Impregnacja kamienia

Obecnie impregnatami są wielocząsteczkowe polimeryczne związki organiczne krzemu, o budowie chemicznej nadającej im charakter pośredni między organicznymi tworzywami sztucznymi a nieorganicznym kwarcem. Zabezpieczenie środkiem do hydrofobizacji strukturalnej chroni kamień na okres od 5 do 20 lat.

Efekt hydrofobowy na kamieniu naturalnym

Środki krzemoorganiczne dzielą się na szereg różnych związków chemicznych. Spośród nich można wyróżnić kilka, które znalazły zastosowanie w budownictwie, jako preparaty chroniące przed działaniem wody.

Są to:

• silikoniany,
• silany,
• oligomery
• alkiloalkoksysilany,
• żywice alkiloarylopolisiloksanowe
• kauczuki metylopolisiloksanowe sieciujące pod wpływem pary wodnej z atmosfery

Wszystkie wymienione produkty zasadniczo nie różnią się działaniem, lecz głównie budową i wielkością cząsteczkową. Środki krzemoorganiczne, w wyniku reakcji z kamieniem, dają dobre związanie, redukują chłonięcie wody do 1%, przepuszczalność zmniejszają o ok. 5 – 8%, nie zabarwiając kamienia (W. Ślesiński, 1995). Silikoniany należą do najtańszych środków krzemoorganicznych, chętnie stosowanych w budownictwie. Są one alkalicznymi, wodnymi roztworami metylosilikonianu sodu i potasu. Przebieg proces hydrofobizacji przyspiesza obecność dwutlenku węgla, a opóźnia obecność wolnego wodorotlenku wapnia (P. Rościszewski, 1964). Pod wpływem dwutlenku węgla z powietrza silikoniany ulegają powolnemu procesowi kondensacji. Wraz ze wzrostem cząsteczki rosną właściwości hydrofobowe materiału (J. Łukaszewicz, 2002). W efekcie wszystkie pory kamienia, mimo że nie zmieniają swojej objętości zostają pokryte mikronowej grubości warstwą polimeru. Proces hydrofobizacji kamienia jest już widoczny w zasadzie zaraz po nałożeniu go na kamień, jednak aby utrwalić ten proces należy odczekać kilka dni. Środki te posiadają jedną dość poważną wadę, która uniemożliwia ich stosowanie w zabytkowych dziełach sztuki – podczas zabiegu hydrofobizacji tworzą się sole głównie potasowe, a te niekorzystnie wpływają na kamień.

Silany również są związkami krzemoorganicznymi, posiadają zdolność do samoistnego reagowania z materiałem budowlanym. Dzięki trwałemu wiązaniu chemicznemu z zabezpieczaną powierzchnią, impregnacja ochronna ma długotrwałe i skuteczne działanie. Silany to związki monomerowe (W. Ślesiński, 1995), nie posiadają tej wady co silikoniany. Nie powstają sole podczas hydrofobizacji. Są również bezbarwne, a więc nie powodują zmiany wyglądu kamienia. Są stosowane zarówno do ochrony nowych obiektów, jak i są bardzo cenione przez konserwatorów zabytków budowlanych. Zaletą silanów jest mała pracochłonność podczas zabiegów zabezpieczających, a zarazem efekt jest duży. Środek także charakteryzuje się znaczną penetracją w głąb struktury kamienia.

Alkilosilany i Alkiloalkoksysilan są mniej aktywne i ulegają hydrolizie wolniej. Przeprowadza się więc wobec katalizatora wstępną hydrolizę i polikondensację, a do hydrofobizacji stosuje roztwory otrzymanych oligomerów (J. Łukaszewicz, 2002).

Środki zawierające żywice siloksanowe oraz oligomery mają głównie przeznaczenie do powierzchniowego polewania powierzchni impregnowanych. Po trzykrotnym nasączeniu skały są w stanie wniknąć na głębokość około 1 cm. Charakteryzują się niską lepkością, co powoduje doskonałą penetrację w pory kamienia.

W ostatnich latach był przeprowadzany szereg badań nad ulepszeniem środków do impregnacji kamienia naturalnego. Przyszłościowo zapowiadają się materiały polimerowe o budowie hybrydowej. Obecnie możliwe jest otrzymanie polimerów hybrydowych o dokładnie zaprojektowanej architekturze, najodpowiedniejszej do przewidywanego zastosowania. Środki takie na razie nie są jednak rozpowszechnione ze względu na cenę, która jest wygórowana, ponieważ trzeba oddzielnie dla każdego kamienia sporządzać nowy preparat. Ich stosowanie jest opłacalne, w momencie gdy mamy do zaimpregnowania niedużą powierzchnię o dużej wartości zabytkowej.