Пленки и мембраны.

История

Впервые мембраны были разработаны и начали применяться в стенах каркасных домов более 30 лет назад на территории северной Америки – в США и Канаде. Спустя 10 лет они перешагнули океан начали применяться в Западной Германии, уже в качестве подкровельной гидроизоляции. Именно немцы начали применять мембраны в качестве подкровельной гидроизоляции, примерно с 1989 года – профессиональному опыту использования мембран около 20 лет. На эту идею немцев натолкнула известная экономичность - они решили, что в подкровельном пространстве – мансарде - тоже можно жить, и это выгодно. Но, чтобы там жить, её надо утеплить. А если при использовании утеплителя нужна дышащая подкровельная изоляция, традиционная не подходит, потому что будет образовываться конденсат, то есть влага. Либо, как другой вариант, нужен двойной зазор. А поскольку немцы народ прагматичный, то они подсчитали, что рациональнее со всех точек зрения укладывать гидро- ветрозащиту на утеплитель.

Высокая паропроницаемость мембран (Sd < 0,05 м) достигается благодаря особой микроструктуре, представляющей собой нетканые материалы из синтетических волокон. Мембраны обладают уникальной комбинацией свойств: они прочные, но в тоже время лёгкие, водонепроницаемые, стойкие к химическому воздействию, одновременно «дышащие», химически инертные и экологически безопасные.

Функции мембран.

В фасадах зданий, облицованных сайдингом, либо камнем, непременно должен присутствовать вентилируемый зазор - пространство, по которому воздух может свободно передвигаться внутри самого фасада. Если фасад ставится не вентилируемым, то внутри фасада всегда образуется конденсат – так называемая точка росы. Как правило, это происходит на внешней поверхности утеплений. Соответственно, чтобы этот конденсат испарялся и высыхал, требуется вентиляция внутри самого фасада. Именно поэтому в фасады, построенные с применением колодезной кладки - между двумя слоями кирпича или пеноблоков - укладывается утеплитель, и вся эта конструкция защищается снаружи мембраной, сохраняя присутствие вентилируемого зазора. В данном случае мембрана служит неким физическим барьером, который защищает как сам каркас дома, так и то, что находится внутри, от воздействия климатических изменений – дождя, снега и ветра. В Украине очень широко применяются современные качественные эффективные утеплители на основе тканевой ваты или стекловаты, которые обеспечивают необходимый параметр по теплозащите здания. Но любой утеплитель (как минимум на 90%, но бывает и до 97%) состоит из открытых пор. Соответственно, под давлением ветра в этих порах происходит замещение холодного воздуха на теплый, и наоборот. Этот эффект, при котором происходит конвективный теплоперенос или конвективная потеря тепла, называется продольной фильтрацией или экс-фильтрацией.

Любое здание выхолаживается по трем механизмам, основным можно считать конвективные потери, для снижения которых и применяется мембрана, являющаяся некой ветровкой на поверхности утеплителя и позволяя ему сохранить свои заявленные характеристики: сопротивление теплопередаче на уровне исходных. Эти исследования показали, что экономия на отоплении, кондиционировании в каркасном доме с применением мембраны может составлять до 40% в год, что очень существенно. Для среднестатистической семьи, которая, условно говоря, тратит тысячу у.е. в год на отопление и кондиционирование, экономия составит около 400 у.е. – а эта сумма сравнима со стоимостью самой мембраны и установкой её на этот дом.

Таким образом, установка высококачественной мембраны окупает себя за один год ее эксплуатации. А если учесть, что цены на энергоносители в процессе эксплуатации дома могут существенно измениться? Уже при проектировании и строительстве дома нужно задумываться о различных аспектах его эксплуатации – например, об увеличении цен на энергоносители, или об оплате отопления дома при пониженном доходе, например, на пенсии.

Внутри дома давление всегда выше, чем снаружи, особенно зимой. И водяные пары под действием этого давления выходят через стены наружу, конденсируясь внутри и на поверхности утеплителя. Теоретически, они должны потом выветриваться под действием ветрового давления. Но если в качестве защитного слоя применять рубероид или полиэтиленпергамин, которые не «дышат», то в этом случае происходит закупоривание всей системы фильтрации, и под этими материалами будет скапливаться конденсат, а это приведет к образованию грибков, плесени, опасных для здоровья человека. Кроме того, сама строительная конструкция в этом случае будет ржаветь и гнить. В этом случае и требуется применение мембраны на поверхности утеплителя, который выпускает водяные пары – мембрана дает возможность и способствует, под действием давления, выходить наружу конденсату, не застревая на поверхности утеплителя. Поэтому сейчас материалы типа рубероида и пергаминполиэтилена практически не применяются.

