Promienie UV a membrany wstępnego krycia

Na łamach „Naszego Dekarza” pisaliśmy już [1] o problemie oddziaływania promieniowania ultrafioletowego na wysokoparoprzepuszczalne membrany wstępnego krycia (MWK). Wracamy do tego tematu, ponieważ pojawiły się nowe odmiany tych popularnych produktów i warto zastanowić się, czy są one lub mogą być bardziej odporne na światło słoneczne. Przy tej okazji warto zaprezentować wszystkie obecne na rynku rodzaje MWK.

Tekst KRZYSZTOF PATOKA

W Polsce wysokoparoprze­puszczalne membrany wstępnego krycia (MWK) są powszechnie stosowa­ne już od końca XX wieku. Najczęściej stosuje się te, które przepuszczają parę wodną na zasadzie efuzji przez mikropo­ry, a rzadziej te przekazujące parę na za­sadzie dyfuzji (ramka). Najpopularniejsze w obecnych zastosowaniach membrany efuzyjne są laminatami wytwarzanymi w całości lub w większości z PP (fot.1).

Najważniejszym ich elementem jest warstwa nazywana filmem funkcyjnym znajdująca się w środku pomiędzy dwo­ma włókninami polipropylenowymi (typu spun-bond) o różnych gramaturach (cię­żarach powierzchniowych – g/m²). Na ich spodzie włókniny są słabsze o małej gramaturze (20-30 g/m²), a te na wierz­chu są mocniejsze ( 50-150 g/m²). Film w większości jest produkowany też z PP, ale z dodatkami, które w procesie orienta­cji (rodzaju rozciągania) samego filmu lub gotowego laminatu powodują powstawa­nie mikroporów o wielkości mniejszej od 0,1 μm. To przez te struktury przechodzi para wodna na zasadzie efuzji (ramka).

Łączenie filmu z włókninami spun-bond odbywa się na różnych zasadach. Łącze­nie może polegać na klejeniu, kalandro­waniu lub punktowym zgrzewaniu. Jeden z polskich producentów stosuje niepowta­rzalną metodę łączenia włóknin filmem w trakcie jego wylewania w polu elektro­statycznym, osiągając dzięki temu bardzo wysoką paroprzepuszczalność membrany. W niektórych membranach jest wklejany film polietylenowy (PE), który jest trochę cieńszy od filmu z polipropylenu (PP) i z tego powodu jest bardziej delikatny.

Najstarsze membrany, należące do drugiego typu membran dyfuzyjnych, wykorzystują specyficzne własności po­liuretanów (PU), które są najbardziej pa­roprzepuszczalne (na zasadzie dyfuzji) ze wszystkich polimerów. Pierwsze wersje tych membran miały bardzo małą, jak na tą grupę produktową, paroprzepuszczal­ność (tabela – Sd = 0,3 m). Obecnie sprze­dawane membrany tego typu składają się z dwóch warstw: najczęściej z włókniny poliestrowej i jej powłoki z termoplastycz­nych poliuretanów (oznaczanych jako TPU lub TPE-U) o bardziej odpowiednich własnościach, w tym o lepszej paroprze­puszczalności (tabela – Sd = 0,1 m) niż pierwsze wersje. Natomiast najczęściej stosowane membrany efuzyjne są la­minatami trzy- lub czterowarstwowymi zbudowanymi z udziałem włóknin polipro­pylenowych (PP). Wybór tego tworzywa wynika z tego, że PP ma odpowiednie dla membran własności chemiczne, termicz­ne i mechaniczne. Z tego powodu PP jest najczęściej używanym polimerem w pro­dukowanych MWK.

