Adhézia povrchových úprav na hnilom dreve
Cieľom príspevku je prezentovať výsledky výskumu v oblasti adhézie náterových filmov na hnilom dreve. Skúmaný bol vplyv hnedej a bielej hniloby na adhéziu alkydovej a olejovej povrchovej úpravy. Skúmaným materiálom bolo borovicové drevo. Súčasne sa hodnotil vplyv beľovej a jadrovej časti dreva na adhéziu.
Úvod
Z pohľadu užívania dreva v stavbách treba zdôrazniť, že pri nedodržaní zásad ochrany dreva dochádza k zmenám dreva, ktoré ovplyvňujú jeho estetické, fyzikálne a mechanické vlastnosti a vedú ku zmenám v životnosti drevených prvkov v stavbách a stavieb samotných. Drevo vplyvom viacerých vonkajších činiteľov (ohňa, slnečného žiarenia, húb a hmyzu) sa ľahko degraduje (Reinprecht 2008, Trebula – Klement 2002). Drevo v prostredí s vyššou relatívnou vlhkosťou vzduchu viaže na seba vodu a zvyšuje sa jeho vlhkosť, a tým aj riziko napadnutia hubami (Skaar 1988). Drevokazné huby spôsobujú na dreve niekoľko druhov hnilôb. Hnedú hnilobu zapríčiňujú celulózovorné bazidiomycéty. Tieto huby produkujú enzýmy, ktoré redukujú polysacharidy v dreve. Bielu hnilobu spôsobujú lignínovorné bazídiomycéty, ktoré svojim pôsobením odbúravajú polysacharidy a lignín. Mäkkú hnilobu spôsobujú askomycéty a niektoré druhy deuteromycét (Reinprecht 2008). Niektoré drevosfarbujúce huby sfarbujú drevo podľa typu zdroja ich obživy. Huby vytvárajú pigmenty aj podľa ich stavby, napr. melanínové typy húb sfarbujú drevo na modro a naftochinónové na červeno a zeleno (Zink – Fengel 1989). Skôr len skúsený odborník rozozná, či drevo je poškodené začínajúcou hnilobou. Poškodené drevo vo forme guľatiny a výrezov sa podľa noriem STN 48 0055 (2007) a STN 48 0056 (2007) radí do triedy III, ale s istými obmedzeniami na výskyt a druh hniloby ako aj na výskyt a druh poškodenia drevokazným hmyzom. A po základnom poreze sa rezivo alebo prírezy môžu dostať do drevostavieb ako rezivo nízkej pevnosti (trieda C16 – STN EN 338 (2010).
Predpokladáme, že hniloba ako aj drevosfarbujúce huby prispievajú k zmene povrchových vlastností dreva, teda aj k zmene drsnosti a následne adhézie povrchových úprav. Povrchovým vlastnostiam dreva sa pripisuje dôležitá funkcia hlavne pri určovaní estetických vlastností, ale aj trvanlivosti a celkovej kvality výrobku. Pri hodnotení povrchových vlastností dreva je dôležité poznať jeho chemické zloženie, morfológiu, optické a termodynamické vlastnosti (Kúdela a kol. 2012).
Tento článok nadväzuje na prácu Slabejová – Vidholdová (2019), kde sa hodnotila adhézia povrchových úprav na poveternostne starnutom dreve. Cieľom tejto práce je vyhodnotiť adhéziu na hnilom dreve a dreve po napadnutí drevosfarbujúcej huby.
Materiál a metodika
Na experiment bolo použité jadrové a beľové drevo borovice lesnej (Pinus sylvestris L.) s radiálno-tangenciálnymi plochami o rozmeroch 70 ± 1 mm × 70 ± 1 mm × 10 ± 1 mm. Plochy vzoriek boli opracované frézovaním.
