เคมีของวัสดุกันซึม กลไกที่ทำให้ทน ไม่ซึม และยึดเกาะ

สามคำถามที่อธิบายทุกอย่าง

เวลาประเมินวัสดุกันซึม แทนที่จะไล่อ่านสเปกทีละบรรทัด ให้ถามสามคำถามนี้ แล้วคุณสมบัติที่เหลือจะอธิบายตัวเองได้เกือบทั้งหมด

• แข็งตัวด้วยกลไกอะไร ตัวทำละลายระเหย น้ำระเหย หรือเกิดปฏิกิริยาเคมี คำตอบนี้กำหนดการหดตัว ความเร็ว และเงื่อนไขที่ทำงานได้
• เมื่อแข็งตัวแล้วโครงสร้างเป็นแบบไหน เชื่อมขวางเป็นร่างแหหรือเป็นสายพอลิเมอร์ที่วางซ้อนกัน คำตอบนี้กำหนดการทนความร้อน ทนเคมี และการดูดซึมน้ำ
• ยึดกับพื้นผิวและกับตัวเองด้วยพันธะแบบใด เกี่ยวเชิงกล ดึงดูดทางกายภาพ หรือพันธะเคมี คำตอบนี้กำหนดว่าเมื่อน้ำเข้าถึงรอยต่อแล้วจะยังยึดอยู่หรือไม่

กลไกที่ 1 แข็งตัวอย่างไร

แข็งตัวทางกายภาพ

ตัวทำละลายหรือน้ำระเหยออกไป อนุภาคพอลิเมอร์ที่เหลือเข้ามาชิดกันแล้วเชื่อมรวมเป็นฟิล์ม ไม่มีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้น พอลิเมอร์ยังเป็นสายยาวที่ไม่ได้เชื่อมขวางกัน จึงยังอ่อนตัวได้เมื่อร้อนและถูกทำให้บวมได้ด้วยตัวทำละลายหรือน้ำ

ผลที่ตามมาที่สำคัญที่สุดคือการหดตัวตามปริมาตร ฟิล์มเปียกหนา 1 มิลลิเมตรที่มีเนื้อของแข็ง 50 เปอร์เซ็นต์ จะเหลือฟิล์มแห้งประมาณครึ่งเดียว นี่คือเหตุผลที่ระบบประเภทนี้ต้องทาหลายเที่ยวเพื่อให้ได้ความหนาที่ต้องการ และเป็นเหตุผลที่ความหนาจริงหน้างานมักน้อยกว่าที่ระบุในสเปก

แข็งตัวด้วยปฏิกิริยาเคมี

โมเลกุลตั้งต้นทำปฏิกิริยากันจนกลายเป็นร่างแหสามมิติ ไม่มีอะไรระเหยออกไป ปริมาตรจึงแทบไม่เปลี่ยน ฟิล์มเปียก 2 มิลลิเมตรให้ฟิล์มแห้งประมาณ 2 มิลลิเมตร และเมื่อเชื่อมขวางแล้วจะไม่กลับไปอ่อนตัวอีกเมื่อโดนความร้อนหรือตัวทำละลาย

ปฏิกิริยาที่ใช้กันมีสี่แบบหลัก คือปฏิกิริยาอนุมูลอิสระของหมู่เมทาคริเลต ปฏิกิริยาระหว่างไอโซไซยาเนตกับหมู่ไฮดรอกซิล ปฏิกิริยาเปิดวงอีพ็อกไซด์ด้วยเอมีน และปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสของหมู่ซิเลนตามด้วยการควบแน่น แต่ละแบบให้พฤติกรรมหน้างานต่างกันมาก

สิ่งที่ปฏิกิริยาปล่อยออกมา สำคัญกว่าที่คิด

ปฏิกิริยาบางแบบมีผลพลอยได้เป็นแก๊ส บางแบบไม่มี ข้อนี้ตัดสินโดยตรงว่าวัสดุนั้นทำงานบนพื้นผิวชื้นได้หรือไม่

โพลียูรีเทนชนิดหนึ่งส่วนผสมแข็งตัวด้วยความชื้น โดยหมู่ไอโซไซยาเนตทำปฏิกิริยากับน้ำแล้วปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา ถ้าความชื้นมีมากเกินไป แก๊สจะเกิดเร็วกว่าที่ฟิล์มจะยอมให้ระบายออก ผลคือฟองอากาศและรูเข็มในเนื้อฟิล์ม ซึ่งเป็นสาเหตุคลาสสิกของงาน PU ที่ล้มเหลวในภูมิอากาศชื้น

ส่วนวัสดุตระกูลซิเลนปล่อยแอลกอฮอล์ปริมาณเล็กน้อยแทนแก๊ส จึงไม่เกิดฟองแม้พื้นผิวจะชื้น นี่คือเหตุผลเชิงเคมีที่วัสดุตระกูลนี้ลงบนผิวปูนซีเมนต์ที่ชื้นได้ ไม่ใช่เพราะสูตรพิเศษของยี่ห้อใดยี่ห้อหนึ่ง

กลไกที่ 2 ทำไมน้ำถึงซึมผ่านไม่ได้

ฟิล์มกันน้ำไม่ได้ทำงานเหมือนกำแพงทึบ แต่ทำงานด้วยสามอย่างพร้อมกัน

ความหนาแน่นของการเชื่อมขวาง

ยิ่งร่างแหถี่ ช่องว่างระหว่างสายพอลิเมอร์ยิ่งเล็ก โมเลกุลน้ำแทรกผ่านได้ยากขึ้น อีพ็อกซี่มีความหนาแน่นการเชื่อมขวางสูงมากจึงกันการซึมผ่านได้ดีเยี่ยม แต่ข้อแลกเปลี่ยนคือร่างแหที่ถี่เกินไปทำให้แข็งและยืดตัวไม่ได้ ซึ่งเป็นปัญหากับรอยแตกที่ขยับ