Варианты применения мембран

Исходя из функциональных особенностей, мембраны в малоэтажном строительстве очень востребованы и применяются очень широко – как в каркасных домах, так и в домах с наружной облицовкой кирпичом, при которой в любом случае требуется применение утеплителя, и, соответственно, поверх него требуется применение мембраны.

Функции подкровельной мембраны, которая лежит на поверхности утеплителя, несколько расширяются, по-сравнению с мембраной в стенах. В этом случае мембрана служит еще и в качестве гидроизоляции. Сама по себе подкровельная гидроизоляция требуется для защиты от падения капель конденсата, который может образовываться на внутренней поверхности металлочерепицы: во время сильного дождя с ветром или грозы под металлочерепицу может попадать вода. Кроме того, места стыков и переходов не всегда обеспечивают полную герметичность и, для защиты от этих протечек основного кровельного покрытия, и применяется подкровельная гидроизоляция. Мембраны в качестве подкровельной гидроизоляции начали применять в мире с 1989 года, то есть опыт такого применения мембран насчитывает уже 20 лет. В Украине, традиционно в качестве подкровельной гидроизоляции применялся рубероид пергамин, позднее стали применять всевозможные перфорирование и армированные плёнки.

Сейчас мембраны начали все активнее применяться в строительстве – как на стенах домов, но так и на поверхности утеплителя в скатных кровлях. Двойной зазор представляет собой технологию укладки, при которой между пленкой и утеплителем есть зазор, то есть пленка лежит непосредственно не на самом утеплителе. По такой технологии один зазор должен быть между черепицей и пленкой, а второй (в случае только с недышащая пленкой), расположен между утеплителем и пленкой. В этом случае снизу под пленку набивается реечный каркас, и пленка укладывается на эти рейки.

И исходя из того, что стоимость мембраны составляет 1,5 -2 процента от стоимости всей утепленной мансарды, на выходе получается абсолютно незначительная сумма. Но те проблемы, которые может исключить или решить применение именно дышащей мембраны, намного дороже чем эти 1,5 -2%. Поэтому все профессионалы строительного рынка выбирают только качественные мембраны, с которыми выгодно работать.Преимущества использования мембран. Неоспоримым преимуществом дышащих мембран является то, что только они позволяют наиболее рационально использовать для теплоизоляции все пространство между стропил.

Дышащие мембраны, в отличие от всех других видов пленок, укладывают непосредственно на теплоизоляционный материал, поэтому их применение позволяет отказаться от вентиляционного зазора, который занимает до 50% пространства, предназначенного для утепления крыши.

Дышащие мембраны обладают следующими характеристиками:

• большая долговечность
• ветронепроницаемость
• циркуляция - «дышащие» мембраны свободно пропускают диффундирующие изнутри здания водяные пары и таким образом способствуют сохранению благоприятного микроклимата в помещениях
• водонепроницаемость
• лёгкость монтажа
• плотность и прочность на разрыв
• экологическая безопасность – материал химически инертный и полностью пригоден к вторичной переработке; кроме того, при его использовании можно отказаться от применения химических составов для защитной пропитки древесины.

Вспомогательные аксессуары.

К вспомогательным аксессуарам для монтажа мембран можно отнести клеящие ленты. Клеящие ленты на основе акрилата предназначены для заклеивания механических повреждений, оклеивания проёмов (например, вентиляционных элементов, слуховых окон и т. д.) на кровле и фасаде.

Клеящие ленты на основе бутила используются в основном для монтажа водонепроницаемых подкровельных пленок, для герметизации поверхностей и соединений, для изоляции выступающих элементов конструкций (например, дымовые трубы). Для подкровельной гидроизоляции с помощью мембран вспомогательные аксессуары не столь востребованы, как на рынке пароизоляции - для пароизоляции установлено требование к проклейке мест примыканий, перехлеста полотен, и т.д.

При пароизоляции требуется создать непрерывный барьер для попадания пара в утеплитель При монтаже подкровельной гидроизоляции такие жесткие требования по проклейке всех перехлестов отсутствуют. Виды защитных строительных мембран Основными составляющими строительной теплоизоляционной системы являются утеплитель, защитная мембрана и кровельный или отделочный фасадный материал.

Следует подчеркнуть значение мембраны для теплозащиты: если в утеплителе будет регулярно конденсироваться пар, то утеплитель быстро потеряет свои теплоизоляционные свойства.Одним из наиболее распространенных видов подобных мембран являются нетканые или тканые текстильные полотна на основе синтетических волокон – в основном полиэтиленовых или полипропиленовых.

