Jakým nátěrem ošetřit dřevo dubu v exteriéru
Článek pojednává o aplikaci povrchových úprav na dubové dřevo vystavené v exteriéru. Jedná se o problematickou dřevinu vzhledem k nehomogenní morfologické struktuře i obsahu specifických tříslovin, které často reagují s nátěrovými hmotami a způsobují jejich rychlejší degradaci. V textu jsou obsaženy i výsledky praktických experimentů provedených na FLD ČZU v Praze.
Dubové dřevo se vyznačuje dobrou trvanlivostí vůči biotickým poškozením. Jeho povrchová úprava nátěry, obzvláště v exteriérových aplikacích, je však problematická. Ve většině případů dochází k rychlé degradaci a poškození funkčnosti nátěru působením povětrnosti. Transparentní varianty nátěrových systémů trpí tímto jevem ještě ve větší míře než nátěry pigmentované. Článek obsahuje výsledky praktických experimentů, které vedou ke všeobecným doporučením, jejichž využitím lze docílit kvalitnější povrchové úpravy dubu v exteriéru s dlouhodobější životností a barvostálostí.
Úvod
Masivní dřevo se i v současné době využívá na mnohé exteriérové konstrukce i výrobky a jeho obliba tak neustále roste. Můžeme se s ním setkat u konstrukcí dřevěných mostů a lávek, altánů, pergol, fasádních obkladů a plotů, při výrobě zahradního nábytku, oken, dveří a dalších výrobků (Ugovšek a kol. 2018). Obliba dřeva jako konstrukčního materiálu je dána jeho snadnou obrobitelností, výborným poměrem pevnosti a hustoty, dostupností, obnovitelností a v neposlední řadě příjemným designem a pozitivním estetickým působením na člověka. Je však nutné respektovat chování dřeva jako přírodního materiálu a znát i jeho slabší stránky, aby bylo možné eliminovat případná poškození a proměnlivost v průběhu dlouhodobé vnější expozice.
Obr. 1 Tepelně modifikované dřevo z jehličnatých dřevin (borovice – nahoře; a smrk – dole) po 2leté expozici v exteriéru pod úhlem 45°
Mezi všeobecně známé jevy týkající se poškození dřeva v exteriéru patří napadení dřevokazným hmyzem, plísněmi a dřevokaznými houbami. Zejména posledně jmenované dokáží hnilobou zcela narušit funkčnost nesprávně konstrukčně řešeného nebo neošetřeného výrobku ze dřeva. Působení těchto dřevoznehodnocujících činitelů lze výrazně omezit použitím tlakově impregnovaného či modifikovaného dřeva (např. tepelně upravené dřevo, acetylované dřevo) a využitím domácích a tropických dřevin s vyšší přirozenou trvanlivostí (Reinprecht 2008).
Dřevo vystavené v exteriéru podléhá také působení povětrnosti a mění svůj vzhled řádově v měsících. Nejedná se však o poškození v celém objemu, takže mechanická funkčnost bývá zachována. Povětrnostní vlivy poškozují povrchové vrstvy a způsobují viditelné šedivění, případně tvorbu trhlin. Tomuto jevu podléhají v přibližně stejné míře jak trvanlivé i méně trvanlivé, měkké i tvrdé, tak jehličnaté i listnaté dřeviny. Šedivějí i dřeva z tropických dřevin (Pánek 2015, Reinprecht a kol. 2018) a také modifikované dřevo (Obr. 1).
Snaha eliminovat tento druh poškození dřeva pramení zejména z estetických či designérských požadavků na povrch dřevěného prvku. Působení povětrnostních vlivů (sluneční záření, déšť, střídání teplot, emise atd.) lze výrazně zmírnit použitím vhodných konstrukčních řešení – zastřešení, přesahy střech, dostatečná vzdálenost od země, vhodný design spojů, detailů – nebo využitím ochranných exteriérových nátěrů na dřevo (Štefko a kol. 2006).