ความชอบน้ำของโครงสร้างหลัก

โครงสร้างที่ไม่ชอบน้ำจะผลักน้ำออก ส่วนหมู่ที่ชอบน้ำจะดึงน้ำเข้ามา ประเด็นนี้สำคัญมากกับระบบสูตรน้ำ เพราะต้องใช้สารลดแรงตึงผิวเพื่อให้อนุภาคพอลิเมอร์กระจายตัวในน้ำได้ และสารเหล่านั้นยังคงอยู่ในฟิล์มหลังน้ำระเหยไปแล้ว กลายเป็นเส้นทางที่ชอบน้ำอยู่ในเนื้อฟิล์ม ซึ่งเป็นกลไกที่ทำให้ฟิล์มขาวขุ่นและอ่อนตัวเมื่อแช่น้ำนาน

ความต่อเนื่องของฟิล์ม

ข้อนี้เป็นเรื่องหน้างานมากกว่าเรื่องเคมี แต่ในทางปฏิบัติทำให้ระบบล้มเหลวบ่อยที่สุด รูเข็มเดียวก็ทำให้ทั้งผืนไม่กันน้ำ และจุดที่ฟิล์มบางกว่าที่ระบุคือจุดที่จะเสื่อมก่อน การเสริมแผ่นใยสังเคราะห์จึงมีบทบาทสำคัญ ไม่ใช่แค่เพิ่มความแข็งแรงดึง แต่ควบคุมให้ความหนาสม่ำเสมอทั้งพื้นที่ เพราะแผ่นใยทำหน้าที่เป็นตัวกำหนดปริมาณเรซินที่อุ้มไว้ได้

กลไกที่ 3 พันธะยึดเกาะสามระดับ

คำว่ายึดเกาะดีในเอกสารการตลาดไม่ได้บอกว่าเป็นการยึดเกาะแบบไหน ซึ่งต่างกันมากเมื่อมีน้ำเข้ามาเกี่ยวข้อง

ระดับที่ 1 การเกี่ยวเชิงกล

เรซินไหลลงไปในรูพรุนและร่องของพื้นผิวแล้วแข็งตัวคาอยู่ตรงนั้น เหมือนรากที่หยั่งลงไป การเตรียมพื้นผิวด้วยการขัดเปิดหน้าคือการสร้างการยึดเกาะระดับนี้ให้มากขึ้น ข้อจำกัดคือมันขึ้นกับความแข็งแรงของผิวชั้นบนสุดของพื้นผิว ถ้าผิวเป็นผงหรือยุ่ย รากที่หยั่งลงไปก็ยึดกับสิ่งที่หลุดง่ายอยู่ดี

ระดับที่ 2 แรงดึงดูดทางกายภาพ

แรงระหว่างโมเลกุลและพันธะไฮโดรเจนระหว่างฟิล์มกับพื้นผิว แรงเหล่านี้ไม่ใช่พันธะเคมีถาวร และน้ำเป็นโมเลกุลที่สร้างพันธะไฮโดรเจนได้เก่งมาก เมื่อน้ำแทรกไปถึงรอยต่อได้ มันจะเข้าไปแทนที่พันธะเหล่านี้ทีละจุด ทำให้แรงยึดเกาะลดลงเรื่อย ๆ กระบวนการนี้คือการหลุดร่อนจากการแทรกของน้ำ ซึ่งอธิบายว่าทำไมงานที่ทดสอบแรงดึงตอนส่งมอบผ่านสบาย แต่ล่อนในปีที่สาม

ระดับที่ 3 พันธะเคมีโคเวเลนต์

ฟิล์มสร้างพันธะเคมีกับพื้นผิวโดยตรง ตัวอย่างที่ชัดคือหมู่ซิลานอลที่เกิดจากการไฮโดรไลซิสของซิเลน ซึ่งควบแน่นกับหมู่ซิลานอลบนผิววัสดุแร่ธาตุอย่างคอนกรีต เกิดเป็นพันธะซิลิกอนออกซิเจนซิลิกอน พันธะแบบนี้ไม่ถูกน้ำแทนที่ได้ง่ายเหมือนระดับที่ 2

การยึดเกาะระหว่างชั้น ประเด็นที่ถูกมองข้ามที่สุด

วัสดุที่แข็งตัวเป็นร่างแหแล้วมักไม่ยอมรับชั้นใหม่ด้วยพันธะเคมี ต้องอาศัยการขัดสร้างผิวหยาบและต้องทาทับภายในช่วงเวลาที่กำหนด ถ้าเลยช่วงนั้นแล้วขัดไม่ดีพอ รอยต่อระหว่างชั้นจะกลายเป็นระนาบอ่อนที่รอวันแยก

ข้อยกเว้นที่สำคัญคือ PMMA เพราะโมโนเมอร์ในชั้นใหม่แทรกซึมเข้าไปทำให้ผิวของ PMMA ที่แข็งตัวแล้วบวมและเปิดร่างแหออก แล้วสายพอลิเมอร์ใหม่พันเกี่ยวเข้ากับร่างแหเดิมในระดับโมเลกุล ผลคือชั้นใหม่กับชั้นเก่ากลายเป็นเนื้อเดียวกันจริง ไม่ใช่แค่ซ้อนกัน คุณสมบัตินี้ทำให้ซ่อมเฉพาะจุดหรือต่อเติมพื้นที่ในภายหลังได้โดยไม่สร้างรอยต่อใหม่ ซึ่งมีค่ามากกับอาคารที่ต้องบำรุงรักษาเป็นระยะ