Zámerné atakovanie hubou
Po 10 vzoriek beľových a 10 jadrových v každom súbore bolo zámerne atakovaných v Petriho miskách (obrázok 1) hubou hnedej hniloby – Coniophora puteana, hubou bielej hniloby – Trametes versicolor a drevosfarbujúcou hubou – Aureobasidium pullulans. Doba pôsobenia drevokazných húb bola 50 a 100 dní a drevosfarbujúcej huby 50 dní. Následne boli vzorky voľne sušené najskôr pri izbovej teplote a potom pri teplote 103 °C v sušiarni do absolútne suchého stavu. Z rozdielu hmotností vzoriek v absolútne suchom stave pred a po degradácií sme vypočítali ich percentuálny úbytok hmotnosti – ∆m (%). Následne vzorky boli klimatizované (pri teplote 20 ± 2 °C a relatívnej vlhkosti vzduchu 65 ± 5 %.).
Coniophora puteana
Trametes versicolor
Aureobasidium pullulans
Obrázok 1 Zámerné atakovanie dreva hubami v Petriho miskách
Stanovenie drsnosti povrchu dreva (STN EN ISO 4287), spôsob povrchovej úpravy dreva a stanovenie adhézie povrchových úprav (STN EN ISO 4624) bolo rovnaké ako v práci Slabejová – Vidholdová (2019).
Výsledky a diskusia
Obrázok 2 Úbytok hmotnosti dreva po pôsobení vybraných drevoznehodnocujúcich húb
Obrázok 3 Drsnosť povrchu pred a po pôsobení húb
Rozsah úbytku hmotnosti po hnilobnom procese bol pre jadro od 0,7 % do 1,4 % a pre beľ od 1,3 % do 16,7 % (obrázok 2). Hnilobný proces nemal výrazný vplyv na morfológiu povrchu borovicového dreva, ktorú sme vyhodnocovali pomocou zvoleného parametra drsnosti Ra. Drsnosť hnilého dreva meraná v smere rovnobežne a kolmo na priebeh vlákien bola pri oboch druhoch hniloby mierne vyššia oproti drsnosti povrchu zdravého dreva (obrázok 3). Avšak tieto rozdiely v drsnosti neboli štatisticky významné. Pôvodná drsnosť povrchu zdravých telies bola porovnateľná s drsnosťou smrekového dreva po jeho mechanickom opracovaní frézovaním, ako je uvedená v práci Kúdela a kol. (2018).
Adhézia alkydovej ako aj olejovej povrchovej úpravy bola na zdravom dreve väčšia na povrchu jadrového dreva ako na povrchu beľového dreva (obrázok 4). Pri odtrhnutí terčíka dochádzalo na beľovom dreve hlavne k vytrhnutiu drevných vlákien (obrázok 5).
Obrázok 4 Adhézia povrchových úprav na zdravom a hnilom dreve
Adhézia alkydovej povrchovej úpravy sa vyznačovala ako dobrá (od 3 MPa do 5 MPa) až vynikajúca (viac ako 5 MPa). Práve počiatočná úprava povrchu frézovaním viedla ku vyšším hodnotám adhézie ako v prípade brúseného povrchu (Slabejová – Vidholdová 2019). Priemerná hodnota adhézie alkydovej povrchovej úpravy na hnilom beľovom dreve sa znižovala vzhľadom na zvyšujúci sa úbytok hmotnosti (obrázok 4). Súčasne dochádzalo k jej veľkému rozptylu, a to pravdepodobne v dôsledku nerovnomernej intenzity hnilobného procesu bielej hniloby s dobou pôsobenia 50 dní na povrchu vzoriek.
Na alkydovej povrchovej úprave dochádzalo k porušeniu pri odtrhnutí v povrchových vrstvách dreva s výrazným hĺbkovým odtrhnutím drevných vlákien do 3 mm na všetkých beľových (obrázok 5) aj jadrových vzorkách. Z toho vyplýva, že kohézia povrchových vrstiev dreva bola menšia ako adhézia náterového filmu. V niektorých prípadoch došlo k porušeniu vo vytvrdnutom náterovom filme na jadrových, ale aj beľových telesách. Porušenie v náterovom filme nebolo na celej ploche terčíka, ale len do 40 % plochy a ostatná časť sa porušila v povrchových vrstvách dreva. Pri porušení v náterovom filme môžeme konštatovať, že adhézia bola väčšia, ako kohézia náterového filmu.
