Dokončené povrchové úpravy schodů na bázi dřeva – metody posuzování a laboratorní zkoušení
Příspěvek se zabývá požadavky na fyzikálně-mechanické a chemické vlastnosti dřevěných stupnic schodů a faktory, které ovlivňují tyto vlastnosti při dlouhodobém užívání dřevěných stupnic schodů. V článku je sledován zejména vliv teploty prostředí a jejích střídání a působení UV záření jako složky slunečního záření na kvalitu nátěrových filmů povrchových úprav. Pozornost je také zaměřena na vliv UV záření a střídání teplot na tvrdost a přilnavost povrchových úprav stupnic schodišť, na jejich odolnost vůči působení vody, na světlostálost nátěrových filmů a na odolnosti povrchových úprav vůči oděru.
Úvod
Jeden z faktorů, který signifikantně ovlivňuje životnost, vlastnosti a vzhled stupnic schodů z materiálů na bázi dřeva je kvalita jejich povrchové úpravy daná fyzikálně-mechanickými a chemickými vlastnostmi dřevěných stupnic schodů. Povrchová úprava nejen zásadně ovlivňuje kvalitu stupnic schodů, tedy fyzikálně-mechanické, chemické a estetické vlastnosti povrchu schodů a také jejich užitné vlastnosti a životnost. Životnost výrobku úzce souvisí s odolností vůči působení UV záření, jež je složkou slunečního světla a působí v exteriéru i interiéru.
Povrchovou úpravu dřevěných stupnic schodišť lze charakterizovat jako polymerní matrici, přes kterou se uskutečňuje interakce mezi dokončovaným podkladem a okolním prostředím a mezi její hlavní funkce patří ochranné i estetické funkce dokončovaných stupnic schodišť z materiálů na bázi dřeva vystavených namáhání v exteriéru a interiéru.
Kvalitní povrchové úpravy s dobrou životnosti tedy významně prodlužují dobu, kdy si dřevěné stupnice schodů plně udržují svoje vzhledové i funkční vlastnosti, tedy svoji životnost, kterou lze charakterizovat jako schopnost plnit své funkce v plném rozsahu.
Obrázek 1: Vlivy působící na dřevěné stupnice schodišť
Je nutné si uvědomit, že dřevo jako hlavní složka dřevěných schodů podléhá v atmosférických podmínkách neustále trvalým více nebo méně významným degradačním procesům. Zvětrávání dřeva je proces přirozeného stárnutí dřeva na povětrnosti vlivem abiotických činitelů: vody, kyslíku, vodních roztoků agresivních látek, organických těkavých plynů, imisí, prachu, písku, atd. Při působení atmosférických podmínek dochází ve dřevě především k úbytku ligninu, v menší míře hemicelulóz a celulóz. Celulóza a hemicelulóza jsou vůči procesům stárnutí dřeva na povětrnosti poměrně odolnější než lignin.
Na kontinuálním procesu zvětrávání se také podílejí faktory energetické, a to tepelná energie, sluneční záření (ultrafialové, infračervené a viditelné) a proudění vzduchu (laminární a turbulentní). Když všechny tyto faktory působí společně, mohou své působení vzájemně zesilovat. Nejvýraznější změny na povrchu dřeva vyvolává spolupůsobení slunečního záření a vlhkosti. Hloubka degradace dřeva bez povrchové úpravy je dle jednotlivých autorů až 2500 µm [1].
Dobrá životnost povrchových úprav významně prodlužuje trvanlivost dokončovaného dřeva, protože dřevo vystavené nejen působení kyslíku, tepla, emisí a vody ve všech skupenstvích ale i světelného záření postupně degraduje a posléze, když povrchová úprava přestává plnit svoje ochranné funkce a dřevo destruuje. Hlavními funkce povrchové úpravy představuje zajištění hlavní interakce mezi podkladem a ovzduším musí:
- splňovat požadavky na fyzikálně-mechanické vlastnosti povrchu – tvrdost, odolnost vůči vrypu, vůči úderu a vůči oděru
- splňovat požadavky na skluznost povrchových úprav
- splňovat požadavky na chemickou odolnost povrchu vůči působení chemikálií a studeným kapalinám
- zvýšit estetickou hodnotu dokončovaných povrchů na bázi dřeva
- potlačit barevné rozdíly dřevěných podkladů
- splňovat ekologické požadavky na snížení až minimalizování emisí VOC emitovaných dřevěnými stupnicemi schodišť v interiéru
- splňovat požadavky na dlouhodobé udržení užitných hodnot dokončovaných stupnic schodišť
Další požadavky na povrchové úpravy dřevěných stupnic schodů z hlediska limitované trendem tzv. udržitelného rozvoje
| Organické těkavé látky | Vzorec | NPK dlouhodobé [μg.m−3] |
|---|---|---|
| Benzen | C6H6 | ≤ 7 |
| Toluen | C6H5.CH3 | ≤ 300 |
| o,m,p-Xylen | C6H4.(CH3)2 | ≤ 200 |
| Styren | C6H5.CH.CH2 | ≤ 40 |
| Etylbenzen | C6H5.CH2CH3 | ≤ 200 |
| Formaldehyd | HCHO | ≤ 60 |