Nátěry na dřevo
Na trhu se vyskytuje celá řada nátěrů. Vysoce trvanlivé jsou silně pigmentované nátěry, jejichž nevýhodou je však úplné zakrytí původní esteticky ceněné barvy a kresby dřeva. Naopak transparentní (průhledné) nátěry mají životnost několikrát nižší (Pánek a Reinprecht 2016). Střední cestou a v současné době nejlepší volbou se jeví využití lehce pigmentovaných nátěrů v odstínu podkladové dřeviny, které ve velké míře zachovávají kresbu a vzhled dřeva a vyznačují se přijatelnou trvanlivostí.
Při výběru nátěrového systému na dřevo pro exteriérové použití je radno hledat osvědčenou nebo důkladně otestovanou variantu. Je potřeba si uvědomit, že nátěry, které se osvědčí na určité dřevině, mohou velice rychle degradovat na jiném druhu dřeva. Ve vyšší míře se tento jev projevuje u dřev s vysokým obsahem extraktivních látek – z našich domácích hlavně u dubu a modřínu. Důležitá je i kvalitní úprava povrchů dřeva, zejména jeho čistota a vlhkost před samotným nanášením. Staré nátěry, zejména lazurovací, je nutné před aplikací nového nátěru odbrousit, u olejových tento požadavek odpadá. Nátěrový systém je vhodné aplikovat dle doporučení výrobce – zejména se to týká počtu aplikovaných vrstev, kde snížení jejich počtu vede k výrazně rychlejší degradaci ochranného nátěru na dřevě.
V návaznosti na výše uvedenou problematiku je na FLD ČZU v Praze ve spolupráci s firmou MATRIX a.s. řešen v rámci projektu TAČR (Technologická agentura České republiky) návrh vhodné povrchové úpravy dubového dřeva pro exteriérové aplikace. Nátěry jsou testovány dle norem ČSN EN 927-3 pro exteriérové zkoušky na Suchdole v Praze a ČSN EN 927-6 pro testy umělým urychleným stárnutím v UV – komoře (QUV – Q-Lab, Cleveland, OH, USA).
Nátěry na dubovém dřevě v exteriéru
Obr. 2 Znečištění kovového a také betonového profilu (vpravo) vyplavenými tříslovinami dubu bez ošetření povrchovou úpravou v exteriérové expozici
Výhodou dubového dřeva je jeho dobrá odolnost vůči poškození dřevokazným hmyzem a houbami (ČSN EN 350) (což se týká pouze tmavší jádrové zóny, běl je netrvanlivá). Pokud je akceptováno přirozené zešednutí (Obr. 1), může dubový prvek sloužit svému účelu 10–15 let bez nutnosti výměny. A to i v náročných expozicích na volném prostranství bez přístřešku a v kontaktu se zemí (např. do země zapuštěné sloupy, nohy stolů atd.).
Určitou komplikací může být v počáteční fázi expozice vyplavování tříslovin dešťovou vodou (Obr. 2). Třísloviny mohou znečistit terasy, římsy, balkony, zdi nebo podklad pod zahradním nábytkem či parkovými lavičkami.
Zachování původní barvy resp. kresby dřeva a zabránění vyplavování tříslovin umožňuje pouze kvalitní povrchová úprava nátěrovým systémem. Dub je kruhovitě pórovitá dřevina s velkými otevřenými cévami a díky tomu je jeho povrch značně nehomogenní (Obr. 3).
A
B
Obr. 3 A: Začínající poškození transparentního akrylátového nátěru na dubu vystaveného v exteriéru na místě výskytu otevřených cév (viz šipka). B: Zvětšení a zobrazení nerovností povrchu dubového dřeva pomocí konfokálního laserového scanovacího mikroskopu
A
B
Obr. 4 A: Změna barvy a reakce s tříslovinami dubu hned po aplikaci penetračního nátěru obsahujícího nanočástice kovů (Poznámka: Viditelná výraznější reakce na jádrovém tmavším dřevě s vyšším obsahem extraktivních látek). B: Reakce a černání transparentního alkydového nátěru po 6 týdnech umělého urychleného stárnutí na základě ČSN EN 927-6
Pórovitý povrch dubu znemožňuje nanesení rovnoměrné vrstvy nátěru (pokud pomineme možnost vyplnění pórů tmelem). Specifické třísloviny často reagují s nátěrovou hmotou a způsobují výraznou změnu barvy a také její rychlejší destrukci vlivem povětrnosti (Obr. 4).