W jedynej polskiej klasyfikacji [2] okre­ślającej paroprzepuszczalność MWK, jako parametru decydującego o sposobie użycia tego typu membran oraz w nor­mach dopuszczających te produkty do sprzedaży [3], używa się współczynnika Sd nazywanego równoważną dyfuzyjnie grubością powietrza (ramka). Oznacza to, że bez względu na rodzaj zjawiska po­wodującego przekazywanie pary wodnej (efuzja czy dyfuzja – rys.1) do określania jej ilości używa się tego samego parame­tru (Sd), a w normatywnych obliczeniach wilgotnościowych pomija się sposób przechodzenia pary, stosując te same wzory i wskaźniki. Jest to słuszne i uza­sadnione, ponieważ efekty obu zjawisk (efuzji i dyfuzji) są te same, a różnice nie mają znaczenia dla działania membran. O intensywności tych zjawisk (decyduje temperatura, chociaż w różny sposób. Temperatura jest istotnym elementem dla działania wysokoparoprzepuszczalnych membran wstępnego krycia (MWK), ponie­waż to ona w sposób zasadniczy decyduje o intensywności przepływu powietrza nad MWK oraz o ilości pary wodnej pod MWK. Im więcej wilgoci znajdującej się pod MWK zamieni się w parę wodną oraz im szybciej zostanie ona odebrana przez powietrze przepływające nad nią, tym szybciej od­będzie się proces wysychania konstrukcji i termoizolacji dachu. Bardzo ważne dla zrozumienia specyfiki działania MWK jest to, że produkty te działają efektywnie tylko wtedy, gdy wokół nich jest para wodna. To zaś zależy właśnie od temperatury powie­trza otaczającego MWK. Ta zależność jest podwójna, ponieważ i wentylacja pokrycia, i ilość pary wodnej po obu stronach MWK decydują o skuteczności ich działania, a zależą od temperatury.

MWK I UV

Jak już pisaliśmy w „Naszym Dekarzu” [1], specyfika oddziaływania promieniowania UV na MWK polega na tym, że są one wy­twarzane z tworzyw sztucznych w formie cienkich, lekkich i elastycznych laminatów, których głównym zadaniem jest połącze­nie dwóch funkcji: uszczelniania pokrycia i przepuszczania pary wodnej z wnętrza da­chu. Z tego powodu ich mała grubość (któ­rej często towarzyszy przezroczystość) jest powodem łatwego ich uszkadzania przez promieniowanie UV, będące częścią skła­dową światła dziennego. Miejscem prze­znaczenia membran jest wnętrze dachu, gdzie tego promieniowania nie ma lub jest go mało, ale zdarza się, że z powodu błęd­nych decyzji są one zbyt długo oświetlane, co powoduje ich uszkodzenia.

Najwięcej uszkodzeń (około 80%) po­wstaje wskutek naświetlania MWK od spodu, gdzie ich filmy są najsłabiej chro­nione, ponieważ są osłonięte bardzo cien­ką warstewką włóknin. Promieniowanie UV dociera do ich spodu przez doświe­tlenia (okna dachowe, lukarny itp.) niewy­kończonych poddaszy, przeznaczonych do użytku mieszkalnego.

Drugim najczęstszym powodem jest po­zostawianie MWK na dachach bez pokrycia zasadniczego. Problem polega na tym, że pokrycia tymczasowe (na przykład papy na deskach) – jeżeli są już użyte – mogą leżeć przez długi czas, który w praktyce (często ku zaskoczeniu dla układających) jest dłuż­szy od czasu, jaki był zaplanowany. W takiej sytuacji układanie MWK jako pokrycia tym­czasowego nie ma żadnego sensu, ponie­waż MWK nie są do tego przeznaczone. De­klarowane przez niektórych dystrybutorów MWK najdłuższe „odporności na promie­niowanie UV” nie przekraczają roku. Takie deklaracje nie mają żadnego uzasadnienia technicznego i są jedynie efektem działań marketingowych niektórych producentów i dystrybutorów, którzy chcą się przypodo­ bać dekarzom i uzyskać zwiększoną sprze­daż. W dzisiejszych czasach, gdy najlepsi dekarze nie narzekają na brak zamówień i są zainteresowani szybkim, sprawnym działaniem, nie jest im potrzebny sztucz­nie przeciągnięty czas ekspozycji MWK na światło słoneczne (i UV). Bardziej potrzeb­na jest im prawdziwa informacja, która po­zwala dobrze wykonać dach.