ไล่ทีละตระกูล อะคริลิก

กลไกการแข็งตัว อนุภาคพอลิเมอร์อะคริลิกกระจายตัวอยู่ในน้ำ เมื่อน้ำระเหยอนุภาคจะเข้ามาชิดกันและเชื่อมรวมเป็นฟิล์ม เป็นการแข็งตัวทางกายภาพเป็นหลัก สูตรทั่วไปไม่มีการเชื่อมขวางทางเคมี บางสูตรที่เรียกว่าอะคริลิกยืดหยุ่นอาจมีการเชื่อมขวางเล็กน้อย แต่ยังห่างจากร่างแหของระบบทำปฏิกิริยามาก

ผลที่ตามมา ฟิล์มยังเป็นเทอร์โมพลาสติก จึงอ่อนตัวเมื่อร้อนและกลับมาอ่อนตัวได้เมื่อแช่น้ำนาน สารลดแรงตึงผิวที่ตกค้างในฟิล์มสร้างเส้นทางที่ชอบน้ำ ทำให้ดูดซึมน้ำและขาวขุ่นเมื่อมีน้ำขัง การหดตัวจากการระเหยของน้ำทำให้ต้องทาหลายเที่ยวเพื่อให้ได้ความหนา และการแข็งตัวขึ้นกับสภาพอากาศ ถ้าความชื้นสูงหรืออุณหภูมิต่ำ น้ำระเหยไม่ทันก่อนฝนตกครั้งถัดไป

ข้อดีที่ควรให้เครดิต โครงสร้างหลักของอะคริลิกทนรังสียูวีได้ดีจริง ไม่เหลืองและไม่สลายตัวจากแสงเหมือนวัสดุอะโรมาติกบางชนิด ปัญหาของมันในงานหลังคาไทยจึงไม่ใช่เรื่องยูวีเป็นหลัก แต่เป็นความหนาที่ได้จริงน้อย ความไวต่อน้ำขัง และการที่มันไม่ปิดจุดที่มีของทะลุผ่าน

โพลียูรีเทน

กลไกการแข็งตัว มีสองแบบ แบบหนึ่งส่วนผสมอาศัยความชื้นในอากาศและพื้นผิวทำปฏิกิริยากับหมู่ไอโซไซยาเนต เกิดพันธะยูเรียพร้อมปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ ส่วนแบบสองส่วนผสมใช้พอลิออลทำปฏิกิริยากับไอโซไซยาเนตโดยตรง ควบคุมได้ดีกว่าและปล่อยแก๊สน้อยกว่ามาก

จุดแข็งเชิงโครงสร้าง พันธะยูรีเทนให้ความยืดหยุ่นสูง ยืดตัวได้มาก จึงปิดรอยแตกที่ขยับได้ดี เป็นวัสดุที่สมดุลระหว่างความยืดหยุ่นกับความทนทานได้ดีที่สุดตระกูลหนึ่ง

จุดอ่อนที่ต้องเข้าใจ ข้อแรกคือแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จากปฏิกิริยาแบบหนึ่งส่วนผสม ซึ่งทำให้เกิดฟองเมื่อพื้นผิวชื้นเกินไป ข้อที่สองคือโครงสร้างหลักบางประเภทที่ใช้พันธะเอสเทอร์จะถูกน้ำแยกสลายได้ในสภาพร้อนชื้น ทำให้เสื่อมเร็วกว่าที่ควรในภูมิอากาศแบบไทย ส่วนแบบที่ใช้โครงสร้างอีเทอร์ทนไฮโดรไลซิสได้ดีกว่ามาก ข้อที่สามคือชนิดอะโรมาติกจะเหลืองและฝุ่นขาวเมื่อโดนแดด จึงต้องปิดด้วยชั้นอะลิฟาติกที่ทนยูวี

เรื่องสุขภาพ ไอโซไซยาเนตเป็นสารที่อาจกระตุ้นอาการแพ้ในระบบทางเดินหายใจ การทำงานในพื้นที่อับอากาศจึงต้องมีมาตรการป้องกันเพิ่ม ซึ่งเป็นข้อจำกัดจริงในงานอาคารที่มีคนใช้งานอยู่

อะโรมาติกกับอะลิฟาติก ความต่างที่ตัดสินอายุงานกลางแดด

ภายในตระกูล PU และโพลียูเรีย ยังแบ่งย่อยได้อีกตามชนิดของไอโซไซยาเนตที่ใช้ ซึ่งเป็นการแบ่งที่มีผลกับอายุการใช้งานกลางแดดมากที่สุด แต่แทบไม่เคยถูกระบุในใบเสนอราคาที่เจ้าของอาคารได้รับ

ต่างกันตรงไหน

ชนิดอะโรมาติกมีวงเบนซีนอยู่ในโมเลกุล ส่วนชนิดอะลิฟาติกไม่มี วงเบนซีนดูดกลืนรังสียูวีได้ดี และพลังงานที่ดูดไว้จะไปตัดสายพอลิเมอร์และสร้างหมู่ที่มีสีขึ้นมา ผลที่เห็นคือฟิล์มเหลือง ผิวกลายเป็นฝุ่นขาว และเนื้อวัสดุเปราะลง

ทำไมไม่ใช่แค่เรื่องความสวยงาม

อาการฝุ่นขาวคือการที่เนื้อฟิล์มชั้นบนสลายตัวและหลุดออกไปจริง ๆ ทีละชั้น ความหนาที่เหลือจึงลดลงตามเวลา และการที่วัสดุเปราะลงหมายความว่าความสามารถปิดรอยแตกที่ขยับตัวลดลงด้วย ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่เราจ่ายเงินซื้อตั้งแต่แรก การเหลืองจึงเป็นแค่สัญญาณที่มองเห็นได้ของสิ่งที่กำลังเกิดขึ้นข้างใน

