Povrchová úprava a ochrana dřeva v exteriéru
Článek se zabývá možnostmi povrchové úpravy dřeva a ochranou dřeva v exteriéru s použitím nátěrových hmot a impregnačních látek na ochranu dřeva. Jsou v něm uvedeny požadavky na nátěrové hmoty a impregnační látky podle jejich použití a třídy použití. V článku jsou prezentovány i v současnosti zkoumané možnosti ochrany dřeva pomocí nano částic TiO2.
Úvod
Při použití dřeva ve stavbách může dojít k výskytu biotických škůdců a degradace nátěrového systému působením abiotických činitelů, kteří následně ovlivňují kvalitu zabudovaného dřeva. Samozřejmostí by měla být konstrukční ochrana, která předchází chemické ochraně dřeva. Cílem chemické ochrany je zachovat původní kvalitu dřeva po celou dobu jeho životnosti. Chemická ochrana dřeva by rozhodně neměla nahrazovat konstrukční ochranu a měla by být použita jen tam, kde je to nezbytně nutné.
Použití výrobků na ochranu dřeva
Prostředky používané na ochranu výrobků ze dřeva pevně spojených se stavbou (krovy, okna, dveře, schody, podlahy, obklady atd.) by měly být posouzeny příslušnou autorizovanou osobou (AO) podle zákona 22/1997 Sb. a nařízení vlády 163/2002 Sb. v platném znění.
Způsoby degradace dřeva
Degradace dřeva může být způsobena působením biotických a abiotických činitelů.
Působením biotických činitelů – bakterie, dřevokazné houby, dřevokazný hmyz, plísně, dřevozbarvující houby dochází k degradaci jednotlivých složek dřevní hmoty. V případě napadení dřevokazným hmyzem jde většinou o jeho mechanické poškození, tvorbu otvorů. Často se můžeme setkat s tím, že hmyz s sebou do dřeva vnáší i spory dřevokazných hub a plísní.
Ve stavbách se nejčastěji setkáváme s houbami stopkovýtrusnými (Basidiomycestes) a vřeckatými Ascomycetes, výtrusy vznikají ve vřeckách.
Dřevokazné houby stopkovýtrusné se rozmnožují tak, že vnější strana výtrusu (basidiospor) praskne a z výtrusu vyrůstá houbové vlákno (hyfa), které se rozvětvuje a vytváří primární podhoubí. Po setkání vrcholových buněk dvou primárních podhoubí se vytvoří sekundární podhoubí (mycelium). Toto sekundární podhoubí je dvoujaderní a může vytvářet plodnici, na které je hyménium, kde se vytvářejí nové výtrusy. Většina hub vylučuje do dřeva prostřednictvím hyf enzymy, ale i další látky, které pomáhají v jeho degradaci. Podobným enzymatickým aparátem jsou vybavené i bakterie. Bakterie rozkládají většinou jen polysacharidy, agresivita je menší než u dřevokazných hub.
Největší problémy způsobují zejména celulózovorní dřevokazné houby Basidiomycetes, které způsobují hnědou hnilobu dřeva, rozkládají polysacharidy (Obr. 1). Lignovorní dřevokazné houby Basidiomycetes rozkládají polysacharidy a lignin a způsobují bílou hnilobu dřeva. Dalšími významnými houbami, které rozkládají dřevo, jsou houby Ascomycetes, které potřebují vysokou vlhkost dřeva a způsobují měkkou hnilobu hnědé barvy. Dřevozbarvující houby nezpůsobují mechanické poškození dřeva, ale mohou být „vstupní“ branou pro rozvoj dřevokazných hub, živí se plazmatickým obsahem buněk. Viditelně zabarvují dřevo i do větších hloubek, a tím snižují jeho estetickou hodnotu. Do dřeva pronikají nejdříve soustavou parenchymatických buněk, jejich hyfy prorůstají přes tečky a dvojtečky v buněčných stěnách. Plísně nesnižují mechanické vlastnosti, rostou pouze na povrchu materiálů – dřeva, papíru, omítkách, ale i na některých umělých hmotách. Plísně způsobují různé alergické reakce.
Obr. 1 – napadení dřeva a sádrovláknitých desek dřevokaznými houbami a plísněmi způsobené únikem vody
Působení abiotických činitelů – voda v podobě deště, sněhu či ledu, kyslík, vysoká teplota, UV a IČ záření, kyselé nebo zásadité katalyzátory, reakční činidla a jejich kombinace způsobují také degradaci dřeva, degradace není tak rychlá jako v případě biotických činitelů, ale v tomto případě je dřevo vystaveno působení po celou dobu jeho expozice.