Według przepisów i norm europejskich nie podaje się odporności na UV, lecz bada się każdą MWK w procesach starzenio­wych i gdy membrana spełnia określone w normach wymagania może być stoso­wana na dachach. Przy tej okazji warto wspomnieć, że te firmy, które podają od­porność na UV w miesiącach, nie mogą podać żadnej normy, według której określi­ły taki czas odporności, bo takich norm już nie ma. Podawane pod tym określeniem dane można nazwać ich życzeniem lub domniemaniem. Jak takie domniemania powstają? Podpowiem im wszystkim naj­lepszy sposób tworzenia takowych, który opiera się o normę dopuszczającą mem­brany do obrotu w Unii Europejskiej (UE).

Obecnie w UE wszystkie MWK produku­je się i dopuszcza do stosowania (sprze­daży) według normy PN-EN 13859 -1: 2010 [3], która nakazuje wykonanie sztucznego starzenia membrany według norm: PN-EN 1297 [4] i 1296 [5] ze zmianami z PN-EN 13859 -1 zał. C. Przed i po starzeniu bada się: odporność na przesiąkanie (PN-EN 1928 [6]), odporność na rozciąganie i wy­dłużenie. Warunki badania starzeniowe­go membran wstępnego krycia (według PN-EN 13859 -1: 2010 [3], zał. C) są nastę­pujące: temperatura badania 50 (+3/-0)°C; czas ekspozycji na światło UV 336 h. Od­powiada to 55 MJ/m2 energii napromie­niowania w czasie badania starzeniowe­go. Źródłem światła w tych badaniach są lampy UVA (źródła ksenonowe), wytwa­rzające nieco większą ilość UV niż jest to w świetle dziennym.

Według ustawodawców porcja promie­niowania UV o energii 55 MJ/m2 odpowia­da średnim warunkom europejskim i jeżeli MWK wytrzyma taką porcję UV, to może być stosowana na terenie całej Europy. Oczywiście według tej zasady membrany powinny równie dobrze sprawować się za­równo w Hiszpanii, na Sardynii lub Grecji, jak i w Szkocji lub Skandynawii, gdzie pro­mieniowania słonecznego jest dużo mniej. Mimo to, można przeprowadzić następu­jące rozumowanie. Jako przykład niech posłuży Polska. Z wielu pomiarów wynika, że średnia roczna ilość promieniowania UV, jakie dociera do powierzchni gruntu w naszym kraju, wynosi 100 MJ/m2. Czy­li napromieniowanie MWK w procesie starzenia zalecanego według normy [3] odpowiada okresowi napromieniowania w Polsce w czasie 6,6 miesiąca naświe­tlania, ponieważ 100/55 = 12/6,6. Jest to proste wyliczenie, ale czy jest prawdziwe? Otóż nie i to z kilku powodów.

1. Wielkość 55 MJ/m2 jest mak­symalną porcją UV, jaką ustalili ustawodawcy dla wszystkich MWK badanych i sprzedawanych w Eu­ropie bez względu na jej region, uznając że dla produktów naświetlanych w dachu tylko okresowo to w zupełności wystarczy (przecież membrany docelowo leżą pod pokryciem).

2.Takie wielkości nie uwzględniają dość często pojawiających się w Polsce anomalii pogodowych typu: dłuższe okresy nasłonecznia lub wyliczeń nie ma sensu, bo niczego nie gwarantuje.