ทำไมยังมีคนใช้อะโรมาติก

เพราะไอโซไซยาเนตชนิดอะลิฟาติกมีต้นทุนสูงกว่ามาก โครงสร้างที่ใช้กันทั่วไปจึงเป็นอะโรมาติกเป็นชั้นหลักแล้วปิดหน้าด้วยชั้นอะลิฟาติกบาง ๆ วิธีนี้ใช้ได้ผลจริงตราบใดที่ชั้นปิดหน้ายังอยู่ครบ แต่เมื่อชั้นบนสึกจากการเดินหรือหลุดเป็นบางจุด ชั้นล่างจะเริ่มเสื่อมทันทีจากจุดนั้น

จุดที่กลายเป็นช่องให้ลดของเงียบ ๆ

ใบเสนอราคาที่เขียนเพียงว่าระบบกันซึมโพลียูรีเทน โดยไม่ระบุว่าชั้นที่สัมผัสแสงแดดเป็นชนิดใด สองใบที่ดูเหมือนกันจึงอาจต่างกันหลายปีในอายุการใช้งานจริง และคำว่าทนยูวีบนเอกสารก็ไม่ได้แปลว่าเป็นอะลิฟาติกเสมอไป

คำถามที่ควรถามคือ ชั้นบนสุดที่สัมผัสแสงแดดใช้ไอโซไซยาเนตชนิดใด และมีผลทดสอบการเร่งสภาพอากาศหลังการเสื่อมสภาพหรือไม่ สองคำถามนี้แยกผู้เสนอราคาออกจากกันได้เร็วกว่าการเทียบตัวเลขคุณสมบัติทั้งหน้า

อีพ็อกซี่

กลไกการแข็งตัว วงอีพ็อกไซด์ถูกเปิดโดยหมู่เอมีนของสารทำแข็ง เกิดพันธะโคเวเลนต์เชื่อมขวางเป็นร่างแหที่หนาแน่นมาก

จุดแข็ง การยึดเกาะกับคอนกรีตสูงมากและทนสารเคมีได้ดีเยี่ยม อัตราการซึมผ่านของน้ำต่ำมาก เพราะร่างแหถี่ จึงเหมาะกับงานบุถังและงานพื้นอุตสาหกรรม รวมถึงใช้เป็นไพรเมอร์เพื่อสร้างการยึดเกาะให้ระบบอื่น

จุดอ่อน ร่างแหที่ถี่ทำให้แข็งและยืดตัวได้น้อย จึงปิดรอยแตกที่ขยับตัวไม่ได้ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมอีพ็อกซี่จึงไม่ใช่ตัวเลือกสำหรับหลังคาที่ต้องรับการยืดหดทุกวัน อีกข้อคือโครงสร้างอะโรมาติกทำให้ฝุ่นขาวและสีซีดเมื่อโดนแดดโดยตรง และปัญหาหน้างานที่พบบ่อยคือคราบเอมีนที่ผิว ซึ่งเกิดจากเอมีนทำปฏิกิริยากับความชื้นและคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศ ถ้าไม่ล้างออกก่อนทาชั้นถัดไป จะกลายเป็นชั้นแยกที่ทำให้ลอกล่อน

โพลียูเรีย

กลไกการแข็งตัว ไอโซไซยาเนตทำปฏิกิริยากับเรซินที่ปลายสายเป็นหมู่เอมีน ปฏิกิริยานี้เร็วมากจนเกิดเจลภายในไม่กี่วินาที จึงต้องพ่นด้วยเครื่องสองส่วนผสมแรงดันสูงที่ให้ความร้อน

จุดแข็ง เกิดฟิล์มหนาได้ในครั้งเดียว ความเหนียวและความแข็งแรงดึงสูงมาก และที่สำคัญคือปฏิกิริยาเร็วกว่าที่ความชื้นจะเข้ามาแทรก จึงไม่ค่อยมีปัญหาฟองอากาศเหมือน PU หนึ่งส่วนผสม

จุดอ่อนที่มักถูกละเลย ความเร็วเป็นดาบสองคม เพราะวัสดุแทบไม่มีเวลาไหลซึมเข้าไปในรูพรุนของพื้นผิว การยึดเกาะจึงขึ้นกับไพรเมอร์และการเตรียมพื้นผิวอย่างสมบูรณ์ ไม่มีพื้นที่ให้ผิดพลาดเลย นอกจากนี้ยังต้องใช้เครื่องมือเฉพาะและช่างที่ชำนาญ งานเก็บดีเทลด้วยมือทำได้ยาก และชนิดอะโรมาติกต้องมีชั้นปิดหน้าที่ทนยูวี

PMMA เรซินอะคริลิกชนิดทำปฏิกิริยา

กลไกการแข็งตัว ต่างจากอะคริลิกสูตรน้ำโดยสิ้นเชิงแม้ชื่อจะคล้ายกัน PMMA เป็นเรซินที่มีโมโนเมอร์เมทิลเมทาคริเลตเป็นองค์ประกอบ เมื่อผสมผงเร่งปฏิกิริยาซึ่งเป็นสารประเภทเปอร์ออกไซด์ จะเกิดอนุมูลอิสระที่จุดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันแบบลูกโซ่ โมโนเมอร์ต่อกันเป็นสายและเชื่อมขวางเป็นร่างแหด้วยองค์ประกอบที่มีหมู่ทำปฏิกิริยามากกว่าหนึ่งหมู่ ระบบกันซึมประเภทนี้จึงเป็นเทอร์โมเซ็ตที่ยืดหยุ่น ไม่ใช่แผ่นอะคริลิกแข็งแบบที่คนทั่วไปนึกถึง ปฏิกิริยานี้คายความร้อนและเกิดขึ้นเร็วมาก