| Trichloretylen | CCl2:CHCl | ≤ 150 |
| Tetrachloretylen | CCl2.CCl2 | ≤ 150 |
Mezi další signifikantní požadavky na povrchové úpravy, vyplývající z trendu udržitelného rozvoje, patří také ekologické požadavky, zvláště požadavek na snížení vlivu povrchové úpravy dřevěných schodišť na kvalitu vnitřního prostředí obytného prostoru. Vnitřní prostředí hlavně zateplených domů s utěsněnými okny a bytů vybavených klimatizací, tedy interiérů s minimální výměnou vzduchu (EPA, 1998) [2], je velmi znečistěné emisemi organických těkavých látek (VOC – volatile organic compound). Při měření znečistění ovzduší v průměrném interiéru se zjistilo, že znečistění ovzduší v interiéru je 2 až 5krát koncentrovanější, někdy i 10krát, než v exteriéru. Toto znečistění se týká prostředí, kde tráví většina lidí až 90 % svého času. Mezi významné problémy znečisťování vnitřního prostředí náleží emise VOCs emitované stupnicemi schodišť z materiálů na bázi dřeva. Pro množství emisí VOC jsou v České republice předepsané požadavky na množství a složení emisí VOC, které může být do ovzduší vnitřního prostředí maximálně uvolněné. Tato množství i příslušné chemikálie jsou uvedené v tabulce 1.
Nátěrové hmoty používané pro dokončování dřevěných stupnic schodišť nesmí obsahovat chemické sloučeniny nebo přípravky označené od výrobců nebo mohou být v době aplikace označeny následujícími R-větami nebo kombinacemi R-vět R40, R45, R46, R49, R50, R51, R52, R53, R60, R61, R62, R63, R68, podle direktivy 67/548/EEC a ve schodě s direktivou 76/769/EEC a 79/117/EEC [3]. Tyto požadavky se netýkají sloučenin, které během jejich aplikace změní chemickou strukturu a dále již nespadají pod výše uvedené R-věty.
Pro povrchové úpravy dřevěných stupnic schodišť umístěných v interiéru, vyplývají ze současně platné normy ČSN 49 2120 z 16. 1. 1974 tyto požadavky:
- Odolnost povrchové úpravy vůči nárazu dopad ocelové koule o průměru 45 mm z výšky 1 m deformace nesmí být menší než 1 mm
- Odolnost proti trvalému zatížení 500 N na 1 cm2 po dobu 24 h smí, stupnic schodišť zamáčknout o 1 mm, hodnotí se 10 nahodile vybraných míst.
- Vyhodnocení hladkosti a rovnosti povrchu nesmí být stopy po obrábění
- Odolnost povrchové úpravy proti vodě. Na ploše 5 cm2 se vytvoří z tvárné, vodě nepropustné hmoty ohrádka a naplní se vodou. Doba trváni zkoušky je 48 h. Následně se hodnotí dle příslušné normy.
- Skluznost všechny stupnic schodiště bytových a pobytových místností musí mít protiskluzovou úpravu povrchu, a to součinitel smykového tření nejméně 0,3 a pro veřejné místnosti je součinitel smykového tření nejméně 0,5.
- Materiály nesmí uvolňovat pachy nad hranici přípustné koncentrace V ČSN EN 15251.
- Změna stupně lesku o 2,5 % dle EN 985, zkouška B
- Pro povrchovou úpravu stupnic schodišťových dílců se musí používat laky voděvzdorné a pružné s vysokou odolností proti opotřebení
Množství a rozsah stanovených požadavků pro hodnocení stupnic schodišť není dostatečný pro zajištění odpovídající kvality a plné funkčnosti povrchových úprav dřevěných stupnic schodišť. Poměrně malý rozsah zkoušených vlastností a parametrů, které mají vlastnosti dosáhnout, nezajišťuje schopnost odlišit kvalitní povrchnou úpravu a méně kvalitní povrchovou úpravu. Tuto schopnost nerozlišení nakonec sám spotřebitel bohužel až po delší či kratší době používání.
Vezmeme-li v potaz, jak jsou stupnice schodišť v interiéru mechanicky namáhané a zatěžované působením chemických látek, postrádáme pro zvýšení vlastnosti kvality dokončování povrchu stupnic hodnocení těchto vlastnosti:
- odolnost stupnic schodišť vůči vrypu
- odolnost stupnic schodišť vůči působení vodní páry
- není hodnocena světlostálost
- odolnost vůči působení čistících roztoků
- odolnost vůči působení suchého tepla
- tvrdost nátěrového filmu dle Buchholze, tužkou
- přilnavost nátěru mřížkovou metodou podle ČSN ISO 2409
- odolnost povrchové úpravy vůči působení studených kapalin čistících kapalin zejména vůči čistící roztokům
- přídržnost nátěrového filmu k podkladu
- není také stanoven požadavek světlostálosti povrchových úprav z exteriéru i interiéru
V další části příspěvku uvádíme výsledky hodnocení jedné z vlastností povrchových úprav, a to světlostálosti povrchových úprav dřevěných stupnic. Světlostálost povrchových úprav výrazně ovlivňuje trvanlivost povrchových úprav, a tím i celého výrobku.