3. W celu zwiększenia odporno­ści membran na UV producenci w trakcie ich produkcji dodają do surowców środki uodparniające (nazywa­ne stablilizatorami UV), których głównym celem jest zwiększenie trwałości MWK le­żących pod pokryciem, gdzie dociera bar­dzo mało światła (ale dociera). Te środki są stopniowo wypalane przez UV i gdy naświetlanie będzie trwało właśnie te 6,6 miesiąca to stabilizatory zostaną wypalo­ne (i co dalej?).

Biorąc to wszystko pod uwagę, należy uwzględnić bardzo istotny podział funk­cjonowania membran na dwa etapy: czas budowy i czas normalnego funkcjono­wania w zbudowanym już dachu. W obu tych fazach następuje naświetlanie MWK, ale w różny sposób. Od spodu światło słoneczne dociera tylko w fazie budo­wy. Natomiast w normalnej eksploatacji, w gotowym dachu, od spodu membrany nie powinno być żadnego dopływu pro­mieniowania UV. Jednak w Polsce, roz­graniczenie tych dwóch etapów (budowy i gotowego dachu) jest utrudnione, ponie­waż bardzo dużo dachów jest zaprojekto­wanych z poddaszami mieszkalnymi, ale są w ten sposób użytkowane dopiero po dłuższym okresie przerwy w pracach wy­kończeniowych. Z tego powodu, niczym nieosłonięta od spodu MWK jest naświe­tlana przez okna w lukarnach, ścianach szczytowych lub przez okna połaciowe oraz wyłazy dachowe. Taka przerwa w bu­dowie powoduje długoletnie działanie UV na membranę od strony, gdzie film funk­cyjny nie jest odpowiednio chroniony, bo jest tam tylko cienka przezroczysta włók­ninka. Z tego samego powodu w czasie budowy, gdy MWK leży na więźbie bez żadnej osłony, jej dolna strona jest także naświetlana przez UV. Czyli naświetlanie filmu od najmniej osłoniętej strony jest przyczyną większości uszkodzeń (80%) membran wstępnego krycia. Wiedząc o tym, trzeba jak najszybciej zasłaniać MWK od spodu i nie będzie tylu proble­mów z ich uszkodzeniami przez promie­niowanie UV.

Opisane własności i budowa dotyczą głównie najbardziej popularnych mem­bran efuzyjnych z filmem mikroporowatym (fot. 1). Warto dodać, że w MWK najnow­szej generacji wykonanych z filmem wy­sokodyfuzyjnym problem uszkodzeń od strony spodniej nie będzie już występował, ponieważ można je wykonać w wersji sy­metrycznej, czyli takiej, w której obie stro­ny filmu będzie osłaniała tak samo gruba włóknina. Taką membranę będzie więc trudniej uszkodzić przez UV docierające od spodu.

Literatura:

[1] Krzysztof Patoka „Promieniowanie ultra­fioletowe na i w dachach” „Nasz Dekarz” 46/2019.

[2] „Słownik terminów i nazw dekarskich” wyd. 2019. Polskie Stowarzyszenie Dekarzy.

[3] PN-EN 13859 -1: 2010. Elastyczne wyroby wodochronne. Wyroby podkładowe do nie­ciągłych pokryć dachowych.

[4] PN-EN 1297: 2006. Elastyczne wyroby wo­dochronne — Wyroby asfaltowe, z tworzyw sztucznych i kauczuku do pokryć dacho­wych — Metoda sztucznego starzenia przez długotrwałą ekspozycję na łączne działanie promieniowania UV, podwyższonej tempe­ratury i wody.

[5] PN-EN 1296:2 002. Elastyczne wyroby wodochronne — Wyroby asfaltowe, z two­rzyw sztucznych i kauczuku do pokryć da­chowych — Metoda sztucznego starzenia przez długotrwałe działanie podwyższonej temperatury.

[6] PN-EN 1928: 2002. Elastyczne wyroby wo­dochronne — Wyroby asfaltowe, z tworzyw sztucznych i kauczuku do izolacji wodo­chronnej dachów — Określanie wodoszczel­ności

---