ทำไมถึงกันฝนได้ในครึ่งชั่วโมง เพราะไม่ต้องรอให้อะไรระเหย ความเร็วขึ้นกับอัตราปฏิกิริยาซึ่งควบคุมได้ด้วยปริมาณผงเร่ง และปฏิกิริยาแบบนี้ยังเดินได้ที่อุณหภูมิต่ำ ต่างจากระบบที่ต้องอาศัยการระเหยซึ่งช้าลงมากเมื่ออากาศเย็นหรือชื้น

ทำไมความหนาที่ได้จึงตรงกับที่ลง เพราะเป็นระบบที่ของแข็งเกือบร้อยเปอร์เซ็นต์ ไม่มีตัวทำละลายหรือน้ำที่จะระเหยหายไป ฟิล์มเปียกเท่าไหร่ได้ฟิล์มแห้งประมาณนั้น จึงลงความหนาที่ต้องการได้ในขั้นตอนเดียวและตรวจสอบย้อนหลังได้จากปริมาณวัสดุที่ใช้ต่อพื้นที่

การเชื่อมกับชั้นเดิม จุดที่ต่างจากทุกตระกูล เมื่อลงชั้นใหม่ทับ PMMA ที่แข็งตัวแล้ว โมโนเมอร์ในชั้นใหม่จะแทรกซึมเข้าไปทำให้ผิวของชั้นเดิมบวมและเปิดร่างแหออก แล้วสายพอลิเมอร์ใหม่ที่เกิดขึ้นจะพันเกี่ยวเข้ากับร่างแหเดิมในระดับโมเลกุล ผลคือรอยต่อระหว่างชั้นหายไปในระดับโมเลกุล นี่คือเหตุผลเชิงเคมีที่ระบบนี้ซ่อมเฉพาะจุดและต่อเติมภายหลังได้โดยไม่สร้างจุดอ่อนใหม่ และเป็นสิ่งที่ระบบซึ่งอาศัยการขัดสร้างผิวหยาบทำไม่ได้

ข้อจำกัดที่ต้องยอมรับ โมโนเมอร์มีกลิ่นฉุนชัดเจนระหว่างทำงาน กลิ่นจะหมดไปเมื่อปฏิกิริยาเสร็จสิ้นและผิวที่แข็งตัวแล้วไม่มีกลิ่น เวลาใช้งานหลังผสมสั้น ต้องผสมผงเร่งในสัดส่วนที่แม่นยำ ผสมผิดจะบ่มผิด และต้องลงบนพื้นผิวที่แห้ง เพราะแม้ปฏิกิริยาจะไม่ได้อาศัยน้ำ แต่ฟิล์มน้ำบนผิวจะขวางการยึดเกาะ

STPE ซิเลนเทอร์มิเนเต็ดโพลีอีเทอร์

โครงสร้าง สายหลักเป็นโพลีอีเทอร์ ปลายสายถูกปิดด้วยหมู่ซิเลน จุดสำคัญคือไม่มีหมู่ไอโซไซยาเนตอยู่ในระบบเลย

กลไกการแข็งตัว ความชื้นทำให้หมู่อัลคอกซีซิเลนเกิดไฮโดรไลซิสกลายเป็นหมู่ซิลานอล จากนั้นซิลานอลควบแน่นกันเองเกิดพันธะซิลิกอนออกซิเจนซิลิกอน เชื่อมขวางเป็นร่างแห ผลพลอยได้ของปฏิกิริยานี้คือแอลกอฮอล์ปริมาณเล็กน้อยจากขั้นไฮโดรไลซิสและน้ำจากขั้นควบแน่น ทั้งสองอย่างไม่ใช่แก๊สที่จะขยายตัวเป็นฟองในเนื้อฟิล์มแบบคาร์บอนไดออกไซด์

ทำไมจึงลงบนผิวชื้นได้ สองเหตุผลประกอบกัน เหตุผลแรกคือไม่มีแก๊สเกิดขึ้นจึงไม่เกิดฟองแม้พื้นผิวจะชื้น ต่างจาก PU หนึ่งส่วนผสมโดยตรง เหตุผลที่สองคือหมู่ซิลานอลที่เกิดขึ้นสามารถควบแน่นกับหมู่ซิลานอลบนผิวของวัสดุแร่ธาตุอย่างคอนกรีตได้ เกิดเป็นพันธะเคมีกับพื้นผิว ซึ่งเป็นการยึดเกาะระดับที่สามตามที่อธิบายไว้ข้างต้น นี่คือเหตุผลที่ระบบนี้ยึดกับคอนกรีตที่ชื้นได้โดยไม่ต้องลงไพรเมอร์

ทำไมความชื้นที่ค้างอยู่จึงไม่ดันฟิล์มพอง เพราะฟิล์มยอมให้ไอน้ำผ่านได้ ค่าความต้านทานการแพร่ของไอน้ำเทียบเท่าชั้นอากาศประมาณ 2 เมตร ความชื้นในโครงสร้างจึงระบายออกได้ตามเวลาแทนที่จะสะสมจนเกิดแรงดันใต้ฟิล์ม

โครงสร้างอีเทอร์กับความทนไฮโดรไลซิส สายหลักที่เป็นอีเทอร์ไม่มีพันธะเอสเทอร์ให้น้ำเข้าไปแยกสลาย จึงทนสภาพร้อนชื้นได้ดี ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่มีค่ากับบ้านเรามากกว่าที่เอกสารต้นทางจากยุโรปจะเน้น