V prípade adhézie olejovej povrchovej úpravy sme zistili, že bola porovnateľná na povrchu zdravého ako aj na povrchu hnilého dreva (obrázok 4).
| ALKYDOVÁ POVRCHOVÁ ÚPRAVA | |||
|---|---|---|---|
| BEĽ – Coniophora puteana | |||
| 50 dní | 100 dní | ||
 Povrch dreva |  Povrch terčíka |  Povrch dreva |  Povrch terčíka |
| BEĽ – Trametes versicolor | |||
| 50 dní | 100 dní | ||
 Povrch dreva |  Povrch terčíka |  Povrch dreva |  Povrch terčíka |
Obrázok 5 Povrchy dreva a terčíkov po odtrhnutí alkydovej povrchovej úpravy
| OLEJOVÁ POVRCHOVÁ ÚPRAVA | |||
|---|---|---|---|
| BEĽ – Coniophora puteana | |||
| 50 dní | 100 dní | ||
 Povrch dreva |  Povrch terčíka |  Povrch dreva |  Povrch terčíka |
| BEĽ – Trametes versicolor | |||
| 50 dní | 100 dní | ||
 Povrch dreva |  Povrch terčíka |  Povrch dreva |  Povrch terčíka |
Obrázok 6 Povrchy dreva a terčíkov po odtrhnutí olejovej povrchovej úpravy
Pri olejovej povrchovej úprave dochádzalo k porušeniu v impregnovaných povrchových vrstvách dreva a hlavne v impregnovanej časti dreva náterovou látkou (obrázok 6). Po odtrhnutí boli viditeľné stopy odtieňa farby olejovej lazúry na povrchu dreva, pričom na terčíku boli zreteľne viditeľné vytrhnuté drevné vlákna.
Adhézia oboch povrchových úprav na povrchu dreva napadnutého drevosfarbujúcou hubou je porovnateľná s adhéziou na zdravom dreve (obrázok 4). Drevosfarbujúca huba nespôsobila zmenšenie adhézie povrchových úprav. K porušeniu po odtrhnutí terčíka dochádzalo aj v tomto prípade v povrchových vrstvách beľového dreva (obrázok 7).
| ALKYDOVÁ POVRCHOVÁ ÚPRAVA | OLEJOVÁ POVRCHOVÁ ÚPRAVA | ||
|---|---|---|---|
| BEĽ – Aureobasidium pullulans | |||
 Povrch dreva |  Povrch terčíka |  Povrch dreva |  Povrch terčíka |
Obrázok 7 Povrchy dreva a terčíkov po odtrhnutí náterového filmu z dreva atakovaného drevosfarbujúcou hubou
Záver
Po biologickom poškodení borovicového dreva hubami môžeme konštatovať, že morfológia povrchu pri hnedej a bielej hnilobe (v rozsahu úbytku hmotnosti pre jadro 0,7 % až 1,4 % a pre beľ 1,3 až 16,7 %) ako aj morfológia povrchu dreva napadnutého drevosfarbujúcou hubou sa výrazne nemení. Drsnosť Ra je porovnateľná s drsnosťou na zdravom dreve.
Po povrchovej úprave atakovaného dreva boli zaznamenané nasledovné výsledky:
- Adhézia povrchovej úpravy na hnilom dreve bola menšia na povrchu beľového dreva ako na jadrovom a to hlavne v dôsledku vyššej náchylnosti beľového dreva na rozklad hubami hnedej a bielej hniloby. Výrazne sa to prejavilo v prípade alkydovej povrchovej úpravy, ktorá bola vytvorená ako systém.
- Adhézia alkydovej povrchovej úpravy na hnilom beľovom dreve bola menšia ako adhézia na zdravom dreve.
