarcową itp.).
Innym typem dyspersji, stosowanej jako spoiwo, jest polioctan winylu (POW). Jednak ze względu na niską odporność na środowisko alkaliczne i dużą nasiąkliwość, jego zastosowanie w przypadku farb elewacyjnych jest ograniczone. Ponadto farby oparte o spoiwa polioctanowe (POW) wykazują zwykle słabą odporność na skażenia mikrobiologiczne i niską odporność mechaniczną. Wymalowania elewacji wykonane farbami dyspersyjnymi nie należą do szczególnie trwałych. Wysoki opór dyfuzyjny spowodowany wytworzeniem ciągłej, niskoporowatej błony na powierzchniach malowanych oraz stosunkowo słaba przyczepność do podłoża, prowadzą do powstawania w krótkim okresie czasu ,uszkodzeń elewacji. Farby dyspersyjne trudno uznać za zalecane do wykonywania powłok na powierzchni tradycyjnych tynków lub tynkach mineralnych pocienionych. Za to, stanowią idealne rozwiązanie dla wykonania renowacyjnego malowania tynków dyspersyjnych (żywicznych) stosowanych w systemach BSO. W praktyce wykonawczej, najczęściej popełnianymi błędami jest rozcieńczanie dostarczonych przez producenta farb gotowych lub stosowane niegdyś powszechnie, a niszczące dla farby, dosypywanie wapna.
Farby żywiczno-silikonowe, czyli krzemoorganiczne
Uznawane są w ostatnich latach jako najnowocześniejsze. Specjaliści od marketingu przedstawiali je jako idealne połączenie powłokowych wypraw, o jednocześnie, wysokiej hydrofobowości, charakterystycznej dla farb dyspersyjnych i wysokiej paroprzepuszczalności, czyli posiadające cechy typowe dla farb mineralnych. W rzeczywistości farby żywiczno-silikonowe nie stanowią nowego typu powłok. Uznać należy, że są one rodzajem farb dyspersyjnych o charakterze błonotwórczym. Tyle tylko, że tworzone przez nie powłoki, posiadają liczne mikropory, ułatwiające przenikanie gazów. Znaczącym argumentem na rzecz stosowania farb silikonowych jest ich długotrwała ,zachowywana w okresie eksploatacji, czystość. Taki stan specjaliści tłumaczą brakiem właściwości termoplastycznych powłoki i co za tym idzie ograniczeniu możliwości przylegania zanieczyszczeń. Jednak konsekwencją jest także brak elastyczności powłok. Oprócz tego, farba silikonowa wykazuje doskonałe właściwości dielektryczne, wysoką odporność na niskie i wysokie temperatury oraz niepalność. Także pod względem odporności na czynniki chemiczne (spaliny, ozon, tlenki siarki i fosforu, kwaśne deszcze ) nie ma sobie równych wśród farb elewacyjnych. Pewne problemy występują natomiast w przypadku oddziaływania promieni UV na żywice silikonowe. Może się bowiem zdarzyć, że ich powierzchnia ulegnie pewnej degradacji (proces nadmiernego kredowania) i z czasem powłoka silikonowa stanie się silnie porowata, a co za tym idzie wodoprzepuszczalna. Farby silikonowe powierzchniowo impregnowane nie okazały się dostatecznie trwałym rozwiązaniem. Dlatego farby silikonowo-żywiczne także podlegają modernizacji. Obecnie do ich produkcji stosowane są przeważnie wodne roztwory żywic siloksanowych (polisiloksany, krzemotlenowe) lub silanowych (krzemowodory), stanowiące odmianę żywic silikonowych (krzemoorganicznych). Zmiany zachodzące w ich strukturze, mimo intensywnego oddziaływania promieni ultrafioletowych, nie stanowią problemu nawet przez kilkanaście lat użytkowania. Oznacza to ,że powłoka zachowuje swoją hydrofobowość.
Należy dodać, że podczas utwardzania się powłoki z farb „silikonowych” mamy do czynienia jedynie z wysychaniem, w skutek odparowywania rozpuszczalnika (zwykle wody). Tworząca się na ścianie powłoka ma postać tzw. „szczotki molekularnej”, co oznacza, że wody opadowe nie mają możliwości wnikania do wnętrza powłoki malarskiej. Inną zaletą farb żywiczno-silikonowych jest łatwość ich barwienia i uzyskiwanie szerokiej gamy kolorystycznej. Dzięki obecności w omawianym typie farby, żywic akrylowych, możliwe jest stosowanie zabarwienia o wysokim stopniu nasycenia koloru. Stosując farby żywiczno-silikonowe należy pamiętać o konieczności wcześniejszego przygotowania podłoża. Zabieg ten przeprowadza się przez pokrycie (zagruntowanie) powierzchni preparatem silikonowym, najczęściej akrylowo siloksanowym. Uzyskujemy oprócz ograniczenia zużycia farby, także wyeliminowanie niebezpieczeństwa powstawania pęcherzy (puchli) na powłoce farby.
W praktyce wykonawczej najczęstszym błędem jest stosowanie farb silikonowych na niedostatecznie związanych podłożach lub modyfikacja właściwości farby przez dodanie wody.
Piotr Wierzelewski
Fot. w.m.
