Комбинация трудносовместимых свойств паропроницаемых мембран, а именно водо- и воздухонепроницаемости, вместе со способностью пропускать водяной пар не является чем-то новым, а повсеместно встречается в живой природе. Например, кожный покров млекопитающих обеспечивает выведение из организма излишков воды (человек выделяет через кожу около 0,8 литра воды в сутки), при этом извне остается непроницаемым для жидкой воды и воздуха. Аналогичные процессы характерны и для растительных клеточных мембран.

Определение  строительной мембраны.

Мембрана-это термин, который имеет несколько значений. Так  Большая советская энциклопедия определяет ее как « гибкую тонкую пленку, приведенную внешними силами в состояние сильного натяжения». В области строительства под мембраной, как правило, подразумевается «полимерная гидроизоляционная пленка большой площади».

Но мы будем пользоваться другим определением, данным Химической энциклопедией; «мембрана - разделительная перегородка с преимущественной проницаемостью какого-либо компонента жидкой либо газовой смеси». Движущей силой диффузионного движения является разность парциального давления и концентрации проникающего компонента. Для конкретизации названий паропроницаемых изоляционных материалов часто используют определения, обозначающие одни и те же свойства: диффузионные, дышащие, паропроницаемые, паропроводящие, паровыводящие,  пародиффузионные, парорегулирующие, ветроизоляционные, ветро-гидроизоляционные (так как для ветро-изоляции строений могут использоваться только паропроницаемые материалы), высокопаропроницаемые, супердиффузионные. Неразбериха в названиях свидетельствует о том, что недавно появившийся на отечественных стройках класс новых стройматериалов требует удобного и понятного определения. Для таких материалов в США принято название, определяющее область их применения: hausewrap - обертка для дома, понятное всем слоям населения. В Европе название определяет главное свойство материалов:breathable films - дышащие пленки. Мы выберем название «строительные диффузионные мембраны» с уточнением степени проницаемости

• Диффузионная мембрана (пароприницаемость от 400 до 1000 г/квм в сутки);
• Супердиффузионная мембрана (паропроницаемость от 1000 и выше г/квм в сутки);
• Псевдодиффузионная мембрана ( паропроницаемость 20-300 г/квм в сутки, то есть паропроницаемость присутствует, но уровень ее недостаточен для применения в строительной области в качестве диффузионных мембран)

Назначение диффузионных мембран.

Диффузионные мембраны - это второй уровень защиты фасадных и кровельных  строительных утепленных конструкций от проникновения влаги и ветра. Наивно считать, что ограждающие конструкции, покрытие фасадными плитами, штукатуркой, сайдингом, доской,  кирпичом, кровельными элементами - непроницаемы для воды. Вода проникает через них под действием ветрового давления, сил тяжести и капиллярного всасывания. Проблемными являются стыки окон, дверей, соединения облицовки и дефекты монтажа. Известно, что утеплители на основе минеральных волокон (минплита и стекловата) обеспечивают максимальные заявленные теплоизоляционные параметры при условии защиты от увлажнения и продувания. Пароизоляция защищает от проникновения и конденсации влажного воздуха из помещения, а внешняя гидро - ветроизоляционная мембрана - от продувания холодным воздухом и попадания влаги извне. Способность мембраны проводить водяной пар  обеспечивает постоянное удаление влаги из толщи теплоизоляции и всей строительной конструкции. Применение в вентилируемых фасадах отдельно выполненного  гидро-ветроизоляционного экрана обеспечивает сохранение теплоизолирующих свойств системы на весь срок его эксплуатации. Кроме этого применение  диффузионной мембраны в утепленных мансардах позволяет оптимизировать строительство. На первом этапе на стропилах укрепляется мембрана и проводятся строительные работы в доме, защищенном от дождя. Параллельно идет монтаж кровли с вентзазором над диффузионной мембраной. На втором этапе изнутри мансарды  укладывается утеплитель вплотную к мембране, затем устанавливаются Пароизоляция и внутренняя отделка.

Если использовать в качестве подкровельной гидроизоляции пароизолирующий материал, армированную или перфорированную пленку, то на втором этапе сложно изнутри установить утеплитель с вентзазором над ним. Но даже если это удается, то утеплитель останется открытый в вентзазоре, что недопустимо в условиях российского климата.

Основные характеристики и требования к строительным диффузионным мембранам.

Перечисленным требованиям, которым должна отвечать полноценная строительная диффузионная мембрана для гидро-ветроизоляции кровель и фасадов.