Строительные мембраны применяются для:

• пароизоляции утеплителя;
• гидроизоляции кровли, стен, перекрытий;
• влагоизоляции утеплителя от конденсата;
• ветрозащиты кровли и стен здания.

По основным потребительским свойствам защитные строительные мембраны от разных производителей мало отличаются друг от друга; существенные различия между ними наблюдаются только по значению давления водяного столба, при котором материал в течение 10 минут не пропускает воду. Более строгим аналогом этого показателя является понятие «водопроницаемость». Однако термин «водяной столб» более нагляден, чем «водонепроницаемость», а его значение можно сопоставить с известным давлением падающих на  внешнюю сторону кровельных мембран капель воды, которое при небольшом дожде составляет около 2000, а при ливне – 4000 мм вод. ст.

Огнеопасность строительных мембран

Конструкция кровли и вентилируемых фасадов требует наличия зазоров между утеплителем и отделочным материалом, в результате чего в конструкции создается некое подобие аэродинамической трубы.  Кроме того, в ветреную погоду на конструкции здания воздействуют воздушные потоки с большими перепадами давления. Поэтому, при возгорании мембраны (например, от искры, возникающей при проведении сварочных работ) по мембране происходит перенос огня к местам, где находятся горючие материалы, причем в такой системе скорость распространения огня будет особенно высокой. В результате сгорает не только мембрана: в лучшем случае перестает существовать вся система теплоизоляции, которую придется полностью демонтировать, а в худшем – сгорит вся конструкция.

Таким образом, к трем свойствам мембраны: пароизоляция + влагоизоляция + гидроизоляция – настоятельно требуется добавить + огнестойкость.

Пути решений: наполнение или пропитка?

Наполнение

За рубежом этой проблемой огнестойкости технического текстиля наиболее активно занимаются фирмы Ciba (огнезащитные добавки в волокнообразующие полимеры в виде солей меламина), Clariant,). Известны такие марки антипиренов и ретардантов, как Exolit,  Spinflam MF, Dechlorane+. Обычно это смеси синергетиков (декбромдифенилоксид, окись сурьмы, пентаэритрит, соли меламина, фосфаты и др.) на основе полисульфата аммония, полиспиртов и гидроксида алюминия и т.д. Поскольку строительная мембрана производится методом экструзии из расплава, то логично наполнять антипиренами полимерную основу. При этом наполнители не влияют на основные свойства мембраны.Нам известны образцы супердиффузионных мембран с пониженной горючестью. Известны и цены за такое усовершенствование.

Пропитка

Пропиточными составами за рубежом занимается фирма Huntsman (огнезащитные пропиточные составы для нетканых полотен), Сиба, а в нашей стране - Институт химии растворов РАН (пропиточные составы для технического текстиля), фирма «Норт», АО «Ивхимпром». Направление их исследований – технический текстиль, в первую очередь для спецодежды, декоративных и обивочных материалов, обоев, портьерных тканей.Поскольку строительная мембрана – это все таки текстильное изделие, то логично ее пропитывать и сушить.Нам известны строительные мембраны на основе нетканого материала из смесевого штапельного вискозно-полипропиленового волокна, пропитанные таким образом. Но их  огнестойкость была недостаточна, скорее пропиточный состав проходил по классу замедлителей горения.

Поэтому нельзя утверждать, что задачи создания огнестойких строительных мембран из текстильных полимерных материалов успешно решены. Виды антипиренов. В настоящее время для защиты от возгорания мембран в состав полимерного материала, из которого они изготовлены, вводят антипирены – огнезащитные добавки на основе соединений фосфора, азота, углерода, галогенов, которые в различных комбинациях и состояниях (жидкость, порошок) способны существенно снизить класс огнеопасности текстиля. В результате материалы, содержащие антипирены, при высоких температурах (до 500 °С и выше) без возгорания превращаются в негорючий кокс.
 
Кроме вопроса о совместимости и обеспечении прочного адгезионного взаимодействия антипиренов и основного полимера, также важен вопрос: наполнять ли предварительно материал мембран антипиренами, или же использовать жидкофазные огнезащитные составы для последующей пропитки или для нанесения на поверхность мембран? Недостатком первого варианта является необходимость введения в основной полимер достаточно большого количества антипирена для эффективного проявления им огнезащитных свойств – не менее 30 % масс., что может негативно сказаться на физико-механических свойствах полимерных волокон, да это и нерентабельно с экономической точки зрения.