Stanovení světlostálosti povrchových úprav
Při měření světlostálosti povrchových úprav byl zkoumán vliv použitého druhu dřev, aplikované nátěrové hmotě a místě expozice.
Ověřované druhy masivních druhů dřev: buk, dub, javor a modřín
Místa expozice:
- expozice umělému světlu v přístroji Sun–Q test bez smáčení (označení Q-SUN)
- za okenním sklem, orientace na jih (označení za sklem)
- expozice v exteriéru, orientace na jih 45 °, minimálně 20 cm od země, místo expozice Brno (označení Brno)
- expozice v exteriéru, orientace na jih 45 °, minimálně 20 cm od země, místo expozice Lysá hora (označení Lysá hora)
Ověřované nátěrové hmoty:
- vodou ředitelné lazurovací laky do exteriéru
- syntetické lazurovací laky
- vodou ředitelné laky s přídavkem různých druhů UV absorbérů v různém množství
- rozpouštědlové laky s přídavkem různých druhů UV absorbérů v různém množství
Vzorky byly vystavené postejnou dobu expozici za oknem a v exteriéru, a to 6 měsíců a 1100 h v Sun–Q testu.
Výsledky měření světlostálosti v závislosti na expozici, na druhu dřeva a na nanesené povrchové úpravě jsou shrnuty na obr. 2, 3, 4 a 5. Vzorky, které při expozici venku nejsou uvedené v přehledu na obrázcích 2, 3, 4 a 5 byly během zkoušení úplně degradované.
Výsledky měření
Obrázek 2: Světlostálost povrchových úprav dřeva buk v závislosti na povrchové úpravě a místě expozic
Obrázek 3: Světlostálost povrchových úprav dřeva dub v závislosti na povrchové úpravě a místě expozic
Obrázek 4: Světlostálost povrchových úprav dřeva javor v závislosti na povrchové úpravě a místě expozic
Obrázek 5: Světlostálost povrchových úprav dřeva modřín v závislosti na povrchové úpravě a místě expozic
Závěr a diskuze
Z výsledků uvedených na obrázcích 2, 3, 4, a 5 vyplývá, že kvalita světlostálosti a potažmo i trvanlivosti povrchové úpravy závisí zejména na použité nátěrové hmotě, místě expozice a také na použitém druhu dřeva.
V práci předložené výsledky měření dokládají signifikantní význam použité povrchové úpravy na trvanlivost dřevěných stupnic schodiště, proto by povrchová úprava měla být volena se znalostí, kde budou stupnice schodišť instalované a v souladu s použitým druhem dřeva. Světlostálost povrchové úpravy ovšem nejsme schopní u jednotlivých vzorků vizuálně posoudit a ověřit, proto by měla být ověřena laboratorně.
Hodnocení světlostálosti dokladuje důležitost její laboratorního hodnocení a stejně by měly být ověřené i následující vlastnosti uvedené v článku, aby se potvrdila důležitost hodnocení kvality povrchové úpravy dřevěných stupnic pro zajištění trvanlivosti, tedy schopnosti plnit svoje funkce.
Zdroje
- [1] ROWELL, R. Wood chemismy and wood composites. 1. vyd. New York: Taylor & Francis Group, New York 2005, s. 158-162. ISBN 2-8493-1588-3
- [2] www.epa.gov/iaq/voc.html
- [3] www. Eco-Label certifikace for furniture nábytek z 10. 12. 2003, s. 11, 2003
- [4] vyhláška MZČR č. 6/2003
- [5] REINPRECHT, L. Procesy degradácie dreva. 1998. 1. vyd. Zvolen: Vydavateľstvo TU vo Zvolene, 1998. 150 s.
- [6] 2Drevari.humlak.cz [online]. 25. 02. 2005 [cit. 2011-02-23]. Dostupný z WWW:
http://drevari.humlak.cz/data_web/Data_skola/HUdreva/4.pdf.
This paper deals with the requirements for mechanical and physic-chemical properties of wooden stairs scales and factors that influence these properties during long-term scales wooden stairs. This paper mainly studied the effect of temperature and its changing environment and exposure to UV radiation as a component of solar radiation on the quality of the paint films finishes. Attention is also focused on the influence of UV radiation and temperature changes in hardness and adhesion of coating scales stairs, their resistance to water, the permanence of paint films and coatings for resistance to abrasion. Supported by the European Social Fund and the state budget of the Czech Republic, project "The Establishment of an International Research Team for the Development of New Wood-based Materials" reg. no. CZ.1.07/2.3.00/20.0269.