Například voda může působit v různých úrovních, může hydrolyzovat jednotlivé komponenty dřeva. Může vytvářet napětí způsobené vodou vázanou při vysychání a bobtnání, které se projevuje tvorbou trhlin a trvalých deformací. Dřevo se skládá z polysacharidů, ligninu a dalších látek organického typu. Při působení různých chemických látek může docházet k chemickým reakcím. Látky se do dřeva dostávají záměrně při jeho chemické ochraně, například starší látky snižující hoření dřeva (kombinace – borité soli, fosfáty, amonné soli, ...), které migrují ve dřevě a způsobují jeho rozvláknění. Dalšími mohou být kyselé deště, biocidy nebo také radikály ligninu vytvořené působením tepla, záření atd. Činidel, která mohou poškozovat dřevo je celá řada, elektrofilní činidla – kladně nabité ionty, Lewisovy kyseliny, karboxylové skupiny, nukleofilní činidla – záporně nabité ionty, neutrální sloučeniny, dvojitá a trojitá vazba, diazosloučeniny, volné elektronové páry aromatických a heterocyklických sloučenin atd. Dřevo může výrazně degradovat i působením tepla, při teplotách do 150 °C se z celulózy odpařuje koloidně vázaná voda a nastávají podmínky pro exotermickou termooxidaci, v přítomnosti acidobazických katalyzátorů se urychluje i hydrolytická depolymerizace. Může tedy dojít k poklesu polymerizačního stupně a nárůstu krystalického podílu. U ligninu při působení tepla dochází ke štěpícím a kondenzačním reakcím. Nejdříve dochází k plastifikaci (používá se při ohýbání dřeva), dále probíhají různé chemické reakce.
Atmosférická koroze nastává už bezprostředně po těžbě dřeva. Při skladování kulatiny se biochemické a chemické reakce dotýkají hlavně průvodních látek, po 3–4 měsících se snižuje obsah tuků a vosků. Z pohledu delšího času dochází k úbytku hemicelulóz, celulóza a lignin jsou procesu stárnutí odolnější. Atmosférickou korozi způsobuje zejména voda, kyslík, ostatní plyny, prach, písek, dehet v kombinaci s teplem a zářením UV, IČ, proudění vzduchu laminární, turbulentní.
Na ochranu dřeva se používají:
Impregnační prostředky
Chemické látky anorganického nebo organického původu k preventivní ochraně dřeva před biotickými činiteli (houby, hmyz, plísně), povětrností, ohněm, ale i na likvidaci biotických činitelů atd.
Nejčastěji používané účinné látky v impregnačních prostředcích a jejich kombinace:
anorganické látky:
- kyselina boritá a sloučeniny boru
- kvartérní amoniové soli – Q
- CCA soli – chrom, měď, arsen – u nás nepoužívané
- CCB soli – chrom, měď, bor – u nás nepoužívané
- CQ soli – měď, kvartérní amoniové soli
- CC soli – chrom, měď – u nás nepoužívané
- CFB – chrom, fluor, bor
- sloučeniny a prvky v nano formě – TiO2, Ag, Cu atd. (v procesu výzkumu)
organické látky:
- N-organodiazeniumdioxy-kovy – Al-HDO, Cu-HDO
- karbamáty – IPBC, fenoxycarb
- heterocykly:
- benztiazoly – octylisothiazolin-3-on – v současnosti proti degradaci nátěrové hmoty v obalu
- triazol – tebuconazol, cyproconazol, propiconazol
- kvartérní amoniové sloučeniny
- syntetické pyretroidy – permetrin, cypermetrin
- kreosotový olej
Nátěrové hmoty
Nátěrové hmoty a nátěrové systémy se používají na dřevěné části staveb, za účelem zachování anebo zlepšení vlastností dřeva (např. na ochranu proti jeho znehodnocení biotickými škůdci, povětrností, UV zářením, protikluzné nátěry podlah a schodů apod.).
Filmotvorné nátěrové hmoty jsou tvořeny směsí pojidel (filmotvorných složek), ve kterých jsou jemně dispergovány pigmenty, plnidla a přídavné látky. Po zaschnutí vytvářejí neprůhledné lesklé až matné nátěrové filmy s různým stupněm kryvosti a barevného odstínu. Složení pojidel je obdobné pro transparentní i filmotvorné nátěrové hmoty. Zpravidla jsou organického původu a po rozpuštění v rozpouštědlech vytvářejí většinou koloidní roztoky.
Pro nátěry vystavené povětrnostním vlivům se nejčastěji používají olejové nátěrové hmoty, alkydové nátěrové hmoty, akrylátové disperze, kombinace alkyd-akryl, polyuretanové nátěrové hmoty.
Pro preventivní účinnost impregnačních základů (nátěrových hmot) proti biotickým činitelům se používají většinou organické látky stejné jako pro impregnační prostředky.
Transparentní (lazurovací) nátěrové hmoty vytvářejí průhledný až průsvitný nátěrový film, který může být bezbarvý nebo obarvený rozpuštěným barvivem nebo přídavkem pigmentu. Čistě transparentní nátěrové hmoty nejsou vhodné do nekrytého exteriéru.