ข้อจำกัด ความทนสารเคมีโดยทั่วไปไม่สูงเท่าอีพ็อกซี่ และความแข็งแรงเชิงกลไม่สูงเท่า PMMA หรือโพลียูเรีย และเนื่องจากอาศัยความชื้นในการแข็งตัว ในสภาพอากาศแห้งมากจะแข็งตัวช้าลง การแข็งตัวโดยทั่วไปช้ากว่า PMMA พอสมควร โดยกันฝนได้ประมาณหนึ่งชั่วโมงและแข็งตัวเต็มที่ประมาณสองวัน และแม้จะลงบนผิวชื้นได้แต่ต้องไม่มีน้ำขัง

ตารางสรุปเปรียบเทียบ

ตระกูล	กลไกการแข็งตัว	ผลพลอยได้	ผิวชื้น	ยืดหยุ่น	จุดอ่อนหลัก
อะคริลิกสูตรน้ำ	น้ำระเหยแล้วอนุภาคเชื่อมรวม	น้ำ	ไม่ได้	ปานกลาง	ไม่เชื่อมขวาง อ่อนตัวเมื่อร้อนและแช่น้ำ หดตัวมาก
โพลียูรีเทน 1K	ไอโซไซยาเนตทำปฏิกิริยากับความชื้น	คาร์บอนไดออกไซด์	เสี่ยงเกิดฟอง	สูง	ฟองอากาศเมื่อชื้นเกิน ชนิดเอสเทอร์เสื่อมจากไฮโดรไลซิส
โพลียูรีเทน 2K	พอลิออลกับไอโซไซยาเนต	น้อยมาก	จำกัด	สูง	ต้องผสมแม่นยำ ชนิดอะโรมาติกไม่ทนยูวี
อีพ็อกซี่	เอมีนเปิดวงอีพ็อกไซด์	ไม่มี	มีสูตรเฉพาะ	ต่ำ	แข็ง ปิดรอยแตกที่ขยับไม่ได้ คราบเอมีนที่ผิว
โพลียูเรีย	ไอโซไซยาเนตกับเอมีน เร็วมาก	ไม่มี	ทนได้ดี	สูง	เร็วจนต้องพึ่งไพรเมอร์และการเตรียมผิวเต็มร้อย ต้องใช้เครื่องพ่นเฉพาะ
PMMA	พอลิเมอไรเซชันอนุมูลอิสระ	ไม่มี	ต้องแห้ง	สูง	กลิ่นแรงขณะทำงาน เวลาใช้งานหลังผสมสั้น ต้องใช้ช่างที่อบรมมา
STPE	ไฮโดรไลซิสของซิเลนแล้วควบแน่น	แอลกอฮอล์เล็กน้อย	ลงได้	สูง	ทนเคมีและความแข็งแรงเชิงกลไม่สูงเท่าอีพ็อกซี่และ PMMA

ตารางนี้เป็นภาพรวมของตระกูลวัสดุ ไม่ใช่ของผลิตภัณฑ์ใดผลิตภัณฑ์หนึ่ง สูตรภายในแต่ละตระกูลต่างกันได้มาก และผลิตภัณฑ์ที่ดีในตระกูลที่มีข้อจำกัด ย่อมดีกว่าผลิตภัณฑ์ที่แย่ในตระกูลที่ดูเหนือกว่าบนกระดาษ

ทำไมค่า elongation สูง ไม่ได้แปลว่าทน

ตัวเลขที่ถูกใช้เปรียบเทียบวัสดุกันซึมในบ้านเรามากที่สุดคือค่าการยืดตัว ณ จุดขาด ตัวเลขนี้มีประโยชน์ แต่ถูกใช้ผิดบ่อยจนกลายเป็นสาเหตุของการเลือกวัสดุผิดพลาด เพราะมันตอบคำถามที่เราไม่ได้ถามจริง ๆ

สามข้อจำกัดของตัวเลขนี้

ข้อแรก วัดจากการดึงครั้งเดียวจนขาด แต่รอยแตกบนอาคารจริงไม่ได้เปิดครั้งเดียวแล้วหยุด มันเปิดและปิดตามอุณหภูมิทุกวัน หลายพันรอบตลอดอายุการใช้งาน สิ่งที่ต้องรู้จึงไม่ใช่ว่ายืดได้กี่เปอร์เซ็นต์ก่อนขาด แต่คือทนการยืดหดซ้ำได้กี่รอบก่อนล้า

ข้อสอง วัดจากฟิล์มอิสระที่ไม่ได้ยึดกับอะไร ตัวอย่างทดสอบเป็นแผ่นฟิล์มที่ลอกออกมาแล้วดึงสองปลาย ความเครียดกระจายทั่วทั้งชิ้นเท่า ๆ กัน แต่ในระบบจริงฟิล์มยึดติดกับพื้นผิวเต็มพื้นที่ เมื่อรอยแตกใต้ฟิล์มเปิด ความเครียดทั้งหมดจะไปกระจุกอยู่ในแถบแคบ ๆ เหนือรอยแตกเท่านั้น ฟิล์มที่ยืดได้ 400 เปอร์เซ็นต์ในห้องทดลอง อาจรับการเปิดรอยแตกเพียงไม่กี่มิลลิเมตรไม่ไหว ถ้าแถบที่รับความเครียดนั้นแคบเกินไป

ข้อสาม วัดตอนวัสดุยังใหม่ และนี่คือข้อที่สำคัญที่สุด

ค่าการยืดตัวลดลงตามอายุ และนี่คือกลไก

ฟิล์มกันซึมแข็งขึ้นตามเวลาจากสี่กลไกที่เกิดพร้อมกัน

• การตัดสายจากรังสียูวี พลังงานจากแสงตัดสายพอลิเมอร์ให้สั้นลง สายที่สั้นลงยืดได้น้อยลง
• การเชื่อมขวางเพิ่มจากความร้อนและออกซิเจน ร่างแหถี่ขึ้นเรื่อย ๆ ฟิล์มจึงแข็งขึ้นและยืดได้น้อยลง
• การสูญเสียสารเพิ่มความอ่อนตัว สารที่ทำให้ฟิล์มนุ่มระเหยหรือเคลื่อนออกจากเนื้อฟิล์มตามเวลา
• ไฮโดรไลซิส น้ำเข้าไปแยกสลายพันธะบางชนิด ทำให้โครงสร้างเสียความต่อเนื่อง