Obr. 5 Degradace stejného pigmentovaného nátěru na bázi přírodních olejů na dubu (vlevo) a smrku (vpravo) po 18měsíční expozici v exteriéru
Testy na FLD potvrdily, že mnoho nátěrů osvědčených na jiných dřevinách, nedosahuje na dubovém dřevě dlouhodobě uspokojivých výsledků (Obr. 5). Mnoho výrobců přímo vymezuje požadovanou účinnost prodávané povrchové úpravy a nedoporučuje ji např. aplikovat na dubové dřevo v exteriéru.
Nicméně výsledky testů některých nátěrových systémů poskytují určitou naději, a to i v transparentních variantách (Obr. 6). Úplně poškozený byl transparentní nátěr na bázi olejů, částečně na bázi akrylátů a nejlepší výsledky poskytly nátěrové systémy na bázi tixotropních alkydů s vrchní hydrofobní vrstvou (Obr. 6A).
A
B
Obr. 6 A: Transparentní povrchové úpravy po testech umělého stárnutí – úplně (vlevo), částečně (uprostřed) a nejméně poškozený nátěrový systém (vpravo). B: Transparentní nátěrové systémy na dubu testované v exteriéru dle ČSN EN 927-3 (Poznámka: Šipka označuje referenční dubové vzorky bez nátěru s viditelně vyplaveným povrchem po 8 měsících stárnutí)
Zejména odborně otestované penetrační nátěry obsahující látky na bázi benzotriazolů, HALS a nanočástic zvyšující barvostálost a odolnost podkladové dřeviny poměrně výrazně zlepšily celkovou životnost následně aplikovaného nátěrového systému (Obr. 7).
Obr. 7 Stejný transparentní nátěrový systém na bázi tixotropních alkydů na neošetřeném dubu (vlevo) a na dubovém dřevě ošetřeném povrchovou penetrační vrstvou obsahující UV-stabilizační látky (vpravo) po 6 týdnech umělého urychleného stárnutí
U některých druhů nátěrů se projevil pozitivní vliv aplikace vrchní hydrofobní vrstvy, která také prodloužila celkovou životnost nátěrového systému (Obr. 8).
Obr. 8 Dva z testovaných transparentních nátěrových systémů na dubu (vpravo na bázi vodou ředitelných akrylátů; vlevo na bázi tixotropních alkydů) – ve spodní řadě s aplikovanou vrchní hydrofobní vrstvou na bázi vosků a nanočástic, která výrazně zvýšila jejich odolnost vůči poškození. Výsledky po 6 týdnech umělého urychleného stárnutí na základě ČSN EN 927-6.
Obr. 9 Stejný nátěrový systém na bázi tixotropních alkydů ve verzi transparent (nahoře) a lehce pigmentovaný (dole). Pigmentovaná verze byla po umělém urychleném stárnutí zachovalejší. Výsledky po 6 týdnech umělého urychleného stárnutí na základě ČSN EN 927-6.
Obecně výsledky testů potvrdily v praxi známý fakt, že lehce pigmentované nátěrové systémy v odstínu dubu lépe chránily podkladovou dřevinu a odolávaly povětrnosti. Díky obsaženým pigmentům odrážely a pohlcovaly dopadající UV a světelné záření. Navíc se vyznačovaly pomalejší změnou barvy a celkového vzhledu v porovnání s podkladovou vrstvou dřeva pod transparentními nátěrovými systémy (Obr. 9).
Dle výsledků testů je také zřejmé, že celková životnost lehce pigmentovaného nátěrového systému závisí i na zvoleném barevném odstínu (Obr. 10).
Obr. 10 Dub natřený různými odstíny stejného typu pigmentovaného nátěru na bázi přírodních olejů – viditelně vyšší degradace je pozorována u tmavších odstínů dosahujících vyšších povrchových teplot vlivem slunečního záření. Výsledky po 18 měsících přirozeného stárnutí dle ČSN EN 927-3.
