Sekrety membran dachowych

Od pewnego czasu obserwujemy bardzo gwałtowny rozwój rynku membran paroprzepuszczalnych wykorzystywanych jako folie dachowe. Membrana, z technicznego punktu widzenia jest warstwą materiału, charakteryzującą się niewielkim oporem jeśli chodzi o przenikanie pary wodnej – technicznie rzecz ujmując opór ten powinien wynosić co najwyżej 0,25 MNs/g (wg normy brytyjskiej BS3177).

Materiały tego rodzaju wykorzystywane są w bardzo szerokim spektrum zastosowań ze względu na fakt, iż pozostając cały czas otwartymi na dyfuzję pary wodnej, są odporne na napór samej wody. Fot 1 obrazuje przykład membrany paroprzepuszczalnej, która umożliwiając przenikanie pary wodnej pozostaje wodoszczelna. Membrany paroprzepuszczalne po raz pierwszy na rynku pojawiły się ponad 50 lat temu a do powszechnego stosowania w budownictwie zostały wprowadzone z powodzeniem około 30 lat temu. Oprócz branży budowlanej znalazły one również szerokie zastosowanie w produkcji odzieży ochronnej, gdzie z jednej strony dają ich użytkownikom ochronę przed wiatrem, deszczem oraz substancjami chemicznymi, z drugiej zaś dzięki właściwościom materiału gwarantowały możliwość „oddychania” a tym samym regulowania temperatury powierzchni ciała, czyniąc korzystanie z nich bardziej komfortowym dla użytkownika. Ze względu na te same czynniki membrany paroprzepuszczalne znalazły bardzo szerokie zastosowanie w budownictwie, gdzie służą do ochrony budynków zarówno przez zewnętrznymi czynnikami pogodowymi i kondensacją pary wodnej pomiędzy warstwami konstrukcyjnymi jak również  pozwalają na swobodną ucieczkę pary wodnej do atmosfery redukując ryzyko uszkodzeń spowodowanych przez jej kondensację.

Budynki – podobnie jak ludzie muszą „oddychać” w celu kontrolowania poziomu wilgoci w poszyciu dachowym oraz przegrodach ściennych a tym samym ochrony przed zawiązywaniem się procesów gnilnych i będących ich wynikiem uszkodzeń konstrukcji. W przypadku stosowania membran paroprzepuszczalnych przy konstrukcji pokrycia dachowego, wśród najbardziej istotnych i decydujących o atrakcyjności tego rodzaju materiałów zalet należy wymienić:

• szybszy, łatwiejszy i tańszy montaż membrany dachowej,
• membrana zapobiega kondensacji pary wodnej w warstwie izolacji na poziomie co najmniej takim samym jeśli nie lepszym niż w przypadku dachów wentylowanych w sposób tradycyjny,
• ograniczenie przenikania powietrza do wewnątrz i zapewnienie większej szczelności pokrycia,
• redukcję zużycia energii wewnątrz domu a także redukcję emisji dwutlenku węgla z budynku,
• zapewnienie lepszych warunków na poddaszach, które dzięki membranie stają się bardziej suche, cieplejsze oraz czystsze,
• pozytywny wpływ na wygląd i jakość wykonania pokrycia dachowego.

W momencie wprowadzenia na rynek membrany paroprzepuszczalne miały również na celu wydłużenie oczekiwanej trwałości i wytrzymałości pokrycia dachowego w stosunku do tradycyjnych membran bitumicznych, które jak wykazała praktyka z czasem stawały się coraz bardziej kruche i łamliwe a także podatne na rozdarcie na skutek działania wiatru; w konsekwencji czynniki te powodowały konieczność wymiany tych membran po około 15-20 latach użytkowania.

Fot.2

Fakt ten został zobrazowany na fotografi nr 2. Właśnie z tego powodu nie jest zaskoczeniem, że na wielu rynkach europejskich (w tym również w Polsce) zauważalne jest zjawisko odchodzenia od tradycyjnych membran bitumicznych w kierunku nowej generacji membran paroprzepuszczalnych. Fakt ten został zobrazowany na wykresie nr 3 opierając się na doświadczeniach rynku brytyjskiego.

wykres 3

Aktualnie produkcja membran paroprzepuszczalnych wykorzystywanych przy realizacji pokryć dachowych opiera się głównie na dwóch konkurencyjnych technologiach, charakteryzujących się bardzo odmiennymi charakterystykami wydajności:

• technologia oparta na wielopunktowym wtrysku polietylenu o wysokiej gęstości (org. Flash-Spinning High Density Polyethylene Technology), zwana dalej FSPE
• technologia oparta na filmie mikroporowatym – dalej: MP