V současnosti se setkáváme s nevhodným kombinováním impregnačních prostředků s nátěrovými hmotami, často jsou používány impregnační prostředky místo impregnačních základů vyrobených pro danou nátěrovou hmotu. Důvodem je většinou nižší cena impregnačních prostředků např. na bázi kyseliny borité. V případě, že chceme použít impregnační prostředek v kombinaci s nátěrovou hmotou, je vhodné požádat prodejce o informace s deklarací podle EN 927-1 a EN 927-2.
Do budoucna je nutné uvažovat také s použitím nano částic například TiO2, které jsou dispergovány ve filmotvorném nosiči například akrylátu. Nyní je zkoumám vliv nanočástic TiO2 nanesených na povrch dřeva a jeho interakce, který se projeví menší možností degradace povrchu dřeva i v případě čirého transparentního nátěru.
Pro zjištění funkčnosti vlivu TiO2 byla provedena modifikovaná zkouška urychleného stárnutí podle EN 927-6. Následně byl vzorek s naneseným TiO2 zkoumán pomocí FTIR. FTIR spektra povrchu dřeva byla zaznamenávána na spektrometru Nicolet iS10 FT-IR. Spektra FTIR ukazují, že umělé stárnutí dřeva neošetřeného TiO2 vede ke zvýšení frekvencí kolem 3400, 2900, 1630 a 1300–1400 cm−1 a ke snížení frekvencí kolem 1650 a 1600 cm−1, v důsledku strukturálních změn ligninu a polysacharidů ve dřevě.
Povrchový povlak s TiO2 způsobí nárůst kolem 3400, 2900, zejména při 1650 cm−1. Zvýšená intenzita při ≈ 3400 cm−1 může být způsobena komplexy vázanými na povrch TiO2. Vyšší intenzita při 1730 a 1650 cm−1 naznačuje vazbu TiO2 na karbonylové skupiny.
Na základě dosavadních výsledků interakce TiO2 s dřevní hmotou, může být použití nanočástic do budoucna jednou z možností ochrany dřeva.
Impregnační prostředky – třída použití 1, 2, 3, 4
V současné době se s impregnačními prostředky setkáváme nejčastěji při preventivní ochraně dřeva zejména nosných konstrukcí. Vlastní impregnační prostředky jsou zpravidla bezbarvé, a proto jsou dodávány spolu s barvivy (nejběžnější jsou zelená, hnědá a červená barviva), aby při použití impregnačního prostředku bylo zřejmé, které prvky již byly ošetřeny a které nikoliv. Je však nutné si uvědomit, že sytost odstínu ošetřeného dřeva nevypovídá o množství příjmu impregnačního prostředku. Požadovaný příjem bohužel není možné kontrolovat ihned na stavbě, lze ho ale v případě použití impregnačního prostředku laboratorně ověřit.
Dalším příkladem použití impregnačních prostředků je ochrana již napadeného dřeva biotickými škůdci (hmyz, dřevokazné houby a plísně), pro jejichž výskyt byly vytvořeny vhodné podmínky například konstrukčními chybami (vady krytiny, nedostatečná izolace) nebo vlivem přírodních katastrof (povodně). Pouze použití impregnačního prostředku není řešením. Chemická ochrana musí být vždy spojena s konstrukčními změnami, které vedou k eliminaci podmínek vhodných pro výskyt biotických škůdců (snížení vlhkosti atd.).
Impregnační základ + lazura, krycí barva – třída použití 1, 2, 3
Kombinaci impregnačního základu obsahujícího biocidní látky s lazurou nebo krycím nátěrem, někdy i s mezivrstvou, nejčastěji používáme tam, kde chceme dosáhnout kombinace kvalitního vzhledu výrobku (okna, dveře, obklady, nosné prvky) s ochranou proti povětrnosti a biotickým škůdcům. Spojení impregnačního základu (mezivrstvy) a krycího nátěru (lazury) nazýváme také nátěrový systém. V některých případech může být použit pouze samotný impregnační základ nebo jen vrchní lazura. To je závislé na požadovaných ochranných vlastnostech, výsledném efektu, nákladech atd. Některé mezivrstvy, lazury nebo krycí nátěry obsahují také účinné biocidní látky, ale většinou s menším spektrem účinnosti, například proti dřevozbarvujícím houbám.
Impregnační základy, popřípadě mezivrstvy, lazury nebo krycí nátěry obsahující biocidní látky, by měly být odzkoušeny na deklarované účinnosti podle ČSN EN 599-1+A1.