- Поверхностная плотность материала - вес 1квм. Поверхностная плотность показывает массу материала, от которой в основном и зависит механическая прочность. Толщину мягких материалов приводить  не принято, так как  она меняется в зависимости от способа ее измерения ( от удельного давления измерительного инструмента)

- Высокая механическая прочность обеспечивает стойкость к повреждениям при монтаже кровли, а также к разрыву при воздействии сильного ветра на фасады. Повреждения непрочных мембран невозможно найти и отремонтировать после установки кровли или фасадного покрытия.

- Паропроницаемость, г/квм в сутки (эквивалентна влагопроницаемости) - показывает массу газообразной влаги, прошедшей через удельную поверхность за сутки при определенном давлении водяного пара. Полноценная строительная мембрана должна иметь паропроницаемость не менее 1000г/квм в сутки: минимально допустимая паропроницаемость для удаления влаги из утеплителя составляет около 400-500г/квм в сутки. Необходимость в высокой паропроницаемости мембран вызвана тем, что процессы диффузии влаги являются медленно развивающимися и изменения заметны только через суточные интервалы. В  то же время в течение суток происходят резкие изменения температуры и влажности атмосферного воздуха, к котором работает мембрана. При этом скорость диффузии влаги может значительно уменьшиться и даже изменить свое направление, что происходит при дождях и туманах, когда относительная влажность атмосферного воздуха близка к 100%, а влажность комнатного воздуха составляет 50-60%. Газообразная влага всегда проникает в конструкции и утеплитель, и очень важно с максимально возможной скоростью вывести ее в то время, когда внешние условия позволяют это сделать.

Заявленная паропроницаемость мембран является максимально возможной и неприменимой для расчетов по влагопереносу (ее измерение проводится при комнатной температуре и максимальной разности влажности с разных сторон материала Рабочая паропроницаемость мембраны значительно меньше заявленной, так как скорость диффузионных процессов резко снижается (экспоненциально) при снижении температуры. А именно при низких температурах, когда усиливаются процессы конденсации влаги, диффузионная мембрана должна эффективно удалять влагу из конструкции.

Кроме  этого применение супердиффузионных мембран является гарантией надежной работы системы утепления даже при небольшой дефектности пароизоляции, возможность которой всегда присутствует.

Применение мембран с малой паропроницаемостью ведет к риску накопления воды в утеплителе при малейших дефектах пароизоляции, которые трудно обнаружить и проконтролировать.

- Воздухопроницаемость, мл/мин - отражает ветрозащитную способность мембран, то есть объем воздуха, проходящий под стандартным давлением через единицу поверхности материала.  Применение ветрозащиты в домостроении приводит к экономии отопительных ресурсов до 40%.

Кроме защиты от продувания холодным воздухом мембрана исполняет роль преграды от утечки теплого воздуха из утеплителя. В самом деле, если утеплитель не имеет внешней оболочки, то теплый воздух покидает высокопроницаемый утеплитель,  и его теплоизолирующая способность резко падает. Кроме этого работа утеплителя (минеральной ваты) в открытом состоянии не благоприятна для окружающей среды из-за выноса минерального волокна вентиляционным потоком. Полноценная  ветрозащитная мембрана должна иметь воздухопроницаемость близкую к нулю.

- Водонепроницаемость - способность выдерживать кратковременное давление воды.

Давление измеряется в кг/квм, но более нагляден показатель в «метрах водного столба». Надо отметить, сто длительное давление воды диффузионные мембраны любых типов выдерживать не способны. Поэтому они являются гидроизоляцией только для скатных крыш и для фасадов, то есть конструкций, где обеспечено стекание воды с мембраны и где отсутствует застойные зоны с длительным стоянием воды.

Надежная мембрана должна иметь водонепроницаемость более 1,5 метра водного столба. Высокое кратковременное давление воды на мембрану может возникать при ударе дождевой капли или при дожде с сильным ветром. Мембраны с низкой водонепроницаемостью, порядка 0,1-0,3м водного столба, не могут служить временной кровлей при строительстве дома и должны быть сразу накрыты кровельным покрытием.

- Долговечность - неизменность вышеприведенных параметров за весь срок эксплуатации здания - должна составлять более 50 лет.

Виды строительных мембран.

Перфорированные мембраны - это армированные пленки или комбинированные ткани  производства Чехии, Польши, Финляндии, России и других стран. В них воздух и водяной пар проходят через колотые отверстия диаметром примерно 0,5мм, которые расположены с частотой 2-3 отверстия на куб см. Воздух вместе с водным паром проходит через отверстия небольшой суммарной площади, поэтому паропроницаемость  таких  материалов крайне низка - до 40 г/квм в сутки. Данные материалы не могут использоваться в качестве паропроницаемой гидро-ветроизоляции утеплителя и являются псевдодиффузионными строительными мембранами. Водонепроницаемость у них невысокая, порядка 0,1м водного столба, по причине больших размеров отверстий. Назначение - подкровельная гидроизоляция холодных наклонных кровель. Устанавливаются они как пароизолирующие материалы - с двухсторонним вентзазором.