ผลรวมคือค่าการยืดตัวลดลงและค่าความแข็งเกร็งเพิ่มขึ้น ซึ่งอันตรายกว่าที่คิด เพราะเมื่อฟิล์มแข็งขึ้น การเปิดรอยแตกเท่าเดิมจะสร้างแรงที่รอยต่อระหว่างฟิล์มกับพื้นผิวสูงขึ้นมาก จุดที่พังจึงมักไม่ใช่เนื้อฟิล์ม แต่เป็นรอยต่อที่ยึดเกาะ นี่คือลำดับเหตุการณ์ที่เจ้าของอาคารเห็นเป็น แข็ง แล้วแตก แล้วหลุด

สิ่งที่ควรดูแทน สามอย่าง

1. การปิดรอยแตกแบบพลวัต ไม่ใช่แบบสถิต การทดสอบแบบสถิตคือเปิดรอยแตกครั้งเดียวแล้วค้างไว้ ส่วนแบบพลวัตคือเปิดและปิดซ้ำเป็นรอบ มาตรฐานที่ใช้กับวัสดุเคลือบผิวคอนกรีตอย่าง EN 1062-7 แยกสองวิธีนี้ออกจากกันชัดเจน และผลที่ได้ต่างกันมาก วัสดุที่ผ่านแบบสถิตอาจไม่ผ่านแบบพลวัตเลย

ในชุดวิธีทดสอบของ EOTA ที่ใช้กับระบบกันซึมหลังคา มีรายงานที่ว่าด้วยความล้าจากการเคลื่อนตัวซ้ำโดยเฉพาะ แยกจากรายงานที่ว่าด้วยความสามารถปิดรอยแตก ซึ่งสะท้อนว่าเป็นคนละคุณสมบัติกัน

2. คุณสมบัติที่เหลืออยู่หลังการเร่งอายุ นี่คือตัวเลขที่ควรถามหา ไม่ใช่ตัวเลขตอนใหม่ กรอบของ ETAG 005 ออกแบบมาให้ตอบคำถามนี้โดยตรง ระบบต้องผ่านการเร่งอายุด้วยยูวี ด้วยความร้อน และด้วยน้ำร้อน แล้วจึงนำไปทดสอบการกันน้ำและการปิดรอยแตกซ้ำอีกครั้ง การจัดชั้นอายุการใช้งานที่ระดับสูงสุดจึงไม่ใช่คำกล่าวอ้าง แต่คือผลของการผ่านลำดับการทดสอบนั้นทั้งชุด

ในทำนองเดียวกัน การประกาศว่าปิดรอยแตกได้ที่อุณหภูมิต่ำ มีความหมายเพราะความเย็นทำให้วัสดุแข็งขึ้น การทดสอบที่อุณหภูมิต่ำจึงเป็นการทดสอบในสภาพที่วัสดุอยู่ในสภาวะแย่ที่สุด แม้ค่าอุณหภูมินั้นจะไม่เกิดขึ้นจริงในเมืองไทยก็ตาม

3. การยึดเกาะ และการยึดเกาะที่เหลือหลังแช่น้ำ ถ้าฟิล์มไม่ยึดกับพื้นผิว ความยืดหยุ่นจะไม่มีความหมาย เพราะรอยแตกที่ขยับจะค่อย ๆ ลอกฟิล์มออกจากพื้นผิวทีละน้อยจากสองข้างของรอยแตก แถบที่ลอยอยู่จะกว้างขึ้นเรื่อย ๆ และการงอซ้ำ ๆ ที่ขอบของแนวลอกจะทำให้ฟิล์มล้าและฉีกในที่สุด ค่าที่ควรขอจึงมีสองค่า คือแรงยึดเกาะเริ่มต้น และแรงยึดเกาะที่เหลือหลังผ่านการแช่น้ำหรือการเร่งอายุ

บทบาทของแผ่นใยเสริมแรง ตรงนี้คือระดับระบบ ไม่ใช่ระดับวัสดุ

เมื่อเข้าใจสามข้อข้างต้นแล้ว จะเห็นว่ามีความขัดแย้งทางวิศวกรรมอยู่ ระบบที่ยึดเกาะเต็มพื้นที่จะกันไม่ให้น้ำไหลลอดใต้ฟิล์มได้ดี แต่ทำให้ความเครียดกระจุกอยู่ในแถบแคบเหนือรอยแตก ส่วนระบบที่ปล่อยให้ลอยเหนือรอยแตกจะกระจายความเครียดได้กว้างกว่า แต่เปิดช่องให้น้ำเดินใต้ฟิล์ม

แผ่นใยสังเคราะห์ที่ฝังอยู่ในเนื้อเรซินคือคำตอบของความขัดแย้งนี้ เพราะทำสามอย่างพร้อมกัน

• กระจายความเครียดออกไปให้กว้างขึ้น แทนที่จะกระจุกอยู่เหนือรอยแตกเป็นแถบแคบ โดยที่เรซินยังยึดกับพื้นผิวเต็มพื้นที่
• เพิ่มความต้านทานการฉีกขาด เมื่อเกิดรอยฉีกเล็ก ๆ เส้นใยจะขวางไม่ให้รอยนั้นวิ่งต่อ ต่างจากฟิล์มเปล่าที่รอยฉีกเดียววิ่งยาวได้
• ควบคุมความหนาให้สม่ำเสมอ เพราะแผ่นใยกำหนดปริมาณเรซินที่อุ้มไว้ได้ จุดบางซึ่งเป็นจุดที่รับความเครียดสูงสุดและพังก่อนจึงเกิดขึ้นได้ยาก