Technologia FSPE została opracowana około 50 lat temu przez koncern DuPont, a szerokim rzeszom użytkowników jest powszechnie jest znana dzięki rodzinie membran dachowych Tyvek^®. Przy tworzeniu tej technologii oparto się na założeniu, że membrana paroprzepuszczalna, która powstanie dzięki jej pomocy musi z powodzeniem przetrwać co najmniej 30 lat od momentu jej montażu. Od czasu pierwszego wykorzystania tego materiału do dziś na całym świecie powstało ponad 15 milionów obiektów, w których wykorzystano produkty Tyvek^®. DuPont jest jedyną firmą, która korzysta z technologii FSPE do produkcji membran paroprzepuszczalnych. Produkcja polega na wielopunktowym wtryskiwaniu włókien z polietylenu o wysokiej gęstości, które następnie są scalane ze sobą za pomocą wysokiej temperatury i ciśnienia, a w efekcie tworzą elastyczny materiał, który jest wodoszczelny, wiatroszczelny, odporny na rozciąganie i co najważniejsze – paroprzepuszczalny. Jest to idealna kombinacja cech fizycznych i funkcjonalnych istotnych z punktu widzenia membrany dachowej.

Fot. 4

Na fotografi nr 4 została zaprezentowana unikalna mikroporowata struktura membrany Tyvek^®, będąca zasługą technologii FSPE (zastosowano 200-krotne powiększenie pod mikroskopem elektronowym). Ze względu na przyjęte w technologii FSPE rozwiązanie, w przypadku membran Tyvek^® grubość polietylenowej warstwy funkcjonalnej wynosi ok. 175 mikronów, co oznacza że może być ona stosowana bezpośrednio jako folia dachowa, bez konieczności zapewniania dodatkowych warstw zabezpieczających. Fakt ten w istotny sposób odróżnia tę technologię od technologii opartej na filmie mikroporowatym. W tym drugim przypadku warstwa funkcjonalna, którą stanowi polietylenowa lub polipropylenowa włóknina (dalej: film) ma grubość średnio około 40 mikronów i jako zbyt podatna na czynniki zewnętrzne (np. możliwość uszkodzenia lub rozerwania) wymaga warstwy zabezpieczającej co najmniej po jednej stronie warstwy aktywnej (membrana dwuwarstwowa) lub w coraz bardziej popularnych rozwiązaniach – po obu stronach tej warstwy (membrana trzywarstwowa).

Oznacza to, że membrana dachowa Tyvek^®, jak np. Tyvek^® Solid jest około 4 razy trwalsza od standardowych membran bazujących na technologii z filmem mikroporowatym, która powszechnie jest wykorzystywana w tzw. produktach dwu- i trzywarstwowych.

Żywotność produktu

Dzięki technologii FSPE, w której powstaje Tyvek^® możliwa jest produkcja materiału, którego mikroporowata struktura jest odporna zarówno na promieniowanie UV jak również na działanie wysokiej temperatury (do 100ºC) bez utraty swoich właściwości przez cały okres życia pokrycia dachowego.

Fot 5

Z tego powodu założony przez producenta okres żywotności membran dachowych Tyvek^® wynosi nawet 50 lat czyli porównywalnie z okresem żywotności samego pokrycia dachowego. Standardowe membrany z filmem mikroporowatym powstające w technologii MP nie posiadają tak wysokiej odporności na promieniowanie UV i temperaturę, co w końcowym rozrachunku może stanowić problem. Warto podkreślić, że temperatura spodniej strony membrany dachowej jest zbliżona do  80ºC, a w niektórych przypadkach nawet przekracza ten poziom. Tak wysoka temperatura spowodowana jest ciepłem emitowanym przez pokrycie dachowe (np. dachówki), które tworzy niewielkie przestrzenie pomiędzy membraną a izolacją (np. wełną mineralną) o bardzo wysokiej temperaturze. W takich warunkach niektóre membrany z filmem mikroporowatym mogą ulec termicznej degradacji, której efektem będą przerwy i perforacja materiału, która istotnie obniża jego wodoszczelność. Na fotografi nr 5 został zaprezentowany typowy film mikroporowaty w swojej oryginalnej postaci; dla porównania fotografi nr 6 i 7 prezentują w różnym powiększeniu efekty postępującego procesu degradacji filmu po trzech miesiącach ekspozycji na promieniowanie ultrafioletowe.

Fot 6

Fot 7

Jedna z głównych różnic pomiędzy technologią FSPE i technologią MP polega na tym, że w przypadku membran Tyvek^®, warstwa polietylenowa, która zarazem jest w całości warstwą aktywną (funkcjonalną) jest widoczna „gołym okiem” a jej grubość może zostać łatwo zweryfikowana. W przeciwieństwie do tego, w przypadku membran z filmem mikroporowatym, warstwa aktywna nie jest widoczna lecz osłonięta (częściowo lub całkowicie) przez warstwy wzmacniające i ochraniające film. Co szczególnie istotne, technologia FSPE, wykorzystywana do produkcji membran Tyvek® od najwcześniejszych etapów procesu jej powstawania była projektowana z myślą o produkcji materiałów do zastosowań w budownictwie. Jako przeciwieństwo można wskazać, że większość filmów mikroporowatych nie została zaprojektowana do zastosowań w budownictwie-w szczególności do konstrukcji pokryć dachowych, lecz dla zupełnie innych zastosowań jak na przykład do produkcji pieluch jednorazowych. Oczywiście żywotność filmu zastosowanego w tego typu produkcie jest znacznie krótsza niż w przypadku membrany dachowej, nie mówiąc o jego odporności na promieniowanie UV lub wysoką temperaturę.