V případě použití nátěrové hmoty (systému) pro exteriér (například na povrchovou úpravu oken a dveří) by měly být výrobky odzkoušeny podle ČSN EN 927-3, ČSN EN 927-5. Na základě vyhodnocení výsledků zkoušek se stanoví, pro jaké výrobky je ochranný nátěr vhodný a jak často je nutno nátěr obnovovat.
Při výběru vhodné chemické ochrany na dřevo musíme zohlednit následující:
- použití konstrukční ochrany (tvar prvku, izolace, výběr dřeviny – trvanlivost – ČSN EN 350, opracování atd.)
- výběr třídy použití, ve které se dřevo bude nacházet, a požadované ochranné vlastnosti
- způsob aplikace pro danou třídu použití
- hygienické hledisko – obsah VOC, možnost vyluhování, styk s potravinami, použití na dětské hračky atd.
- požadovaný estetický vzhled, cena
Závěr
Pokud dodržíme základní zásady konstrukční a chemické ochrany, dřevo si zachová své vlastnosti po delší dobu. Samozřejmostí by mělo být používání výrobků, na které bylo vydáno prohlášení o shodě podle zákona 22/1997 Sb. a nařízení vlády 163/2002 Sb. v platném znění a které byly odzkoušeny v souladu s požadavkovými normami.
Poděkování
Tento příspěvek byl zpracován za podpory projektu GAČR 18-26297S „Interakce mezi povrchem dřevní hmoty a planárními částicemi TiO2“.
Literatura
- ČSN EN 335 Trvanlivost dřeva a materiálů na bázi dřeva – Třídy použití: definice, aplikace na rostlé dřevo a na výrobky na bázi dřeva
- ČSN EN 350 Trvanlivost dřeva a materiálů na bázi dřeva – Zkoušení a klasifikace odolnosti dřeva a materiálů na bázi dřeva proti biologickým činitelům
- ČSN EN 460 Trvanlivost dřeva a materiálů na jeho bázi – Přirozená trvanlivost rostlého dřeva – Požadavky na trvanlivost dřeva pro jeho použití v třídách ohrožení
- ČSN EN 599-1+A1 Trvanlivost dřeva a materiálů na bázi dřeva – Preventivní účinnost ochranných prostředků na dřevo stanovená biologickými zkouškami – Část 1: Specifikace podle tříd použití
- ČSN EN 927-1 Nátěrové hmoty – Nátěrové hmoty a nátěrové systémy pro dřevo ve vnějším prostředí – Část 1: Klasifikace a volba
- ČSN EN 927-2 Nátěrové hmoty – Nátěrové hmoty a nátěrové systémy pro dřevo ve vnějším prostředí – Část 2: Specifikace funkčních vlastností
- Liptáková, E., Sedliačik, M.: Chémia a aplikácia pomocných látek v drevársko priemysle, Alfa, Bratislava, 1989
- Požgaj, A., Chovanec, D., Kurjatko, S., Babiak, M.: Štruktúra a vlastnosti dreva, Príroda Bratislava 1993, ISBN 80-07-006000-1
- Ptáček, P. Ochrana dřeva, Grada, a.s., 2009, ISBN 978-80-247-2326-6
- Reinprecht, L.: Ochrana dreva, TU Zvolen, 1997, ISBN 978-80-228-1863-6
- Reinprecht, L.: Procesy degradácie dreva, TU Zvolen, 1996, ISBN 80-228-0518-1
- Teacă, C. A. et al. Structural Changes in Wood under Artificial UV Light Irradiation Determined by FTIR Spectroscopy and Color Measurements – A Brief Review. Bioresources 8(1), 2013, 1478-1507, DOI: 10.15376/biores.8.1.1478-1507
- Ganne-Che´deville, Ch. et al. Natural and artificial ageing of spruce wood as observed by FTIR-ATR and UVRR spectroscopy. Holzforschung, 2012, 66, 163–170, DOI 10.1515/HF.2011.148
- Kubovský. I. et al. Surface Changes of Selected Hardwoods Due to Weather Conditions. Forests 2018, 9, 557; doi:10.3390/f9090557
- Pori, P. et al. Structural studies of TiO2/wood coatings prepared by hydrothermal deposition of rutile particles from TiCl4 aqueous solutions on spruce (Picea Abies) wood. Applied Surface Science 2016, 372,125–138, http://dx.doi.org/10.1016/ j.apsusc.2016.03.065
- Shen, H. et al. Antiweathering properties of a thermally treated wood surface by two-step treatment with titanium dioxide nanoparticle growth and polydimethylsiloxane coating. Progress in Organic Coatings 2018, 125, 1–7, https://doi.org/10.1016/j.porgcoat .2018.08.011
The article deals with the possibilities of treatment of wood surface and wood protection in the exterior with the use of paints and impregnating substances for wood protection. In the article are listed requirements for paints and wooden preservatives according to their use and class of use. The article also presents the currently investigated possibilities of wood protection with TiO2 nanoparticles.