ข้อสุดท้ายมีค่ามากในทางปฏิบัติ เพราะในระบบที่ทาโดยไม่เสริมแผ่นใย ความหนาจริงขึ้นกับฝีมือช่างในแต่ละตารางเมตร และฟิล์มจะพังที่จุดบางที่สุดเสมอ ไม่ใช่ที่ความหนาเฉลี่ย

ข้อแลกเปลี่ยนของการไล่ตามค่าการยืดตัวสูง

ฟิล์มที่ยืดได้มากมักมีค่าความแข็งเกร็งต่ำและความต้านทานการฉีกขาดต่ำไปด้วย ซึ่งแปลว่านิ่ม กดแล้วยุบ และเสียหายง่ายจากของมีคมหรือแรงกดค้าง สำหรับดาดฟ้าที่มีคนเดินบำรุงรักษา มีฐานเครื่องวางอยู่ หรือมีหินโรย ความสามารถรับแรงกดจึงสำคัญไม่แพ้ความยืดหยุ่น และเป็นคุณสมบัติที่การจัดชั้นตามมาตรฐานแยกออกมาเป็นอีกหมวดหนึ่งต่างหาก

สรุปเป็นคำถามที่เอาไปใช้ได้

• ค่าการยืดตัวที่ให้มา วัดหลังการเร่งอายุหรือยังถ้าเป็นค่าตอนใหม่อย่างเดียว ให้ขอค่าหลังเร่งอายุเพิ่ม
• ผ่านการทดสอบการปิดรอยแตกแบบพลวัตหรือไม่แบบเปิดปิดซ้ำเป็นรอบ ไม่ใช่แบบเปิดครั้งเดียวแล้วค้าง
• แรงยึดเกาะเริ่มต้นเท่าไหร่ และเหลือเท่าไหร่หลังแช่น้ำสองค่านี้บอกได้ว่ารอยต่อจะอยู่ได้นานแค่ไหนเมื่อมีน้ำเข้ามาเกี่ยวข้อง
• ระบบเสริมแผ่นใยเต็มพื้นที่หรือไม่ และแผ่นใยหนักเท่าไหร่ตัวเลขนี้ต้องอยู่ในสเปก ไม่ใช่ปล่อยให้ตีความ
• รับแรงกดและแรงกระแทกระดับใดสำคัญกับพื้นที่ที่มีการเดินบำรุงรักษาหรือมีอุปกรณ์วางอยู่

สามกลไกที่สำคัญเป็นพิเศษกับภูมิอากาศไทย

1. ไฮโดรไลซิส

น้ำเข้าไปแยกสลายพันธะบางชนิดในสายพอลิเมอร์ และปฏิกิริยานี้เร็วขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูง สภาพร้อนชื้นตลอดปีจึงเป็นเงื่อนไขที่เร่งกลไกนี้โดยตรง พันธะเอสเทอร์ไวต่อการแยกสลายด้วยน้ำมากกว่าพันธะอีเทอร์ ข้อนี้อธิบายว่าทำไมวัสดุเดียวกันจึงมีอายุใช้งานในไทยสั้นกว่าที่ระบุบนฉลากซึ่งอ้างอิงสภาพอากาศเขตอบอุ่น

มาตรฐาน ETAG 005 มีรายการทดสอบเร่งอายุด้วยน้ำร้อนแยกไว้เป็นการเฉพาะ ซึ่งเป็นรายการที่ควรให้ความสำคัญเป็นพิเศษเมื่อเลือกวัสดุสำหรับงานในไทย

2. แรงดันไอน้ำจากใต้ฟิล์ม

ความชื้นในคอนกรีตระเหยเมื่อผิวร้อนขึ้นในตอนกลางวัน ถ้าฟิล์มด้านบนไม่ยอมให้ไอน้ำผ่าน แรงดันจะสะสมจนดันฟิล์มให้พองเป็นถุงและล่อนออก กลไกนี้คือคำอธิบายของอาการที่เจ้าของอาคารเห็นบ่อยที่สุดบนดาดฟ้า และเป็นเหตุผลที่ค่าการซึมผ่านไอน้ำของระบบมีความหมายจริง ไม่ใช่ตัวเลขประดับสเปก

3. การล้าจากการยืดหดรายวัน

ผิวหลังคาร้อนจัดตอนกลางวันและเย็นลงตอนกลางคืนทุกวันตลอดปี วัสดุจึงถูกยืดและหดเป็นรอบซ้ำ ๆ หลายพันรอบตลอดอายุการใช้งาน ความสามารถปิดรอยแตกที่วัดครั้งเดียวในห้องทดลองจึงไม่พอ ต้องดูการทดสอบความล้าจากการเคลื่อนตัวซ้ำด้วย ซึ่งเป็นอีกรายการหนึ่งที่มีอยู่ในชุดวิธีทดสอบของ EOTA

บทความนี้อธิบายหลักการทั่วไปของตระกูลวัสดุเพื่อประกอบการทำความเข้าใจ ไม่ใช่ข้อมูลจำเพาะของผลิตภัณฑ์ใดผลิตภัณฑ์หนึ่ง สูตรของแต่ละผู้ผลิตต่างกันและอาจมีคุณสมบัติต่างจากภาพรวมที่อธิบายไว้ ควรอ้างอิงเอกสารข้อมูลผลิตภัณฑ์และใบรับรองของระบบที่จะใช้จริงเสมอ ค่าคุณสมบัติเฉพาะของระบบที่เราติดตั้งตรวจสอบได้จากใบ ETA และใบรับรอง BBA ซึ่งเรายินดีส่งให้