Obr. 11 Testované varianty lehce pigmentovaných nátěrových systémů na dubu v exteriéru
Je nutné konstatovat, že i lehce pigmentované nátěrové systémy v odstínu dubu do určité míry mění původní barvu podkladové dřeviny. To však nemusí být vnímáno konečným uživatelem jako negativum, spíše záleží na subjektivním posouzení a preferovaném řešení (Obr. 11).
Závěr
Dubové dřevo díky své trvanlivosti, vzhledu, mechanickým vlastnostem a v neposlední řadě dostupnosti jako naší domácí dřeviny rozhodně patří do exteriérových aplikací. Rozsáhlé výsledky z provedených testů potvrzují, že existují kvalitní povrchové úpravy, které po delší dobu zachovávají původní vzhled dubu i v náročných aplikacích vystavených všem povětrnostním vlivům. Zejména se jedná o nátěrové systémy na bázi tixotropních alkydů, silnovrstvé akrylátové lazury, nátěry na olejové bázi částečně penetrující ale tvořící také tlustší ochranný film na povrchu dřeva. Penetrační nátěry jsou velice rychle na povětrnosti vyplavovány. Vhodnější se jeví využití semitransparentních nátěrových systémů obsahujících pigmenty v odstínu podkladové dřeviny. Výsledný barevný efekt na dubovém dřevě se doporučuje před aplikací na větších plochách odzkoušet.
Seznam použité literatury
- ČSN EN 350 (2017): Trvanlivost dřeva a materiálů na bázi dřeva – Zkoušení a klasifikace odolnosti dřeva a materiálů na bázi dřeva proti biologickým činitelům. Praha: Český normalizační institut.
- ČSN EN 927-3 (2013): Nátěrové hmoty – Povlakové materiály a povlakové systémy pro dřevo ve vnějším prostředí – Část 3: Zkouška přirozeným stárnutím. Praha: Český normalizační institut.
- ČSN EN 927-6 (2007): Nátěrové hmoty – Povlakové materiály a povlakové systémy pro dřevo ve vnějším prostředí – Část 6: Expozice povlaků dřeva umělému stárnutí s použitím fluorescenčních UV lamp a vody. Praha: Český normalizační institut.
- Pánek, M. (2015): Tropické dřeviny – jejich výhody a problémy při použití. TZB-info: internetový portál pro stavebnictví, úspory energií, technická zařízení budov. www.tzb-info.cz, 4 s. ISSN 1801-4399.
https://stavba.tzb-info.cz/vlastnosti-drevostaveb/13333-tropicke-dreviny-jejich-vyhody-a-problemy-pri-pouziti - Pánek, M., Reinprecht, L. (2016): Effect of the Number of UV-Protective Coats on the Color Stability and Surface Defects of Painted Black Locust and Norway Spruce Woods Subjected to Natural Weathering, BioResources 11(2): 4663-4676. ISSN 1930-2126.
- Reinprecht, L. (2008): Ochrana dreva. Vysokoškolská učebnica. Vydavateľstvo TU vo Zvolene. 1. vydanie, 453 s. ISBN 978-80-228-1863-6.
- Reinprecht, L., Mamoňová, M., Pánek, M., Kačík, F. (2018): The impact of natural and artificial weathering on the visual, colour and structural changes of seven tropical woods, European Journal of Wood and Wood Products 76: 175-190. DOI 10.1007/s00107-017-1228-1.
- Štefko, J., Reinprecht, L., Kuklík, P. (2006): Dřevěné stavby – konstrukce, ochrana a údržba. Jaga group, spol. s.r.o. Bratislava, 2. vydanie, 204 s. ISBN 8080760438.
- Ugovšek, A. a kol. (2018): Short-term performance of wooden windows and facade elements made of thermally modified and non-modified Norway spruce in different natural environments. Wood Material Science & Engineering. 6 s.
https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/17480272.2018.1494627?journalCode=swoo20&cookieSet=1.
Oak wood is characterized by good durability against biotic damages. However, its surface treatment by coatings is problematic, especially in the exterior expositions. In most cases, there is a rapid degradation and damage caused by weathering. Transparent variants of coating systems suffer from this phenomenon even more than pigmented ones. The article contains the results of practical experiments that lead to some general recommendations, which use leads to surface treatment of oak wood in exterior with longer durability and better colour stability.