Незначительная паропроницаемость таких пленок дает возможность продавцам называть их диффузионными, что вводит в заблуждение потребителей.

Пористые волокнистые однослойные мембраны.

Производятся по технологии спанбонд, то  есть путем аэродинамической раскладки термопластичных волокон с последующим скреплением и уплотнением термическим способом. Данные материалы, имеющие структуру фильтра, имеют множество межволоконных пор, через которые воздух проходит вместе с содержащимся водяным паром.  Паропроницаемость прямо пропорциональна воздухопроницаемости и обратно пропорциональна водонепроницаемости и зависит от размера пор и степени гидрофильности их  стенок. Однослойные волокнистые нетканые материалы подразделяются по виду и размеру волокна.

Мембраны на основе полиэтиленового (ПЭНД) волокна.

Полиэтиленовый спанбонд («Тайвек» производства Швейцарии) за счет сравнительно тонких волокон имеет небольшой размер пор, обеспечивающих достаточную комбинацию свойств: плотность - 60-80г/квм,  паропроницаемость - 750 г/квм в сутки,

Водонепроницаемость 1м водного столба, воздухопроницаемость - около 60 мл/мин

«Тайвек» разработан более 40 лет назад и широко применяется для производства рабочей и медицинской одежды, ветро-гидроизоляции в строительстве, подложек для печати в наружной рекламе и других областях. Однако увеличение механической прочности и толщины однослойного материала, состоящего из данных волокон, затруднено из-за снижения паропроницаемости.

Мембраны на основе полипропиленового (ПП) волокна. Полипропиленовые спанбонды (производства Дании, Германии, Чехии,Польши,Китая, Кореи, России и так далее) за счет более толстого волокна и крупных пор имеют низкие ветрозащитные и гидроизоляционные свойства, но высокую механическую прочность:

• плотность - 100-180г/квм
• воздухопроницаемость - до 6000 мл/мин;
• паропроницаемость - около 2000 г/квм в сутки
• водонепроницаемость - около 0,1м водного столба

Применяются в производстве мебели, обуви, одежды, кожгалантереи и других областях легкой промышленности. В развитых странах редко используют для гидро-ветроизоляции по причине высокой воздухопроницаемости и низкой гидроизолирующей способности. В России эти материалы пока еще не находят широкое применение благодаря более низкой цене по сравнению со специализированными строительными мембранами.

Мембраны на основе целлюлозного волокна с гидрофобной пропиткой.

Целлюлозные материалы (Sisalkraft - производства Великобритании , 15 Pound Felt-производства США, «Славет» - производства России) характеризуются малым размером пор, что определяет их характеристики: плотность - 80-180г/квм, паропроницаемость - до 1000 г/квм в сутки, водонепроницаемость - выше 2м водного столба, воздухопроницаемость - около 100 мл/мин

Целлюлозные материалы имеют низкую стойкость к надрыву из-за малого относительного удлинения при растяжении (2-5%). Эта особенность требует аккуратной работы по их установке и учета возможности изменения линейных размеров строительной конструкции Применяются для ветро, влагозащиты в щитовом, каркасном домостроении Имеют низкую цену наряду с достаточными характеристиками.

О недостатках мембран, имеющих поры.

Необходимость в дальнейшем улучшении свойств строительных диффузионных мембран была вызвана естественными особенностями однослойных волокнистых материалов - жестоко связанными параметрами, не позволяющими получить комбинацию максимальных свойств.

Кроме этого у волокнистых материалов - как у любого пористого фильтра, возможно загрязнение пор и снижение паропроницаемости При определенных условиях - повышенной запыленности воздуха (городские условия, близко расположенная дорога, пахотное поле, пыльца цветущих растений и т п) в сухую или жаркую погоду пыль из вентзазора притягивается к наэлектризованной мембране и закрывает поры Электризуемость полимеров зависит от их объемного и поверхностного удельных  сопротивлений . Для получения возможно более тонких волокон используются полимеры высокой степени очистки, имеющие белый цвет.

Окрашенные полимеры электризуются значительно меньше. Введение в массу этих полимеров пигментов, состоящих из соединений металлов, имеющих полупроводящие свойства, приводит к снижению электрического сопротивления и устранению электризации материала.