- Po stanovení adhézie alkydovej povrchovej úpravy odtrhnutím terčíka dochádzalo na beľovom hnilom aj zdravom dreve s povrchovou úpravou k porušeniu prevažne v povrchových vrstvách dreva. Toto spôsobila menšia kohézia povrchových vrstiev dreva, a teda predpokladáme, že adhézia povrchových úprav k drevu bola väčšia.
- V prípade olejovej povrchovej úpravy sme zistili, že adhézia na povrchu hnilého dreva bola porovnateľná s adhéziou na povrchu zdravého dreva.
- Pri stanovení adhézie olejovej povrchovej úpravy odtrhnutím terčíka dochádzalo na beľovom aj jadrovom hnilom aj zdravom dreve s povrchovou úpravou k porušeniu prevažne v impregnovaných povrchových vrstvách dreva.
- Adhézia oboch povrchových úprav bola na povrchu dreva napadnutého drevosfarbujúcou hubou porovnateľná so zdravým drevom.
Poďakovanie
Autori vyjadrujú poďakovanie Ministerstvu školstva SR na základe projektu VEGA 1/0822/17 a VEGA 1/0729/18 a Agentúre pre podporu výskumu a vývoja SR, projekt č. APVV-16-0177.
Literatúra
- KÚDELA J., MRENICA L., JAVOREK Ľ. 2018. Influence of milling and sanding on wood surface morphology. Acta Facultatis Xylologiae Zvolen, 60(1): 71−83.
- KÚDELA, J. 2012. Povrchové vlastnosti dreva z pohľadu jeho povrchovej úpravy náterovými látkami. Spektra. 12(3): 34–38.
- OBLAK, L., KRICEJ, B., LIPUSCEK, I. 2006. The comparison of the coating systems according to the basis criteria. Wood research, 51(4): 77−86.
- REINPRECHT, L. 2008. Ochrana dreva, 1. vyd., Zvolen: Technická univerzita Zvolen, 106 s.
- SKAAR, C. 1988. Wood–water relations. Springer - Verlag, 284 p. ISBN 978–3–642–73685–8.
- SLABEJOVÁ G., VIDHOLDOVÁ Z. 2019. Adhézia náterových filmov na poveternostne starnutom dreve. TZB Info, 10 s.
- STN 48 0055: 2007. Kvalitatívne triedenie ihličnatej guľatiny.
- STN 48 0056: 2007. Kvalitatívne triedenie listnatej guľatiny.
- STN EN 338: 2010 Konštrukčné drevo. Pevnostné triedy
- TREBULA, P., KLEMENT, I. 2002. Sušenie a hydrotermická úprava dreva. Zvolen: Vydavateľstvo TU vo Zvolene, 11 s. ISBN 80-228-1182-3.
- ZINK, P., FENGEL, D. 1989. Studies on the Colouring Matter of Blue-stain Fungi Part 2. Electron Microscopic Observations of the Hyphae Walls. Holzforschung, 43(6): 371−374, DOI: https://doi.org/10.1515/hfsg.1989.43.6.371.
Treatment of wood surfaces with various finish coating materials is recommended for long term protection of wood products exposed outdoor. However, in practice it can happen that wood in constructions has been attacked by wood decay fungi before to application of a finish. In this work, selected properties of sapwood and heartwood of pine (Pinus sylvestris, L.) surface such as surface roughness and adhesion of coating film were investigated on the surfaces attacked by wood decay fungi (Coniophora puteana and Trametes versicolor) and wood staining fungus (Aureobasidium pullulans). Two coating materials useable for wooden constructions in exterior conditions were used: dark brown long-oil alkyd-based system and light brown oil-based surface treatment. The result of the pull-off test for adhesion of both surface treatments was significantly greater on the heartwood surfaces than on the sapwood surfaces of the sound wood. With the increasing time of wood degradation by fungi, the adhesion of the alkyd surface treatment decreased on the sapwood. Adhesion of the oil surface treatment was comparable on the both sound and decayed wood. According to the disruption analysis following the pulling of the dolly, the weakest point was the surface layer of the wood impregnated with coatings. The adhesion of the both surface treatments is comparable to the sound and wood affected with the staining fungus.