При этом существуют ограничения по дисперсности вводимых в полимер частиц антипирена и по допустимой длительности пребывания термочувствительных компонентов в расплаве полимера в экструдере. Наконец, многие добавки, включая антипирены, склонны к миграции из готовых изделий, особенно изготовленных из полиэтилена и полипропилена. Поэтому предпочтительнее пропитывать изделия жидкими составами, содержащими антипирен, если это полотно, или наносить их на поверхность изделий, если это кабельное покрытие или пенополистирольная теплоизоляция.

При производстве технического текстиля технология его пропитки содержащими антипирен составами используется уже давно. Правда, при этом возникают другие вопросы, например, как защитить подобные материалы от воздействия влажной среды, истирания, химчистки и т.д., поскольку в основном частицы антипирена закрепляются (сорбируются) на волокнах текстильного материала без образования химических связей. Кроме того, пока не решены проблемы выделения дыма и других токсичных продуктов при воздействии на материал мембран открытого пламени.

Новая пропитка

В результате многих экспериментов был создан огнезащитный состав, который показал свою эффективность на металлоконструкциях, древесине, различных пластиках и кабельной изоляции. Интересно, что синергетиком в большинстве случаев является сам защищаемый полимер – полиэтилен, полипропилен, ПВХ, бутадиен-стирольный латекс.  При воздействии пламени они образуют с огнестойким составом единую коксующуюся систему, которая не горит и не выделяет дыма и токсичных продуктов.

Интересно также, что за основу нового текстильного антипирена был взят продукт, который в нашей лаборатории научились делать лучше всех в мире, но долго не могли найти области его применения. Это водная дисперсия густосетчатых аминопластов. Дисперсия производится на основе процессов коллоидной химии, частицы имеют крайне малые размеры – порядка 10 нанометров. Полимер дисперсии может быть модифицирован различными функциональными группами.Нанесение гидрофильного на гидрофобное. Однако противоречивость задачи и нам затрудняла поиски решения.

Материал мембраны – гидрофобный. Для паропроницаемости и влагозащиты – это плюс.

Пропитка – на водной основе.

Она заполняет пространство между нитями волокна и там полимеризуется. Но она гидрофильная – это минус. Введение гидрофобизатора снижает огнестойкость. Было найдено решение задачи: пропитывать нетканый материал с одной стороны. При этом гидрофобность полипропиленового волокна играет на качество пропитки: даже при максимальном давлении накатного вала пропиточной машины пропиточный состав не проницает мембрану насквозь. Противоположная сторона остается сухой и гидрофобной.

Дополнительный плюс: гидрофильная сторона в готовой мембране работает как поглотитель конденсата пара, не позволяя влаге осаждаться на утеплителе. То есть усиливается свойство влагозащиты.Были выявлены и другие плюсы. Например, термостойкость полипропиленового волокна значительно увеличилась. За пять минут пребывания в сушильной камере при 160 градусах материал не деформировался и не плавился. Потому что при высокой температуре полимер пропитки менее пластичен, чем полипропилен, и он армирует полипропиленовое волокно, удерживая мембрану от деформации.Разные свойства сторон мембраны открывают возможности ее клеевого дублирования и триплирования с другими текстильными материалами.

С целью проверки эффективности нового состава было принято решение о пропитке стандартных отечественных полимерных мембран (кровельной и стеновой защитной) созданным огнестойким составом. Испытания полученной в результате этого, показали, что пропитанная мембрана имеет улучшенные пожарно-технические характеристики:

температура дымовых газов, °С      130
время самостоятельного горения, с     отсутствует
время воспламенения образца, с      22
критическое время воспламенения, с      22
длина распространения пламени, мм/%     11/10
плотность теплового потока (ТП), кВт/м2     11 критическая плотность ТП, кВт/м2      20
группа горючести (по ГОСТ 30244-94)     Г1
группа воспламеняемости (по ГОСТ 30402-96)    В2
группа распространения пламени (по ГОСТ 30444-97)   РП1

Что означают эти показатели?

Новая мембрана не вносит своего вклада в повышение температуры горения и воспламеняется только при сильном жаре пламени, но пламя не распространяет: показатель «длина распространения пламени» всего лишь обозначает повреждение (оплавление, вспучивание, коксование) мембраны под огнем. Горючесть группы «Г1» означает, что во время пожара мембрана не будет гореть. Она не внесет своего вклада в повышение общей температуры пламени, хотя и потеряет 20 ? 30 % массы. Группа воспламеняемости В2 говорит о том, что мембрана не воспламенится даже на близком расстоянии от огня.

Наконец, группа распространения пламени РП1 означает, что искра при сварочных работах, попав на поверхность материала, погаснет, а огонь, дойдя до такой мембраны, распространяться дальше не будет.

Таким образом, применение огнестойкой диффузионной мембраны позволит решить комплекс проблем пожарной безопасности кровельной конструкции.