Цвет диффузионных мембран имеет большое значение для строителей. Материалы, которые производятся специально для кровельных работ не должны быть белыми или серебристыми, так как могут ослепить монтажников в солнечную погоду. Также мембраны, предназначенные для наклонных кровель, не должны быть скользкими,  а должны иметь шероховатую поверхность, предохраняющую от скольжения материалов и инструментов.

Трехслойные пленочные мембраны

Дальнейшее совершенствование диффузионных мембран стало воз можным при применении трехслойной конструкции, где разные слои отвечают за разные функции и имеют свои максимально возможные характеристики.

Около 10 лет назад были найдены способы получения сплошных полимерных пленок, одновременно обладающих высокой паропроницаемостью (до 5000г/квм в сутки) и гидроизолирующей способностью (до 5 м водн. Столба) В отличие от пористых мембран пленочные мембраны не пропускают воздух. Способы получения супердиффузионных пленок заключаются в введении в матрицу термопластов несовместимых полимеров или неорганических микрочастиц При этом внутри сплошной пленки образуется система границ раздела фаз.

Последующая механическая обработка пленки ослабляет межфазные связи, в результате чего межфазные границы, с размерами в несколько десятков нанометров, получают большую поверхностную энергию и избирательно абсорбируют молекулы воды, имеющие высокую полярность.

По этим межфазным границам через пленку с высокой скоростью транспортируются отдельные молекулы газообразной воды, (пара), имеющие размеры 0,28 нанометра. Движущей силой  диффузии молекул воды является разность концентрации влаги по сторонам пленки. Жидкая вода, состоящая из агрегированных молекул, связанных между собой водородными связями, так  называемых ассоциатов, с размерами порядка 0,1мм не способна проникать в межфазную систему многокомпонентного полимера.

Только приложение большого внешнего давления (4-5 м водного столба) позволяет жидкой, связанной воде проникать через такую диффузионную мембрану.

В отличие от пористых мембран такие супердиффузионные пленки не теряют паропроницаемости, так как не имеют отверстий, которые могут засоряться.

Малая механическая прочность  таких пленок, плотностью 30-60 г/квм компенсируется трехслойной конструкцией, в которой внешние слои полипропиленового спанбонда могут иметь любую требуемую механическую прочность без нарушении паропроницаемости. Также во внешние слои свободно вводятся различные добавки - красители, антипирены, антистатики, УФ-стабилизаторы и др

Трехслойные мембраны различных производителей отличаются в основном способом соединения компонентов При термическом способе соединения пленки с неткаными полотнами полученный материал обладает высокой стабильностью и не изменяет своих размеров при нагревании до 80-100 С При клеевом способе соединения  возможно коробление и изменение размеров при нагревании мембран под кровлей.

Трехслойные пленочные мембраны «Тektoten».  (производства Германии)

Представляют новый класс супердиффузионных пленочных мембран, обладающих комплексом высоких эксплуатационных  свойств :  плотность-105,125,140,160 г/квм, паропроницаемость-  более 1000г/квм в сутки, водонепроницаемость - не менее 4м водного столба, воздухопроницаемость - около 2 мл/мин.

Высокая паропроницаемость мембран не уменьшается  при эксплуатации в запыленной среде. Ветрозащитная способность мембран является действительно стопроцентной Различная плотность мембран позволяет выбрать требуемую механическую прочность для разных конструкций, от теплых кровель до систем утепления вентилируемых фасадов многоэтажных зданий. Сертификат соответствия Госстроя России №0312392 номинирует  вышеуказанную мембрану для устройства ветро, влагозащиты в кровлях и стенах зданий и сооружений.

Двухслойные пленочные мембраны.

Двухслойные пленочные мембраны производства Германии, Польши, Китая, Кореи являются удешевленной разновидностью трехслойных мембран, где отсутствует одна из защитных подложек. Однако незначительное удешевление (на 20-30%) приводит к резкому падению надежности при применении их на стройке. Тонкая полимерная пленка теряет гидроизоляционные свойства при любом легком повреждении.

Такие двухслойные мембраны плотностью 40-80 г/квм широко используются в развитых странах для производства одноразовых гигиенических пеленок, прокладок, медицинской одежды, антисептической упаковки, защиты от радиоактивной пыли и так далее.

Предложение на российском рынке таких гигиенических материалов в качестве современных строительных материалов приводит к дальнейшей неразберихе в области диффузионных мембран.

Стремление сэкономить 50 долларов на 100квм подкровельной пленки, применив неспециализированный материал, часто приводит к нарушению работы всей системы теплоизоляции и последующей перестройке мансард и вентилируемых фасадов с полной разборкой внешней облицовки.

Нелидов А.Ю.