Stabilność i funkcjonalność
Produkty powstałe w technologii FSPE zostały kompleksowo przetestowane przez Departament Polimerów szwedzkiego Instytutu Badawczo-Rozwojowego SP w Boras. Jest to renomowana, znana na całym świecie jednostka badawcza będąca centrum testów starzenia się i żywotności materiałów budowlanych. W ramach badań przeprowadzono symulację w warunkach laboratoryjnych oddziaływania jakim poddana jest folia dachowa zamontowana na dachu. W okresie trwającej 25 tygodni symulacji badany produkt został poddany takiej ilości czynników zewnętrznych (w szczególności promieniowaniu UV oraz temperaturze) i w takim ich natężeniu, jaka w warunkach rzeczywistych wymaga upływu 50 lat. Wyniki tego testu zostały zaprezentowane na wykresie nr 8.

wykres 8

Dodatkowo przeprowadzono test odporności produktu na promieniowanie UV w warunkach, w których 14-o dniowemu badaniu odpowiada w naszej szerokości geograficznej bezpośrednie nasłonecznienie produktu przez około 3,5 miesiąca. Wyniki tego testu połączone z wynikami opisanego wcześniej testu odporności termicznej dla okresu 14-u tygodni zostały zaprezentowane na wykresie nr 9.Badania te potwierdziły, że membrany Tyvek^® produkowane w technologii FSPE zachowują swoje właściwości i funkcjonalność na dachu przez więcej niż 50 lat. Testy przyspieszonego procesu starzenia przeprowadzone w temperaturze 80ºC wykazały, że po ich zakończeniu membrana pozostaje odporna na czynniki fizyczne a także wodoszczelna i paroprzepuszczalna. W uzupełnieniu do testów laboratoryjnych przez dwie dekady objęto monitoringiem domy jednorodzinne w Wielkiej Brytanii, na których w roku 1983 wykorzystano membrany Tyvek^®.

wykres 9

Badania przeprowadzone pod koniec dwudziestoletniego okresu objętego badaniem wykazały, że jej właściwości nie uległy istotnemu pogorszeniu – wynik tego monitoringu  został zaprezentowany na rysunku 10. Szczególną uwagę należy poświęcić dwóm najważniejszym parametrom –  paroprzepuszczalności oraz wodoszczelności, których stabilność i niezmienność w czasie  prawdopodobnie jest najbardziej krytycznym elementem oceny membran dachowych. Jak zaprezentowano na rysunku nr 11, zarówno paroprzepuszczalność jak również wodoszczelność zmieniły się o mniej niż 10% po 16 latach użytkowania na budynku w Wielkiej Brytanii.

wykres 10

Po tym czasie membrana Tyvek^® była nadal w stanie zapewnić odporność na nacisk słupa wody o wysokości 1m i pozostawała otwarta dyfuzyjnie w takim samym stopniu jak bezpośrednio po montażu. Dla porównania warto podkreślić, że film mikroporowaty w membranach dwu- i trzywarstwowych jest wykorzystywany do tego typu zastosowań od około 10 lat. i nie posiada jeszcze tak długiej historii i tak bogatych doświadczeń, aby można było przeprowadzić podobny test jak w przypadku membran Tyvek^®. Dodatkowo sytuację komplikuje fakt, iż w różnego rodzaju produktach a nawet w tym samym produkcie w różnych okresach czasu mogą być stosowane warstwy aktywne (film) różnego pochodzenia i o odmiennych parametrach. Niestety ze względu na fakt, iż sam film jest zwykle niewidoczny dla użytkownika a dodatkowo trudny do porównania i oceny, przeprowadzenie wiarygodnych testów w tym zakresie jest bardzo utrudnione. Z tego powodu należy podkreślić, że wyniki testów oparte na najdłuższych empirycznych doświadczeniach na rynku jednoznacznie są najlepszym podsumowaniem cech fizycznych i funkcjonalnych membran dachowych produkowanych w technologii FSPE.

Podsumowanie
Od kilku lat obserwujemy bardzo gwałtowny wzrost rynku membran dachowych w Polsce. Rosnący popyt jest związany ze stopniowym przenoszeniem popytu z tradycyjnych membran bitumicznych w kierunku nowoczesnych membran paroprzepuszczalnych. Zjawisko to kilka lat wcześniej miało miejsce w podobnej skali w innych krajach Europy, w związku z czym można na tym polu obserwować liczne podobieństwa. Tym bardziej istotnym jest prowadzenie działań o charakterze edukacyjnym zmierzających do wzrostu świadomości sprzedawców, dekarzy a przede wszystkim klientów co do znaczenia membran dachowych dla jakości całego pokrycia dachowego oraz dających im wiedzę pozwalającą na ocenę dostępnych na rynku rozwiązań.
Dr Arturo Horta, DuPont